雙重化配置線路保護的重合閘功能運行分析

宋亮亮， 汪 萍，袁宇波， 高 磊

(1.江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京211103；2.江蘇省電力公司，江蘇南京210024)

現代電網結構日益復雜，考慮超高壓線路保護防拒動的要求，220 kV及以上線路一般采用2套不同原理的主后一體化保護裝置，含線路重合閘功能。運行線路發生瞬時性故障保護動作或開關偷跳行為時，通常在開關跳開一定時間（在躲過熄弧和去游離時間的前提下，依據運方提供的滿足系統穩定的最佳重合閘時間）后自動將開關合閘運行，以提高供電可靠性。目前一般電網系統側重合閘通常采用單相一次重合方式，即單相故障跳單相重合閘單相，相間故障不重合；對特殊運行方式或用戶側并網點，可采用三相一次重合閘方式，即單相故障跳三相重合三相，相間故障三跳不重合；根據部分地區電廠側繼電保護運行要求，并網線路電廠側的重合閘功能一般停用。

繼電保護系統對電網運行可靠性起到至關重要的作用，從加強主保護簡化后備保護的角度出發，國網公司自2007年開始在超高壓電網繼電保護系統中開展執行標準化設計方案，從保護功能、原理、二次回路、定值等項目對繼電保護裝置進行統一[1]。標準化配置的線路保護采用2套完全獨立的判別和執行系統，取消了2套保護之間的重合閘相互啟動和閉鎖回路，正常運行時2套重合閘均投入運行，該運行方式引發了繼電保護及調度運行人員對下述問題的關注。（1）線路發生單相永久接地故障時，2套保護裝置的重合閘功能能否正確配合，從而確保開關不發生二次重合閘，減少對電網設備的沖擊；（2）當由于電網運行方式變化而需要啟用或停用線路的重合閘功能時，2套線路保護該分別如何操作，從而提高供電可靠性；（3）智能變電站繼電保護裝置及智能終端采用雙重化配置方案，其與標準化設計（“六統一”）的常規保護單操作箱重合閘的設計、運行有何差別。

目前已有部分文獻對雙重化重合閘問題進行過研究，但多為對某一環節（例如某塊壓板的功能，現有的重合閘運行方式等）進行簡單解釋，缺乏較為系統的理論分析和研究[2-5]。因而上述的問題目前還沒有得到系統的解釋。文中將根據重合閘功能的原理，對“六統一”線路保護重合閘的配置和運行方式進行研究，制定智能變電站雙套重合閘之間的優化配合策略，提高電網重合閘的運行水平。

1傳統重合閘配置方式

重合閘是一種因故障跳開后斷路器按需要自動投入的自動裝置，廣泛應用于超高壓電網中，對提高系統供電的可靠性，減少線路停電的次數，提高電力系統并列運行的穩定性有重要作用[6]。

雙母線接線形式的線路重合閘功能一般隨線路保護配置。執行標準化設計之前，重合閘方式的變更通過重合閘切換把手執行，作為保護裝置外部硬接點開入，不設置單獨的重合閘停用壓板。重合閘功能退出時需將切換把手置于“停用”位置，但裝置重合閘退出并不代表線路重合閘退出，此時保護仍執行選相跳閘。要實現線路重合閘停用，需同時投入“溝三閉重”壓板。當重合閘方式把手置于運行位置（單重、三重或綜重）且定值中對應的重合閘投入控制字置“1”時，裝置重合閘投入。典型的線路保護重合閘邏輯如圖1所示。

圖1典型單相重合閘邏輯

為簡化運行，“六統一”前雙重化配置的線路保護正常運行時僅投入一套重合閘，根據不同地區用戶習慣，通常選與斷路器保護共屏那套線路保護，將另一套保護屏的合閘出口壓板取下。以配置RCS931+PSL603+PSL631的線路為例，正常方式下，啟用PSL603重合閘，停用RCS931重合閘 （出口壓板退出），同時取下RCS931保護屏“溝通三跳”壓板。當線路發生單相接地故障時，PSL603啟動自身的重合閘計時，RCS931動作跳閘的同時通過“啟動另一套裝置重合閘”硬壓板啟動PSL603的重合閘，經PSL603保護判別滿足條件后合閘出口。該方式保證了最終的重合閘命令由一套保護發出，從根本上避免了開關出現二次重合閘的可能。2套屏柜間重合閘相互聯系回路如圖2所示。

