楊遠(yuǎn)航 孔德志 李開云 解 良 石恒初

500kV線路斷路器跳位延遲返回對保護(hù)功能影響分析及解決措施

楊遠(yuǎn)航1孔德志1李開云2解 良1石恒初1

（1. 云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000）

部分型號500kV線路斷路器存在跳位延遲返回的現(xiàn)象，與繼電保護(hù)功能配合存在問題。本文分析500kV線路斷路器跳位延遲返回對繼電保護(hù)功能的影響，指出跳位返回遲滯可能導(dǎo)致線路單相故障時(shí)重合失敗，以及斷路器死區(qū)保護(hù)功能無法正確實(shí)現(xiàn)。從規(guī)劃設(shè)計(jì)和二次回路完善的角度，提出優(yōu)化設(shè)備選型、改接斷路器輔助觸頭、優(yōu)化合閘回路等解決措施。

跳位延遲返回；單跳失敗；死區(qū)保護(hù)；合閘監(jiān)視

0 引言

在云南電網(wǎng)500kV線路保護(hù)運(yùn)維過程中，發(fā)現(xiàn)其中一條500kV線路發(fā)生單相（B相）故障，故障錄波如圖1所示，線路保護(hù)動作跳開故障相斷路器后，斷路器跳位未立即返回，且斷路器跳位返回有300ms延時(shí)，即存在跳位延遲返回的現(xiàn)象，而線路保護(hù)和斷路器保護(hù)的部分功能邏輯涉及斷路器跳位判據(jù)，跳位返回遲滯可能影響保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致保護(hù)誤動作，危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際模擬試驗(yàn)并查閱斷路器機(jī)構(gòu)[2]二次回路圖紙發(fā)現(xiàn)，部分?jǐn)嗦菲鲝S家在滿足斷路器“分-合-分”動作特性的要求下，出于防止斷路器短時(shí)間內(nèi)分合閘的考慮，在合閘控制回路中加入了時(shí)間繼電器SJ3，如圖2所示。該繼電器時(shí)間默認(rèn)整定為300ms，斷路器在合位時(shí)，SJ3繼電器失磁，合閘回路不通。當(dāng)斷路器由合到分后，斷路器輔助觸頭S0-A：31、32導(dǎo)通，SJ3繼電器勵(lì)磁，到達(dá)延時(shí)時(shí)間300ms后，SJ3：11、14觸點(diǎn)導(dǎo)通，從而啟動斷路器操作箱TWJ動作，故斷路器跳位返回需要經(jīng)過300ms延時(shí)。

圖1 故障線路B相電流、電壓、跳位錄波

圖2 斷路器合閘回路機(jī)構(gòu)原理

目前，繼電保護(hù)功能設(shè)計(jì)中未針對此特殊情況采取專門應(yīng)對措施，繼電保護(hù)功能可能存在不適應(yīng)問題。本文系統(tǒng)梳理、分析涉及跳位判據(jù)的保護(hù)功能的適應(yīng)性，指出跳位返回延遲可能造成線路保護(hù)中的“單跳失敗”誤動[3-4]，以及斷路器保護(hù)中的“死區(qū)保護(hù)[5-6]”不正確動作，并從設(shè)備選型、二次回路優(yōu)化角度提出解決措施。

1 斷路器跳位延遲返回影響分析

1.1 對線路保護(hù)“單跳失敗”功能的影響

在500kV線路保護(hù)中，“單跳失敗”邏輯判別有兩種方式：①斷路器跳閘位置與電流判據(jù)“或”邏輯判別；②單判電流。跳位延遲返回對兩種判別方式的動作邏輯影響如下。

1）判斷路器跳閘位置及電流

此方式下，保護(hù)發(fā)出單相跳閘令后，通過判斷出現(xiàn)電流“從有到無”的變化或150ms內(nèi)收到跳位開入來判斷單相跳閘成功，否則判斷單相跳閘失敗并永跳三相。電流及位置同時(shí)判保護(hù)單跳失敗邏輯如圖3所示。

