220 kV线路保护二次回路配置及与各类保护装置之间的配合.pdf

Telecom Power Technology 96 Aug.25,2023,Vol.40 No.16 2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期电力技术应用DOI：10.19399/ki.tpt.2023.16.030220 kV 线路保护二次回路配置及与各类保护装置之间的配合赵段杰，朱剑（国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，江苏 镇江 212000）摘要：主要分析线路保护相关的二次电压电流回路的组成、保护通道的类型以及双重化配置原则，介绍电压采样回路的 2 种类型、流变二次端子的分配原则以及保护通道的现状与应用情况，并对 220 kV 线路保护与其他各类二次设备之间的配合进行分析，包括操作箱、断路器保护及母线保护装置。此外，解释跳闸功能和失灵保护功能的实现原理，对 220 kV 线路保护在整个电网保护装置系统中的作用进行讨论。关键词：220 kV 线路保护；电流电压回路；保护配合Analysis on the Secondary Circuit Configuration of 220 kV Line Protection and Cooperation with Various Protection DevicesZHAO Duanjie,ZHU Jian(Zhenjiang Power Supply Branch of State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd.,Zhenjiang 212000,China)Abstract:This paper mainly analyzes the composition of the secondary voltage and current circuit related to line protection,the types of protection channels and the principle of dual configuration,and introduces two kinds of voltage circuits，distribution principle of secondary current transformer terminals and currently application of protection channels.And analyzes the cooperation between 220 kV line protection and other types of secondary equipment,including operation box,circuit-breaker protection and busbar protection.Explains the theory of trip circuit and failure protection,and discusses the role of 220 kV line protection in the whole power grid protection device system.Keywords:220 kV line protection;current and voltage loop;protection cooperation0引言目前，变电站系统的 220 kV 部分主要采用双母线接线方式，且国网要求 220 kV 线路保护要按照双重化的原则进行配置，一般配置 2 套主保护和完整的后备保护。220 kV 线路保护的双重化配置原则，既是保护装置的双重化，也是保护二次回路的双重化。双重化配置的保护装置及其回路之间应当完全独立，没有直接的电气联系。对于 220 kV 线路保护来说，作为其保护判别依据的电压、电流二次采样回路是重要的保护判别依据，并且主保护通道是否畅通是其正确动作的重要条件之一。这类二次回路同样应当对应双重化配置的保护装置进行对应配置。此外，电网的保护装置环环相扣，形成了互相配合、紧密联系的保护系统。220 kV 线路保护作为其中重要的一部分，与系统中其他保护之间的配合关系值得探究。1线路保护的电压电流回路及保护通道配置1.1线路保护的二次电压回路220 kV 线路保护电压的采样方式通常有取母线电压和取本线路电压 2 种情况。当取对应运行母线上电压互感器所采电压时，该间隔线路保护通常利用二次并列切换回路采集对应母线电压。优点是设计合理、投资少，缺点是有二次反充电的可能。因此，对于运维人员来说，在每次操作母线闸刀后，需要在相应母差保护装置上确认辅助接点的切换是否正常，同时由于自动并列接点 1YQJ6（2YQJ6）的容量通常较小，倒母线操作时，在使母线侧闸刀双跨之前，要操作电压并列装置的 BK 把手使得 2 条母线电压强制并列。此类情况中，线路也会安装单相线路压变，采集的线路电压仅用于线路保护重合闸中的检同期和检无压功能。取本线路三相电压互感器所采电压的情况。大多数 220 kV 线路仅配置单相线路压变，而有些线路自身有三相电压互感器，其线路保护仅需采用本线路三相电压即可。优点是不必设置复杂的电压切换回路，提高了保护可靠性和测量准确性，缺点是每条线路都要装设三相电压互感器，加大了投资和维护成本。1.2线路保护的二次电流回路每条 220 kV 线路的开关与线路侧闸刀之间都安装有电流互感器。电流互感器中有多个流变次级，依据双重化原则，与其他保护一样，2 套 220 kV 线路保护会每套分别分配到一组流变次级用于保护电流采样。流变次级的布置需遵循最大化原则，使得线路保护与母差保护分别占据合理范畴内的最大保护范围，并且保护范围有一部分相互重叠，从而消除次级之间的保护死区，使设备获得更好的保护。由于流变安装收稿日期：2023-06-13作者简介：赵段杰（1994），男，江苏句容人，220 kV变电站值班员，工程师，主要研究方向为变电运维。