智能站500kV斷路器閉鎖重合閘信息流分析

遲 翔 趙 康 李 翔

智能站500kV斷路器閉鎖重合閘信息流分析

遲 翔 趙 康 李 翔

（國網江蘇省電力有限公司鎮江供電分公司，江蘇 鎮江 212000）

本文分析500kV斷路器閉鎖重合閘的原理，梳理IEC 61850標準下智能變電站500kV斷路器閉鎖重合閘信息流，解釋智能站500kV斷路器閉鎖重合閘信息流的冗余設計。在此基礎上，分析一起因500kV斷路器保護閉鎖重合閘虛回路配置不統一導致誤發檢修不一致信號的案例。最后，針對變電站現場相關工作提出建議，為500kV斷路器保護調試及相關操作提供參考。

閉鎖重合閘；IEC 61850；信息流；冗余；虛回路

0 引言

當前江蘇電網500kV變電站500kV側均采用3/2接線，邊開關重合閘整定為1.3s，中開關重合閘停用，500kV線路保護均設置為“單重”方式[1]。閉鎖重合閘信號是500kV保護裝置的重要信號，閉鎖重合閘是指在不滿足重合閘條件時將重合閘裝置放電。閉鎖重合閘的原因可以分為外部原因、保護自身邏輯判斷及斷路器一、二次設備條件不滿足三大類。

國家電網公司十八項電網重大反事故措施明確指出：330kV及以上電壓等級輸變電設備保護應按雙重化配置。文獻[2]指出，傳統站500kV斷路器僅配置一套斷路器保護，閉鎖重合閘信號在冗余性方面存在不足，智能站斷路器保護雙重化配置提高了安全性、穩定性。文獻[3]指出，110kV及以上電壓等級過程層應為每套保護配置雙網，過程層網絡相互獨立。文獻[4-5]指出，智能變電站嚴格按照IEC 61850標準進行組網，采用虛端子取代物理端子，邏輯連接取代物理連接，保護裝置雙重化配置以提高冗余性。500kV智能變電站500kV側一次設備相對復雜，閉鎖重合閘涉及因素較多，本文以某智能變電站500kV線-變串為研究對象，對閉鎖重合閘信息流的冗余配置進行詳細分析。

1 500kV斷路器閉鎖重合閘原理

1.1 500kV斷路器閉鎖重合閘的原因

閉鎖重合閘原因如圖1所示，大體可以分為三類：外部保護（如主變保護、線路保護、母線保護、過電壓及遠方跳閘等保護）閉鎖重合閘信號開入、斷路器保護動作（如三相不一致、失靈、死區、充電過電流等保護動作）自身邏輯判斷的閉鎖重合閘，以及一、二次設備因素（如重合閘停用、斷路器保護采集的壓力低閉鎖重合閘、裝置告警、手分/合、遙分/合等）[6-7]。

圖1 閉鎖重合閘原因

對于斷路器保護判斷的閉鎖重合閘，通過斷路器保護邏輯即可實現對重合閘的“放電”；對于外部閉鎖重合閘信號開入，其涉及的信息流是本文研究的重點。

1.2 500kV斷路器閉鎖重合閘功能的實現

圖2為某500kV變電站500kV側一次系統。華東電力調控中心對500kV斷路器重合閘規定如下：完整串中斷路器重合閘停用，邊斷路器重合閘時間為1.3s。對于線-變式完整串，主變斷路器重合閘停用。因此，圖2中5012斷路器、5013斷路器重合閘均停用，5011斷路器重合閘啟用。500kV斷路器重合閘按照斷路器配置，對于5011斷路器，主要涉及的三跳閉鎖重合閘保護有：500kV線路保護、500kVⅠ段母線保護、對側遠跳、相鄰斷路器失靈保護等。

圖2 某500kV變電站500kV側一次系統

1）傳統站500kV斷路器閉鎖重合閘的實現

傳統500kV變電站500kV斷路器僅配置一套保護。傳統站閉鎖重合閘5011斷路器保護如圖3所示，相關保護閉鎖重合閘信號（如500kV線路A、B套保護閉鎖重合閘信號，母線A、B套保護閉鎖重合閘信號，相鄰5012斷路器保護閉鎖重合閘信號）均通過相應端子開入至5011斷路器保護，實現對5011斷路器重合閘的放電。