圖3 電流及位置同時(shí)判保護(hù)單跳失敗邏輯

在該種邏輯判別條件下，若線路處于空載工況或故障電流較小，不足以實(shí)現(xiàn)電流“從有到無”的判別，則必須依賴斷路器跳位在150ms內(nèi)返回，否則線路保護(hù)將判為單相跳閘失敗直接三跳斷路器，導(dǎo)致單相故障下線路重合失敗[7]。

因此，跳位延遲300ms返回可能導(dǎo)致線路保護(hù)“單跳失敗”誤動，降低線路重合成功率。

2）單判電流

保護(hù)邏輯動作跳閘后，150ms時(shí)會檢測跳閘相是否跳開，發(fā)單跳令后若該相持續(xù)有電流（>0.06n），經(jīng)150ms延時(shí)發(fā)單跳失敗三跳命令。單電流判據(jù)保護(hù)單跳動作邏輯如圖4所示[8]。

圖4 單電流判據(jù)保護(hù)單跳動作邏輯

該種動作邏輯情況下，斷路器的跳位返回快慢對線路保護(hù)單跳邏輯無影響。

1.2 對斷路器保護(hù)“死區(qū)保護(hù)”功能的影響

1）死區(qū)保護(hù)原理

在單電流互感器（TA）配置方式下，TA與斷路器之間發(fā)生故障時(shí)，死區(qū)動作接線如圖5所示，雖然線路保護(hù)能快速動作，但在本斷路器跳開后，故障并不能切除。此時(shí)，需要死區(qū)保護(hù)先于失靈保護(hù)動作跳開相鄰斷路器[9-11]。

死區(qū)保護(hù)的動作邏輯為：當(dāng)裝置收到三跳信號如線路三跳、發(fā)變?nèi)?，或者A、B、C三相跳閘同時(shí)動作時(shí)，如果死區(qū)過電流元件動作，對應(yīng)斷路器跳開，裝置收到三相斷路器跳閘位置信號，受死區(qū)保護(hù)投入控制經(jīng)整定的時(shí)間延時(shí)啟動死區(qū)保護(hù)。出口回路與失靈保護(hù)一致，動作后跳相鄰斷路器[12-13]。死區(qū)保護(hù)動作邏輯如圖6所示。

圖5 死區(qū)動作接線

圖6 死區(qū)保護(hù)動作邏輯

2）對死區(qū)保護(hù)影響

死區(qū)保護(hù)時(shí)間定值通常整定為0.1s，失靈保護(hù)動作定值[14-15]通常整定為0.2s，二者存在100ms的配合級差。死區(qū)保護(hù)先于失靈保護(hù)動作的意義在于死區(qū)位置發(fā)生故障等同于母線上發(fā)生故障，故障對系統(tǒng)沖擊較大，容易導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，因此，需要更加快速地隔離故障[16]。死區(qū)保護(hù)先于失靈保護(hù)動作的條件是死區(qū)保護(hù)需要判斷路器跳位，而失靈保護(hù)不判斷路器跳位，因此，在引入斷路器跳位防止誤動后，死區(qū)保護(hù)時(shí)間定值可以壓低，比失靈保護(hù)更快動作。

若斷路器三相跳位返回時(shí)間大于100ms，則死區(qū)保護(hù)失去存在意義，其動作時(shí)間大于失靈保護(hù)動作時(shí)間。當(dāng)死區(qū)位置發(fā)生故障時(shí)，死區(qū)保護(hù)無法快速動作，危及系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 解決措施

從設(shè)備選型及二次回路完善兩個(gè)方面分別提出解決措施。

2.1 設(shè)備選型

新建站及技改站項(xiàng)目管理過程中，在設(shè)備選型、設(shè)計(jì)審查階段，提出兩個(gè)方面的要求：①盡量避免采用斷路器跳位判單跳邏輯的線路保護(hù)和有延時(shí)跳位返回繼電器的斷路器組合使用，從源頭上避免該問題的出現(xiàn)；②選用輔助觸頭充裕的斷路器設(shè)備，且選用無時(shí)間閉鎖繼電器的斷路器，做品類優(yōu)化，使用標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)的斷路器不會造成影響。