圖2非“六統一”線路保護重合閘配合關系

采用單套線路保護啟用重合閘時，其條件判別均由該線路保護執行，不會出現由于2套保護配合不一致導致的二次重合問題。另外重合閘出口脈沖發出的同時即“放電”，避免了同一套保護裝置出現二次重合閘的可能性。

2標準化設計的重合閘配置

Q/GDW 161—2007[1]明確了220 kV及以上線路保護雙重化配置的原則，規定了2套保護之間的交流采樣及跳合閘回路完全獨立，取消了相互啟動和閉鎖回路。

“六統一”線路保護取消了重合閘切換把手和“溝通三跳”壓板，取消至第二套保護的重合閘啟動回路，每套保護增設了“停用重合閘”功能壓板，增加了“禁止重合閘”控制字。

正常運行時，為統一運行原則，2套線路保護的重合閘功能和回路均投入，當任一“停用重合閘”功能壓板投入時，任何故障情況下保護裝置均三跳閉重。因此若僅停用某一套裝置重合閘，則不能投入 “停用重合閘”壓板，而應該將該裝置重合閘出口壓板解除，讓另一套保護重合閘可以正常工作。“六統一”線路重合閘功能配合關系如圖3所示。

雙套重合閘同時投入運行時，兩者之間的配合問題曾引起電網運行人員的普遍關注。例如線路發生永久性故障時，2套保護重合閘功能的差異是否會造成開關二次重合。下面將結合重合閘原理和二次回路的設計對該問題進行分析。

圖3“六統一”線路保護重合閘配合關系

（1）目前國產微機保護裝置的重合閘原理基本相同，整組時間差異一般不超過10 ms。操作箱繼電器節點動作時間加上斷路器本體合閘固有時間在30～40 ms。由于斷路器通常只有一個合閘線圈，2套保護的合閘回路經操作箱后并在一起去斷路器本體機構，因此2套線路保護重合閘的整組時間差在斷路器行程過程中基本被湮滅，對斷路器本體來講只能感受到一個合閘脈沖。若此時合于永久故障，保護感受到的故障量特征滿足，保護全線加速動作將故障切除，不會再出現二次重合的現象。典型重合閘放電邏輯如圖4所示。

圖4重合閘放電邏輯

進口保護和國產保護之間的重合閘計時方式不同，在雙母線接線方式的線路配置中已很少使用。

（2）非正常情況 （包括定值整定偏差、程序異常等）下出現一套保護先合于故障時，分析如下。假設第一套保護先重合，第二套保護后合。

（a）假設第一套保護重合閘先動作，開關合于故障，此時第二套保護會立即感受到故障電流，如果此時第二套重合閘的計時沒有結束，則立即放電收回合閘命令，開關不會二次重合。

（b）假設第一套保護重合于故障的過程中，開關仍處于合位，此時第二套合閘命令已經發出，在感受到故障電流的同時，第二套保護立即收回重合閘命令，轉而三跳，也不會出現二次重合閘的問題。

（c）除了廠家在重合閘充放電邏輯中引入電流判據之外，故障后若合閘命令不返回，斷路器操作回路中的防跳繼電器會勵磁，切斷合閘回路，保證開關不會二次重合閘。

需要說明的是，在開關的分合分過程中，操作機構壓力下降也減小了二次重合發生的概率。

3試驗分析

為測試并評估正常情況下“六統一”的2套保護重合閘脈沖信號不一致對開關動作行為的影響，結合保護校驗工作，選取實際變電站某一條線路的2套線路保護進行測試。通過調整重合閘時間定值的方式來模擬2套重合閘系統的差異。2套線路保護（PCS931GM，PSL603U）正常運行，線路單相接地故障，調整合閘后的負荷電流。

（1）單相瞬時接地故障AN，故障電流3 Izd（Izd為差動電流整定值），持續時間0.1 s，重合后無負荷電流。其保護動作結果見表1。

表1單相瞬時故障保護動作結果

試驗結果顯示，2套保護裝置執行自身的重合閘邏輯，不會相互影響。此時，即使第一套保護重合閘已經出口，開關合閘成功，也不會影響第二套保護的工作行為，即繼續重合。

（2）單相瞬時接地故障AN，故障電流3 Izd，持續時間0.1 s，重合后負荷電流為0.12IN（IN為線路額定電流）。其保護動作結果見表2。

表2單相瞬時故障保護動作結果

保護邏輯中通常對該電流設置門檻值（IM）作有流判據，電流小于該值時，第二套保護正常重合；大于該值時，第二套保護將立即放電，不會合閘出口。

（3）單相永久接地故障AN，故障電流3 Izd。其保護動作結果見表3。

表3單相永久故障保護動作結果

為避免開關位置延時對保護邏輯判斷的影響，目前的線路保護普遍采用電流作為輔助判據，重合閘出口后啟動合閘加速邏輯，若此時仍存在故障電流，且滿足任一項動作條件時（差動、距離、過流等），保護加速跳開三相不再重合。另一套保護在等待重合閘時間的過程中，檢測到故障電流也將直接動作跳開各相。

