500 kV死區(qū)(失靈)加速保護(hù)原理及應(yīng)用分析

周金剛，王智弘，仁青達(dá)瓦，姜 康，韓 鑫，楊 操

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司檢修分公司， 長(zhǎng)沙 410015； 2.國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司檢修分公司， 拉薩 850000)

0 引 言

隨著特高壓直流及風(fēng)能、光伏等新能源的大量接入電網(wǎng)，電網(wǎng)呈現(xiàn)出突出的電力電子化特征，直流換相失敗已變成影響大電網(wǎng)安全的重要故障之一。直流受端的交流故障引起直流換相失敗，一次換相失敗恢復(fù)時(shí)間約為200 ms，一旦直流連續(xù)發(fā)生兩次換相失敗，即使采取切除電源端2×104MW機(jī)組、閉鎖直流等措施，電源端電網(wǎng)仍不能恢復(fù)穩(wěn)定方式。而發(fā)生死區(qū)故障或斷路器失靈時(shí)，目前的死區(qū)失靈保護(hù)動(dòng)作跳相鄰開關(guān)時(shí)間通常晚于故障后400 ms，不能滿足穩(wěn)定要求[1]。祁連山至韶山直流接入湖南電網(wǎng)后，湖南電力系統(tǒng)需要考慮以上穩(wěn)定問題。

為滿足湖南電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，通過試點(diǎn)在500 kV沙坪變按串配置死區(qū)及失靈加速保護(hù)，當(dāng)死區(qū)故障或開關(guān)失靈拒動(dòng)時(shí)，故障后200 ms內(nèi)即可完成故障隔離，解決特高壓直流系統(tǒng)對(duì)快速切除死區(qū)(失靈)故障的要求，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定裕度[2]。

1 現(xiàn)有死區(qū)及失靈保護(hù)問題分析

前500 kV部分大多為3/2接線，圖1為該接線方式下現(xiàn)有死區(qū)及失靈保護(hù)的配置圖。死區(qū)保護(hù)和失靈保護(hù)都是在相關(guān)元件保護(hù)，如線路、母線、主變保護(hù)動(dòng)作之后，仍然無(wú)法隔離故障時(shí)動(dòng)作，從而通過擴(kuò)大動(dòng)作范圍，如跳相鄰開關(guān)或遠(yuǎn)跳線路對(duì)側(cè)來切除故障，二者的主判據(jù)均為設(shè)備保護(hù)動(dòng)作不返回且電流條件滿足[2]。然而，存在如下不足：

1)開關(guān)跳開前，無(wú)法通過電氣量來判斷出死區(qū)故障所在串。

2)兩種保護(hù)都需要靠延時(shí)躲過開關(guān)的分閘和熄弧時(shí)間。

3)因?yàn)橐肓祟~外的判別條件，故死區(qū)延時(shí)比失靈延時(shí)時(shí)間少。

4)斷路器分閘位置與其實(shí)際熄弧斷開不能完全同步對(duì)應(yīng)。

圖1 現(xiàn)有死區(qū)及失靈保護(hù)配置圖

圖2、圖3分別為現(xiàn)有的失靈保護(hù)和死區(qū)保護(hù)邏輯，從圖中可以看出兩種保護(hù)均需一定的延時(shí)。

圖2 失靈保護(hù)邏輯圖

圖3 死區(qū)保護(hù)邏輯圖

從圖2～4可知，考慮到保護(hù)出口及開關(guān)位置翻轉(zhuǎn)所需時(shí)間，故失靈和死區(qū)保護(hù)均需要可靠躲過斷路器分閘和熄弧的時(shí)間[3]。

圖4 傳統(tǒng)死區(qū)及失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)序圖

2 500 kV某變電站失靈及死區(qū)保護(hù)配置方案

該500 kV變電站為常規(guī)綜自站。500 kV部分采用3/2接線，現(xiàn)有4個(gè)完整串，1個(gè)不完整串，主變2臺(tái)，共有500 kV出線7回，分別為沙星Ⅰ線、沙鼎Ⅱ線、復(fù)沙Ⅰ線、復(fù)沙Ⅱ線、羅沙Ⅰ線、華沙線和黑沙線。

此次通過在該變電站按串雙重化配置死區(qū)及失靈加速保護(hù)，解決快速切除死區(qū)、斷路器失靈故障問題。在第1～4串按串配置死區(qū)及失靈加速保護(hù)，以滿足開關(guān)死區(qū)(失靈)故障快速切除要求。

該方案對(duì)站內(nèi)的保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生改變，按串增設(shè)死區(qū)及失靈加速保護(hù)。將死區(qū)故障完全切除時(shí)間從405 ms壓縮到110 ms以內(nèi)，開關(guān)失靈切除時(shí)間壓縮至200 ms以內(nèi)。

死區(qū)及失靈保護(hù)按雙重化進(jìn)行配置，A套為許繼WDLK-862F-G型保護(hù)，B套為PRS-726A型保護(hù)，每串A、B套保護(hù)裝置組一面屏。本期新安裝4面死區(qū)及失靈保護(hù)屏，500 kV變電站的1號(hào)、2號(hào)小室各布置2面屏柜。考慮在復(fù)沙Ⅰ線對(duì)側(cè)變電站配合死區(qū)及失靈保護(hù)遠(yuǎn)跳，需在線路對(duì)側(cè)站相應(yīng)串配置雙套死區(qū)及失靈保護(hù)裝置，兩站間采用2 Mb/s復(fù)用光纖通道通訊。該方案需配置10套死區(qū)及失靈保護(hù)裝置，共計(jì)5面屏，配置4臺(tái)2 Mb/s通道接口設(shè)備(布置在前期線路通道接口屏內(nèi))。