圖3 傳統站閉鎖重合閘5011斷路器保護

2）傳統站500kV斷路器閉鎖重合閘方案的不足

傳統站500kV斷路器僅采用一套斷路器保護，輸出一路閉鎖重合閘信號，無法實現冗余。傳統站閉鎖重合閘開入采用硬接線，長時間運行可能存在繼電器損壞、接線老化、端子松動、絕緣能力降低等風險；對于保護裝置而言，若發生斷路器保護直流電源消失、信號開入異常、保護板卡異常等情況，則無法實現閉鎖重合閘功能。

2 智能站500kV斷路器閉鎖重合閘信息流分析

500kV智能變電站采用IEC 61850標準，按照“三層兩網”結構組網。閉鎖重合閘5011斷路器保護信息流示意圖如圖4所示，智能終端設置在過程層，保護設置在間隔層，A、B網之間進行嚴格通信隔離。智能站保護采用雙重化配置，配備兩套500kV斷路器保護分別與面向通用對象的變電站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）A、B網連接[8]。

2.1 線路單相永久性故障閉鎖重合閘信息流

為避免兩套斷路器保護發生反復重合的問題，在線路保護重合閘切為單相重合閘模式時，A（B）套線路保護三跳閉鎖重合閘A（B）套斷路器保護重合閘，且利用三相跳位閉鎖滯后重合的一套斷路器保護重合閘，其原理如圖5所示。例如，線路發生C相永久性接地，假設5011斷路器B套重合閘滯后于5011斷路器A套重合閘，5011斷路器C相單相重合閘后而5011三跳閉鎖重合閘，此時5011斷路器B套重合閘將被三相跳位閉鎖。該設計的優點是不需要增加接線，僅通過智能終端判三相跳位閉鎖滯后重合的B套斷路器保護重合閘，相應的閉鎖重合閘信息流如圖6所示。5Y61線A套保護閉鎖5011斷路器A套保護重合閘（自閉重）路徑為：5Y61線A套保護→過程層GOOSE A網→5011斷路器A套保護（重合閘放電）。5011斷路器三相永跳閉鎖重合閘B套斷路器保護信息流（B套斷路器保護重合閘滯后）：5011斷路器B套智能終端→過程層GOOSE B網→5011斷路器B套保護（重合閘放電）[9]。

圖4 閉鎖重合閘5011斷路器保護信息流示意圖

圖5 三相跳位閉鎖滯后重合側重合閘原理

圖6 5011斷路器三相永跳閉鎖重合閘信息流（B套斷路器保護重合閘滯后）

2.2 其他相關保護（三相永跳）閉鎖重合閘信息流

對于5012斷路器失靈保護動作閉鎖重合閘5011斷路器、500kVⅠ母母差動作閉鎖重合閘5011斷路器、線路相間故障三相永跳閉鎖重合閘5011斷路器、線路遠跳閉鎖重合閘5011斷路器等情況，相應A（B）套保護直接三相永跳閉鎖重合閘5011斷路器A（B）套保護。其他三相永跳保護閉鎖重合閘5011斷路器保護如圖7所示，以5012斷路器失靈聯跳且閉鎖重合閘5011斷路器保護為例，5012斷路器A（B）套保護閉鎖5011斷路器A（B）套保護重合閘路徑為：5012斷路器A（B）套保護→過程層GOOSE A（B）網→5011斷路器A（B）套保護（重合閘放電）。

圖7 其他三相永跳保護閉鎖重合閘5011斷路器保護

2.3 壓力低閉鎖重合閘

壓力低閉鎖重合閘5011斷路器保護如圖8所示，對于SF6氣壓低、N2壓力低等壓力閉鎖重合閘斷路器保護的情況，A（B）套智能終端采集到壓力低信號后傳遞至對應A（B）套斷路器保護實現閉鎖重合閘[10-11]。

2.4 智能終端間采用硬接線實現互相閉鎖重合閘

500kV斷路器A（B）套智能終端設置閉鎖B（A）套斷路器保護重合閘硬壓板，可以實現閉鎖重合閘信號在A、B套智能終端及保護間傳遞。需要指出的是，該閉鎖重合閘模式僅適用于線路保護重合閘切至“三重”模式時，但現階段500kV線路保護的重合閘方式為“單重”模式，故兩套智能終端間采用硬接線實現互相閉鎖重合閘方案僅適用于現階段220kV及以下線路保護A、B套的互相閉鎖重合閘。500kV斷路器A、B套智能終端間雖配置了硬接線及相關互相閉鎖重合閘壓板，但無實際意義，此處不再贅述。