4智能變電站重合閘功能說明

智能變電站線路保護重合閘配置原則與“六統一”相同，即正常運行時2套重合閘功能均投入使用[7，8]。智能變電站重合閘啟、停用方式與“六統一”線路保護相同，“停用重合閘”采用軟壓板方式投退。智能變電站采用智能終端實現傳統的操作箱功能，且與保護裝置一一對應，典型的配置方案如圖5所示。

圖5智能站雙套線路保護重合閘配合關系

雙重化配置的AB套線路保護和母線保護分別接收來自不同TA次級的電流采樣，當故障發生在這2個次級之間時，即1套母差動作、2套線路保護動作時，若線路采用三相一次重合閘方式，此時母差僅能閉鎖一套線路保護的重合閘，而另一套線路保護的重合閘計時繼續進行。為防止該情況下線路保護誤合閘，需采用有效手段對動作后的線路保護進行合閘閉鎖。為保證2套保護動作行為的一致性，目前工程中通過硬電纜將一套智能終端的閉重開出作為另一套的開入來實現。

根據上述分析，對涉及智能變電站重合閘的運行方式作進一步說明。

（1）雙重化配置的其中一套線路保護與智能終端之間發生鏈路斷鏈，開關位置無效，該套保護裝置延時放電，此時線路上發生任何故障，保護均三跳閉重。

（2）雙重化配置的其中一套線路保護裝置故障需檢修時，可投入該套線路保護檢修壓板，此時線路保護由于和智能終端檢修狀態不一致而不會出口，但不影響另一套線路保護重合閘和母線保護的正常運行。

（3）雙重化配置的其中一套智能終端需檢修時，可投入該套智能終端檢修壓板，此時與該套智能終端相關的線路保護、母線保護、開關保護跳本開關均不能動作出口[9]。

（4）根據電網運行要求，線路重合閘功能一般隨縱聯保護運行，當線路有縱聯保護在時，兩套重合閘可同時投入運行；當縱聯保護退出時，停用線路重合閘。現場應根據調度要求正確投退“停用重合閘”壓板。

5結束語

比較了高壓電網現有重合閘配置方案，對 “六統一”前后重合閘功能差異和運行方式區別進行了分析，研究了雙重化的重合閘同時投入運行對電網可靠性的影響，并結合實驗進行驗證。實驗結果分析顯示：“六統一”后，正常情況下雙重化的重合閘同時投入運行不會造成開關二次重合的問題，并且有助于提高供電可靠性。同時研究了智能變電站雙套智能終端之間的重合閘閉鎖方式，其相關結論具有工程應用指導意義。

[1]國家電網公司.Q/GDW 161—2007線路保護及輔助裝置標準化設計規范[S].北京：中國電力出版社，2007.

[2]高國慶.雙套重合閘并列投用的可行方案[J].繼電器，2002，30(7)：56-58.

[3]郭 雷，蘇延武，趙慧君.RCS系列220 kV線路保護“至重合閘”壓板功能解析[J].電力系統保護與控制，2010，38(5)：137-142.

[4]黃海坤，陳文娟，曹德發.關于220 kV線路兩套重合閘可并用的分析[J].電工技術，2009（10）：13-14.

[5]陳新宇.RCS-931A與PSL603G雙重保護重合閘的實現與配合[J].機電信息，2010(18)：27-28.

[6]國家電力調度通信中心.繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009：57.

[7]國家電網公司.Q/GDW 750-2012智能變電站運行管理規范[S].北京：中國電力出版社，2012.

[8]金 言，段振坤，范 華.智能變電站線路保護重合閘配合問題的解決方案[J].華北電力技術，2012，68-70.

[9]朱 江，董余凡，李 曄.“六統一”設計下的雙母線方式斷路器失靈保護運行分析[J].江蘇電機工程，2012，31(6)：71-74.