1～4串的死區(qū)及失靈保護(hù)之間通過GOOSE組網(wǎng)方案實(shí)現(xiàn)失靈聯(lián)跳功能，用于快速切除邊開關(guān)。通過裝設(shè)A、B網(wǎng)過程層交換機(jī)各一套，分別接入各串站域失靈裝置，實(shí)現(xiàn)信息間交互及聯(lián)跳功能。

3 二次接入方案

3.1 跳閘開入

死區(qū)及失靈保護(hù)裝置需接入線路分相跳閘接點(diǎn)(主變?nèi)狱c(diǎn))、操作箱三跳、永跳接點(diǎn)保護(hù)跳閘[4]，如圖5～7所示。

圖5 主變保護(hù)動(dòng)作開入站域保護(hù)

圖6 線路保護(hù)動(dòng)作開入站域保護(hù)

圖7 操作箱三跳、永跳開入站域保護(hù)

分相跳閘時(shí)收到任一相跳閘信號(hào)，相應(yīng)相電流大于0.05In并且滿足零負(fù)序條件，啟動(dòng)故障相失靈[5]。

3.2 電流回路

死區(qū)及失靈保護(hù)裝置需引入所在串所有斷路器TA二次電流[6-7]，因備用繞組數(shù)量不夠，此次工程由斷路器保護(hù)用電流串接至兩套死區(qū)及失靈保護(hù)裝置。各斷路器間隔電流接入狀態(tài)如圖8所示。

圖8 電流回路示意圖(以5011間隔為例)

3.3 斷路器位置接入

死區(qū)及失靈保護(hù)裝置需接入本串全部斷路器的開關(guān)位置[8]，可從一次設(shè)備區(qū)各個(gè)開關(guān)匯控柜內(nèi)，各引出兩組輔助接點(diǎn)，分別至死區(qū)及失靈各串保護(hù)A套裝置及B套裝置[9]，其中許繼862F斷路器位置開入為三相跳位的串聯(lián)(如圖9所示)，深瑞726A為斷路器分相開入。

圖9 許繼WDLK-862F-G開關(guān)位置開入圖

4 加裝及調(diào)試工作流程

4.1 施工方案

經(jīng)過與華中網(wǎng)調(diào)匯報(bào)與溝通，此次接入原則為：結(jié)合單臺(tái)斷路器停電接入斷路器電流及斷路器操作箱TJR開入至死區(qū)及失靈保護(hù)、斷路器位置接入；退出線路/主變保護(hù)接入電壓回路，改接至新保護(hù)；退出原線路/主變跳閘啟動(dòng)穩(wěn)控回路，改接至新保護(hù)。因而此次施工共分為三個(gè)階段：

第一階段為不停電工作，主要工作包括：沙坪、復(fù)興兩站屏柜安裝、電纜、光纜敷設(shè)；新裝置單體及整組調(diào)試，保信接入，與對(duì)側(cè)通道試驗(yàn)，與廠站端及調(diào)度端進(jìn)行信號(hào)核對(duì)。

第二階段為斷路器相關(guān)回路接入，采取停單臺(tái)斷路器的方式，每天2臺(tái)，主要工作包括：斷路器電流串接至死區(qū)及失靈保護(hù)裝置；斷路器操作箱TJR接點(diǎn)接至死區(qū)及失靈保護(hù)裝置，壓板配線；開關(guān)位置接至死區(qū)及失靈保護(hù)裝置。

第三階段為相關(guān)交流電壓回路及跳閘開入回路接入、投運(yùn)前檢查。采用單套退線路/主變保護(hù)的方式。主要工作包括：原線路/主變跳閘啟動(dòng)穩(wěn)控回路改接至新保護(hù)；各線路/主變電壓接入新死區(qū)及失靈保護(hù)。

4.2 安裝調(diào)試要點(diǎn)

該工作只停單臺(tái)斷路器，線路/主變不停電，因此在進(jìn)行斷路器相關(guān)回路接入時(shí)，要做好安全措施，防止造成運(yùn)行中斷路器誤跳閘，從而導(dǎo)致線路/主變強(qiáng)停。另外，線路/主變電壓回路為帶電接入，工作中要防止TV短路。

5 結(jié) 語(yǔ)

站域失靈保護(hù)能夠?qū)⒅暗乃绤^(qū)故障或斷路器失靈故障切除時(shí)間從逾400 ms縮短至200 ms以內(nèi)，因此該保護(hù)的加裝能夠提升特高壓直流投運(yùn)后的湖南主電網(wǎng)的安全穩(wěn)定裕度，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行能力，在一定程度上能夠?yàn)殡娋W(wǎng)安全運(yùn)行保駕護(hù)航。同時(shí)，需要注意的是，在現(xiàn)有運(yùn)行變電站內(nèi)加裝該保護(hù)，涉及的設(shè)備及回路較多，存在一定的施工風(fēng)險(xiǎn)，需要做好前期勘察，制定周密的加裝方案，執(zhí)行好二次安全措施，防止發(fā)生繼電保護(hù)“三誤”事故。