繼電保護(hù)選擇性存在的問(wèn)題及解決方案

晉龍興　肖碩霜

摘 要：深入理解繼電保護(hù)選擇性中的問(wèn)題是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，保護(hù)的選擇性分為主保護(hù)選擇性和后備保護(hù)選擇性。絕大多數(shù)情況下，主保護(hù)能夠快速且有選擇性地切除故障設(shè)備。但發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，主保護(hù)不能有選擇地切除故障，分析了母聯(lián)開關(guān)、線路開關(guān)以及變壓器開關(guān)的死區(qū)故障問(wèn)題，并介紹了相應(yīng)的解決措施。后備保護(hù)定值整定均采用離線整定模式，導(dǎo)致后備保護(hù)定值不能全部滿足選擇性的要求。分析了保護(hù)定值離線整定計(jì)算技術(shù)的弊端，并介紹了兩種解決技術(shù)，即在線整定技術(shù)和廣域后備保護(hù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：選擇性；主保護(hù)；死區(qū)故障；后備保護(hù)；整定計(jì)算

引言

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置能迅速準(zhǔn)確地切除開關(guān)，使得停電范圍最小即為繼電保護(hù)的選擇性。在變電站運(yùn)行過(guò)程中，主保護(hù)和后備保護(hù)均存在一些選擇性方面的問(wèn)題。深入理解繼電保護(hù)選擇性中存在的問(wèn)題，可有效提高繼電保護(hù)人員的現(xiàn)場(chǎng)安全管控能力，有力保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

基于此，文章主要分析主保護(hù)和后備保護(hù)選擇性存在的問(wèn)題。絕大多數(shù)情況下，主保護(hù)能夠快速有選擇性地切除故障設(shè)備。只有當(dāng)死區(qū)故障時(shí)，主保護(hù)不能有選擇地切除故障。后備保護(hù)的選擇性問(wèn)題為后備保護(hù)定值不配合，可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。目前電網(wǎng)均采用離線整定計(jì)算技術(shù)，難以保證所有定值都滿足選擇性的要求。針對(duì)主保護(hù)的死區(qū)問(wèn)題，分析了母聯(lián)開關(guān)、線路開關(guān)以及變壓器開關(guān)處的死區(qū)故障及解決措施，針對(duì)后備保護(hù)的定值問(wèn)題，可利用在線整定技術(shù)和廣域后備保護(hù)技術(shù)解決。

1 主保護(hù)的死區(qū)故障問(wèn)題及解決方案

按照電力設(shè)備分類，繼電保護(hù)可分為變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、線路保護(hù)等。變壓器和母線的主保護(hù)利用各個(gè)斷路器的電流進(jìn)行判斷，其主保護(hù)為電流差動(dòng)保護(hù)；線路的主保護(hù)利用兩端電流進(jìn)行判斷，主保護(hù)也為電流差動(dòng)保護(hù)。若斷路器只在一側(cè)裝設(shè)電流互感器（簡(jiǎn)稱TA），則斷路器與斷路器TA之間發(fā)生的故障稱為死區(qū)故障[1]，如圖1所示。若不采取解決措施，發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，電流差動(dòng)保護(hù)不能有選擇地動(dòng)作。

典型死區(qū)故障有三種：母聯(lián)斷路器與母聯(lián)TA之間的死區(qū)故障、出線斷路器與出線TA之間的死區(qū)故障、主變斷路器與主變 TA 之間的死區(qū)故障，下面分別介紹這三種死區(qū)故障及解決方案。

1.1 母聯(lián)死區(qū)故障

對(duì)于母聯(lián)死區(qū)故障，可通過(guò)母線保護(hù)裝置內(nèi)母聯(lián)死區(qū)保護(hù)切除。以圖2為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明。

在圖2所示位置發(fā)生短路故障時(shí)，1M母差保護(hù)動(dòng)作，跳開連接在1M上的所有開關(guān)，此時(shí)，母聯(lián)開關(guān)已跳開而母聯(lián)CT仍有電流，且大差比率差動(dòng)元件及QF1開關(guān)側(cè)小差比率差動(dòng)元件不返回，經(jīng)死區(qū)動(dòng)作延時(shí)跳開2M上的所有開關(guān)。

由上可知，發(fā)生母聯(lián)死區(qū)故障時(shí)，現(xiàn)有母線保護(hù)裝置將致使兩條母線同時(shí)從系統(tǒng)中切除，造成負(fù)荷損失。在輻射型電網(wǎng)中，對(duì)于220kV饋線變電站而言，發(fā)生全站失壓，其所在區(qū)域的電網(wǎng)將面臨負(fù)荷減供。對(duì)于電網(wǎng)中地位更重要的220kV樞紐變電站而言，其110kV負(fù)荷全失將導(dǎo)致電力負(fù)荷大幅減供。為使得母聯(lián)死區(qū)故障時(shí)母差保護(hù)能正確切除母聯(lián)斷路器及與故障相關(guān)的母線，對(duì)母差保護(hù)的動(dòng)作邏輯進(jìn)行改進(jìn)，如圖3所示。采用母線差動(dòng)保護(hù)改進(jìn)邏輯后，母聯(lián)死區(qū)故障不會(huì)導(dǎo)致全站失壓。

