500kV楊高站站域保護優化方案

周駿，徐楠，王勇

（國網上海市電力公司檢修公司，上海 200122）

1 背景及目標

根據華東電網方式計算結論，直流受端交流故障將引起直流換相失敗，一次換相失敗恢復時間大約200ms，如同時發生兩回及以上直流連續兩次換相失敗，即使采取切除送端2000萬kW左右機組、并閉鎖直流等措施，送端電網仍無法穩定運行。當發生死區故障或者開關失靈時，現有死區及失靈保護動作跳相鄰斷路器隔離故障時間基本晚于故障后400ms，無法滿足要求穩定要求。500kV死區及失靈保護在死區故障或者開關失靈拒動時，能在故障后200ms內完成故障隔離，提高系統安全穩定裕度。

2 裝設斷路器死區及失靈保護的意義

根據目前上海500kV電網繼電保護的配置以及整定原則，500kV變電站內500kV串內發生死區短路故障或斷路器失靈時，需通過斷路器失靈保護動作切除故障，在故障發生后400ms才能切除故障。尤其隨著大直流、新能源的大量接入，諸如直流換相失敗等故障已成為影響電網安全的重要故障。在重要的500kV 樞紐變電站中裝設500kV站域死區失靈保護后，當發生死區故障或開關失靈拒動時，可以在故障后200ms 時間內完成故障的隔離，進而減少直流換相失敗次數，提高直流送、受端系統的安全穩定性能。對于僅在開關一次側裝設CT會出現如圖1狀況。

（1）F1和F3故障時，開關不跳開，無法通過電氣量區分設備一般區內故障和死區故障。

（2）F1故障時5021和5011開關不跳開，無法通過電氣量選出死區故障所在串。

（3）開關不跳開，本站死區故障，本站所有線路對側遠方就地判據均滿足。所以加裝斷路器死區及失靈保護對于加快隔離故障，提高系統穩定裕度有著重大的意義。

圖1

對于雙側流變（如圖2）。在開關與流變之間發生故障時，母差保護與主變差動保護會同時動作，跳開母線上的所有開關，5003相鄰開關以及主變各側開關，實現對故障點的隔離。因此不存在死區問題。

圖2

3 站域保護與現有斷路器死區及失靈保護相同點與不同點

3.1 現在的死區及失靈保護邏輯（如圖3）

圖3

站域保護在保護邏輯上和現有的死區及失靈保護本質是相同的，均是在相關設備保護，如線路保護、母線保護和主變保護，動作之后仍然無法隔離故障時動作，通過擴大切除范圍以隔離故障，如跳相鄰開關或者遠跳線路對側，兩者的主判據基本一致：設備保護動作不返回且電流條件滿足。站域保護與現有的斷路器死區及失靈保護主要區別在于站域保護需要在故障后200ms內完成故障隔離，加快故障隔離時間，從而提高系統穩定裕度。由于失靈和死區保護均需要可靠躲過開關分閘和熄弧的時間；因此失靈和死區可優化的時間主要是現有的時間裕度，如圖4。

圖4

3.2 站域保護與現有的斷路器死區及失靈保護在實現遠跳上的區別

現有的死區及失靈保護實現遠跳的延時：失靈保護開出接點延時+線路保護開入防抖延時+縱聯通道延時+對側線路保護信號防抖延時+遠跳保護開入防抖就地判別延時。

優化后的死區及失靈保護實現遠跳的延時：失靈保護開出接點延時+縱聯通道延時+遠跳保護開入防抖就地判別延時。

可以看出，優化后的死區及失靈保護合并壓縮了遠跳環節的延時。綜上所述,死區和失靈保護動作時間優化主要集中在現有的分閘和熄弧確認時間裕度以及各環節確認延時。

4 斷路器失靈保護動作原理

站域保護要在200ms內隔離故障點，動作時序（遠跳）如圖5所示。

圖5

假設：本側和對側開關動作速度為60ms；出口接點動作時間5sm；通道延時5ms。則本側通道需在故障后200-(60+5+5) ms即開始向對側發遠跳令,按200ms跳開對側開開關，則本側需在故障后130ms即向對側發遠跳令，即失靈或者死區保護動作時間不得高于130ms。

本側開關跳開的越快，留給發遠跳令前進行各類返回判別的時間越多，反之越少。站域保護動作行為：30ms時母差保護動作跳邊開關，T3時刻失靈保護動作跳中開關同時發遠跳給對側，經通道延時跳對側相應開關。本串相關斷路器180ms斷開，變電站對側相關斷路器185ms斷開。死區故障或開關失靈情況可靠在200ms內全部切除。斷路器失靈保護動作邏輯（如圖6）。

圖6

按200ms切除故障要求，T1取值120ms，T2取值90ms，T3 取值 90ms，Tyt取值 5ms。

M站保護電流條件滿足持續T1未返回+ M站設備保護動作，且電流條件滿足持續動作T2 =M站死區故障或者是開關失靈，跳相鄰開關并遠跳對側(N站) 。非失靈串或者非死區串，開關跳開后，由于電流條件T1時間內返回而判據自然返回。N站就地判據持續滿足T3未返回+N站收到遠跳信號+N站Tyt延時=M站死區故障或者開關失靈，跳相應開關。

[1]國網上海檢修公司楊高站 500kV 系統死區及失靈保護優化專項改造工程可行性研究報告，2017.

[2]500kV死區及失靈保護配置方案，南瑞繼保，2017.

[3]斷路器死區失靈保護整體配置方案，長園深瑞，2017.