3 一起閉鎖重合閘虛回路配置錯誤案例分析

某站在進行5012斷路器保護裝置調試過程中，5012斷路器兩套保護裝置置檢修硬壓板投入之后，相鄰的5013斷路器保護兩套保護的光字牌出現不一致情況：5013斷路器B套保護報檢修不一致，5013斷路器A套保護未報檢修不一致?，F場保護裝置運行正常，5012斷路器的兩套斷路器保護置檢修硬壓板投入正常，GOOSE網交換機運行正常。下面對出現5013斷路器B套保護報檢修不一致而A套保護不報的原因進行分析。

相鄰兩斷路器之間的GOOSE信號傳遞僅為相互閉鎖重合閘，因此應是閉鎖重合閘信號出現問題。5013斷路器是主變間隔斷路器重合閘停用，5012斷路器不應給5013斷路器發閉鎖重合閘GOOSE信號。5013斷路器A套保護是A廠家的保護裝置，B套保護是B廠家的保護裝置。技術人員檢查相關保護變電站配置描述（substation configuration description, SCD）文件后發現：系統集成廠家在配置A套保護虛回路時充分考慮到實際情況下5012斷路器A套保護不應閉鎖重合閘5013斷路器A套斷路器保護，未在SCD文件中配置相關虛端子連線，故5013斷路器A套保護不報檢修狀態不一致；系統集成廠家在配置B套保護時因疏忽而在SCD文件中配置了相關虛端子連線，故造成5013斷路器B套保護報檢修不一致[12]，錯誤配置的虛回路示意圖如圖9所示。系統集成廠家在SCD文件中修正相關配置，取消了5012斷路器B套保護閉鎖重合閘5013斷路器B套保護的虛端子連接，并進行重新下裝配置，經現場調試，誤報的檢修不一致信號消失[13]。

圖9 錯誤配置的虛回路示意圖

4 對現場運維檢修工作的啟示

1）檢修斷路器輔助觸點退出線路保護

變電站通用規程明確規定：500kV運行線路單開關檢修時，線路保護對應的檢修開關檢修方式切換開關應進行切換。現場該操作步驟一般在安全措施中執行。

將檢修斷路器輔助觸點退出線路保護的具體原因為：當5Y61線由單斷路器5011供電時，檢修的5012斷路器輔助觸點應及時退出5Y61線路保護，線路保護不會對5012斷路器進行邏輯判別，僅對5011斷路器進行邏輯判別。否則，當5Y61線發生單相瞬時故障時保護將選相跳閘，若恰好檢修態的5012斷路器仍在合位，線路保護跳閘脈沖將保持，閉鎖5011斷路器重合閘，5011斷路器三相不一致保護動作跳閘導致5Y61線路失電。

2）退出檢修斷路器閉鎖重合閘開出壓板

一次停役，調度一般不單獨發令保護停役。設備運維人員應根據設備狀態、現場運行規定和實際情況對閉鎖重合閘等二次回路進行調整，及時退出檢修間隔斷路器保護開出至其他保護的閉鎖重合閘壓板，檢修工作結束后及時恢復閉鎖重合閘壓板。

5 結論

智能變電站500kV斷路器閉鎖重合閘信號采用冗余配置，相對于傳統站而言可靠性明顯提高。智能站500kV斷路器閉鎖重合閘信號涉及相關保護開入、斷路器自身邏輯判斷及斷路器運行情況等多方面因素；同時，對于線-線串、線-變串的中斷路器、邊斷路器的重合閘配置也有不同的規定，需要視具體問題進行具體分析。本文對500kV斷路器閉鎖重合閘原理及信息流進行了詳細分析，以期為變電站現場的500kV斷路器保護運檢工作提供參考。

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Analysis of information flow for 500kV circuit breaker in intelligent substation

CHI Xiang ZHAO Kang LI Xiang

(State Grid Zhenjiang Power Supply Company, Zhenjiang, Jiangsu 212000)

This paper analyzes the principle of reclosing block of 500kV circuit breaker protection, and provides a detailed overview of the information flow of 500kV circuit breaker in intelligent substations under the IEC 61850 standard. It also explains the redundancy design of the information flow of 500kV circuit breaker in intelligent substations. On this basis, this paper analyzes a case where inconsistent maintenance signals are mistakenly sent due to inconsistent configuration of the closed virtual circuit of 500kV circuit breaker protection. Finally, suggestions are proposed for the on-site work in substations, providing reference for the device debugging and related operations of 500kV circuit breaker protection.

reclosing block; IEC 61850; information flow; redundancy; virtual circuit

2023-10-09

2023-10-17

遲 翔（1991—），男，安徽省滁州市人，工程師，主要從事智能變電站運行維護工作。