上述要求僅能解決跳位延遲返回影響線路保護(hù)“單跳失敗”功能的問題。

2.2 二次回路完善

1）措施一：使用備用斷路器輔助觸頭

在斷路器輔助觸頭充裕的情況下，可重新引一副備用的斷路器輔助觸頭[17]，作為跳位開入，真實(shí)反映斷路器跳閘狀態(tài)，徹底解決跳位開入延遲的問題。

2）措施二：取消斷路器機(jī)構(gòu)箱[18]內(nèi)合閘回路里的時(shí)間繼電器

直接取消合閘回路時(shí)間繼電器，避免斷路器跳位返回出現(xiàn)延時(shí)。大部分廠家均未配置該繼電器，未見影響斷路器安全運(yùn)行的相關(guān)報(bào)道。

3）措施三：將監(jiān)視回路放在時(shí)間繼電器觸點(diǎn)之后

改接監(jiān)視回路，將監(jiān)視回路移至?xí)r間繼電器觸點(diǎn)之后，原監(jiān)視回路如圖7所示，更改后監(jiān)視回路圖8所示[19]。

改接監(jiān)視回路后，可以“繞過”合閘回路時(shí)間繼電器，真實(shí)反映斷路器位置狀態(tài)。

4）措施四：將SJ3時(shí)間繼電器動作時(shí)間整定至100ms以內(nèi)

更改斷路器的動作特性，重新設(shè)計(jì)分合閘動作要求，將SJ3時(shí)間繼電器的時(shí)間定值調(diào)整為100ms以內(nèi)，并考慮斷路器輔助觸頭動作所需的時(shí)間裕度。

圖7 原監(jiān)視回路

圖8 更改后監(jiān)視回路

對比分析以上措施：措施一可有效解決跳位慢返回的問題，且不會增加回路改接風(fēng)險(xiǎn)，措施二和措施三的二次回路改動較大，應(yīng)慎重考慮使用，措施四工程實(shí)現(xiàn)較為經(jīng)濟(jì)、便捷，但未徹底解決延遲返回的問題。綜上所述，在斷路器輔助觸頭充裕的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用措施一，當(dāng)斷路器輔助觸頭無備用時(shí)，可以考慮采取措施二～措施四。

3 結(jié)論

本文分析了500kV線路斷路器跳位延遲返回現(xiàn)象對繼電保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)的影響，揭示了斷路器跳位延遲返回帶來的繼電保護(hù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，從設(shè)備選型和二次回路優(yōu)化角度提出了解決措施，可為相關(guān)工程應(yīng)用提供參考。

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Analysis of the influence of 500kV line circuit breaker tripping delay return on protection function and its countermeasures

YANG Yuanhang1KONG Dezhi1LI Kaiyun2XIE Liang1SHI Hengchu1

(1. Yunnan Power Grid Planning and Studying Center, Kunming 650011; 2. Yunnan Power Grid Corporation Lincang Power Supply Bureau, Lincang, Yunnan 677000)

Some 500kV line circuit breakers have the phenomenon of delayed return from tripping, and there are problems in coordination with the relay protection function. This paper analyzes the influence of the delayed return of the 500kV circuit breaker tripping position on the relay protection function, and points out that the hysteresis of the tripping position return may lead to the failure of reclosing in the single-phase fault of the line and the failure of the circuit breaker dead zone protection function. From the perspective of planning and design and the improvement of the secondary circuit, solutions such as optimizing equipment selection, changing the auxiliary contacts of the circuit breaker and optimizing the closing monitoring circuit are proposed.

tripping delay return; single jump fault; dead zone protection; closing monitoring

2022-02-16

2022-04-01

楊遠(yuǎn)航（1990—），男，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)管理工作。