1.2 線路死區(qū)故障

根據(jù)《廣東省電力系統(tǒng)繼電保護(hù)反事故措施》規(guī)定，母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，對(duì)于不帶分支且有縱聯(lián)保護(hù)的線路，應(yīng)利用線路縱聯(lián)保護(hù)促使對(duì)側(cè)跳閘（允許式縱聯(lián)保護(hù)采用母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作發(fā)信，光纖縱差保護(hù)采用母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作直跳對(duì)側(cè)或強(qiáng)制本側(cè)電流置零）。采用該反事故措施后，線路主保護(hù)就可以快速切除線路死區(qū)故障。

1.3 變壓器死區(qū)故障

當(dāng)變壓器發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，若利用變壓器電源側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作予以切除，則故障持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，容易造成變壓器燒壞。據(jù)此可通過(guò)退出變壓器差動(dòng)保護(hù)電流互感器的方法構(gòu)成變壓器死區(qū)保護(hù)動(dòng)作邏輯，如圖4所示。在變壓器發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，該邏輯能夠瞬時(shí)切除故障，保證變壓器的設(shè)備安全。

2 后備保護(hù)的定值問(wèn)題及解決方案

現(xiàn)有的繼電保護(hù)裝置主要利用就地或被保護(hù)設(shè)備端口等局部信息進(jìn)行故障的檢測(cè)判斷，不同保護(hù)裝置之間一般只能通過(guò)固有定值進(jìn)行協(xié)調(diào)和配合。為了保證后備保護(hù)的選擇性，需要通過(guò)多段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)延、動(dòng)作定值以及動(dòng)作區(qū)間的相互配合。目前電網(wǎng)后備保護(hù)定值的整定計(jì)算均采用離線整定技術(shù)。以后備保護(hù)中的距離II段保護(hù)為例，分析離線整定計(jì)算存在的弊端。

距離II段保護(hù)與相鄰線路配合時(shí)，與其距離I段或II段配合。距離II段保護(hù)與相鄰變壓器配合時(shí)，保護(hù)范圍一般不應(yīng)超過(guò)相鄰變壓器的其他各側(cè)母線。為保證選擇性，距離保護(hù)II段需要與相鄰線路和變壓器逐一配合。在所有的整定值中，取最小的整定值作為最終的整定值，取最長(zhǎng)的配合時(shí)間作為最終的整定時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓絹?lái)越復(fù)雜的現(xiàn)代電網(wǎng)下，由同一條母線連接的輸電線路長(zhǎng)短相差很大，后備保護(hù)的整定配合也更加復(fù)雜，并且這種通過(guò)時(shí)間和定值實(shí)現(xiàn)配合的方式在很多情況下并不能保證絕對(duì)的選擇性，當(dāng)運(yùn)行方式變化較大時(shí)，后備保護(hù)存在拒動(dòng)或誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)離線整定計(jì)算模式導(dǎo)致后備保護(hù)定值不能全部滿足選擇性的問(wèn)題，以下介紹兩種解決方案。

第一種解決方案是利用定值在線整定技術(shù)[2]。在線整定是在電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行方式整定定值并通過(guò)保信系統(tǒng)下發(fā)最新定值。通過(guò)及時(shí)更正與其不相適應(yīng)的保護(hù)定值，確保了所有后備保護(hù)定值均滿足選擇性的要求。目前已有定值在線整定系統(tǒng)在地區(qū)電網(wǎng)試運(yùn)行。

第二種解決方案是利用廣域后備保護(hù)技術(shù)[3-4]。廣域保護(hù)裝置接收和比較來(lái)自各變電站集成保護(hù)裝置的信號(hào)，以此判斷故障的位置并做出跳閘決策發(fā)給相應(yīng)的變電站來(lái)執(zhí)行。該方法不需要定值逐級(jí)配合，可直接定位故障發(fā)生的位置，保障了后備保護(hù)動(dòng)作的選擇性。隨著全球定位系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信的發(fā)展，出現(xiàn)了基于相量測(cè)量單元的廣域測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)電網(wǎng)多點(diǎn)同步運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，滿足了電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所提出的空間上廣域和時(shí)間上同步的要求。WAMS（Wide Area Measurement System）為廣域后備保護(hù)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)條件，是最終構(gòu)筑電網(wǎng)廣域后備保護(hù)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，目前已有廣域后備保護(hù)系統(tǒng)在地區(qū)電網(wǎng)中試運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

理解保護(hù)選擇性中存在的問(wèn)題，可有力提高繼電保護(hù)人員的維護(hù)水平，為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，主保護(hù)的選擇性問(wèn)題為死區(qū)故障，分析了母聯(lián)開關(guān)、線路開關(guān)以及變壓器開關(guān)的死區(qū)故障問(wèn)題，并介紹了相應(yīng)的解決措施。后備保護(hù)的選擇問(wèn)題為定值不滿足選擇性要求的問(wèn)題。該問(wèn)題由現(xiàn)有定值離線整定技術(shù)引起，可利用在線整定技術(shù)和廣域后備保護(hù)技術(shù)解決。

參考文獻(xiàn)

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*通信作者：晉龍興（1987-），男，碩士研究生，主要研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。

作者簡(jiǎn)介：肖碩霜（1988-），女，碩士研究生，主要研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。