2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期 97 Telecom Power TechnologyAug.25,2023,Vol.40 No.16 赵段杰，等：220 kV 线路保护 二次回路配置及与各类保护装置之间的配合位置的缘故，线路流变与开关之间的区域成为了线路保护的一段保护死区。该区域发生故障时，线路保护无法感知到故障电流而正常启动，因此需要母差保护通过远方停信等方式来使保护及时动作。1.3保护通道类型与配置原则220 kV 纵联保护通道同样应遵循双重化原则，即单套保护配置双通道。目前，继电保护通道主要有载波通道、微波通道、光纤通道以及导引线通道4种1。其中，光纤通道作为继电保护通道的保护应用最广，成为了当前发展最快的通道类型，优点是通道容量大且不易受电磁的干扰，并且由于具有独立的光纤作为通道，输电线路的故障不会对光纤通道造成影响。现阶段运用越来越广泛的是光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）光缆，通过将绞制的若干根光纤与架空地线结合铺设通信光缆。但由于历史原因，目前仍有许多使用光纤通道的单套保护仅仅配置了单通道，或者虽然单套保护配置了双通道，但是仍然处于一条通道运行、另一条通道备用的状态。2220kV 线路保护与其他保护的二次配合2.1线路保护与操作箱的联系操作箱是用于控制操作断路器的辅助控制设备，能够通过其中的跳闸、合闸回路与断路器配合使用，让保护装置和其他有关设备均可通过操作箱来对断路器进行分合闸操作。220 kV 断路器通常为含有 2 组分相分闸线圈、1 组分相合闸线圈的高压断路器，因此与之配套的操作箱通常也有 2 组跳闸回路、1 组分闸回路，同时操作箱有监视断路器跳合闸位置的回路、压力闭锁回路以及防跳回路等，下文以 CZX-12R1 型操作箱为例。2.2操作箱与线路保护的配合（1）三相跳闸回路分为三跳启动重合闸回路和三跳不启动重合闸回路。保护发三跳命令并且要启动重合闸时，如图 1 所示，通过 n36 端子启动 11TJQ、12TJQ、13TJQ 继电器来分别接通图 2 中的第一组分相跳闸回路以启动第一组跳闸线圈，并且通过 n39 端子起动 21TJQ、22TJQ、23TJQ 继电器来同样起动第二组跳闸线圈，从而完成保护对开关进行三相跳闸和重合运行的控制。当保护需要开关三相跳闸并且不启动重合闸时，如图 1 所示，可以通过 n38 端子起动 11TJR、12TJR、13TJR 继电器来接通图 2 中的第一组分相跳闸回路，以启动第一组跳闸线圈,同时通过 n40 端子启动21TJR、22TJR、23TJR 继电器，同样启动第二组跳闸线圈，完成对开关的三相跳闸，并且 TJR 继电器的相关节点还会闭锁重合闸回路，使得对应的重合闸不动作，从而使得开关不能进行重合。不启动重合闸不启动失灵不启动重合闸启动失灵启动重合闸启动失灵不启动重合闸不启动失灵不启动重合闸启动失灵启动重合闸启动失灵手跳Vn37ISTJ11TJQ12TJQ13TJQ11TJR12TJR11BJ12BJ21BJ22BJ13TJR21TJQ22TJQ23TJQn3121TJR22TJR23TJRSTJaSTJbSTJcn36n38n48n39n40n56VVVVVVVVVVVVVVVVVVV第二组跳闸线圈三相跳闸第一组跳闸线圈图 1CZX-12R1 型操作箱的三相跳闸起动回路原理11 TBIJa11HWJa12HWJaVVVII13HWJa11TBJa操作机构A相跳闸第一组跳闸回路合位监视12TBJan144n11n1711 TBIJa11TJQ12TJQ11TJR12TJRSTJaSTJa11BJ2TBUJa11YJJ11YJJ2TBUJb2TBUJc图 2CZX-12R1 型操作箱第一组跳闸回路 A 相分相跳闸原理 2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期Aug.25,2023,Vol.40 No.16Telecom Power Technology 98（2）分相跳闸功能。当开关处于合闸位置时，开关常开辅助接点闭合，保护通过分相跳闸接点动作，使跳闸回路接通，跳闸保持继电器 TBIJ 动作并由相应的接点实现自保持，直到开关跳闸后，辅助接点断开，从而断开跳闸回路。（3）重合闸功能。当保护重合闸功能动作时，使重合闸对应回路接通，ZHJ 继电器得电，对应节点接通，从而分别接通 A、B、C 这 3 个分相合闸回路，启动合闸线圈使得开关合闸，实现重合闸功能。2.3线路保护与断路器保护的配合在非“六统一”变电站中，单独配置的断路器保护中失灵电流判别功能启用，断路器保护的作用是为线路保护提供失灵启动电流判别；而在“六统一”变电站中，断路器保护的失灵功能不用，仅使用其过流保护功能，作为线路保护的补充2。2.4线路保护与失灵保护的配合断路器失灵保护是一种近后备保护。对于 220 kV 系统常用的双母线或单母线分段接线方式，失灵保护动作后应以较短的时间跳开母联或者分段断路器，再经过一段延时跳开与失灵断路器接在同一母线上的其他断路器。因为其跳闸对象与母差保护的跳闸对象完全一致，所以可以将失灵保护逻辑集成在母差保护装置中。失灵保护作为线路保护的后备保护，当线路保护无法跳开该断路器时，失灵保护启动，切除故障，且当断路器失灵保护动作后，应闭锁相关线路保护的重合闸。失灵保护的启动条件有 2 个：一是有保护对该断路器发出过跳闸命令；二是该断路器在一段时间内一直有故障电流。这一失灵逻辑判别功能在非“六统一”变电站中是由相应断路器独立配置的断路器保护实现的。在“六统一”变电站中，每套母差保护都内置了失灵保护功能，为对应的 220 kV 线路保护进行失灵判断，其具体分析如下3。（1）220 kV 母差保护为非“六统一”装置时，线路保护动作，根据故障类型不同，线路保护和操作箱分别发分相启失灵或者三相启失灵至断路器保护，经断路器保护电流判别后至母差保护失灵功能实现。回路原理如图 3 所示。以 PSL602 保护和 RCS931 保护为例，单相跳闸接点经过启动失灵压板到断路器装置，断路器保护通过电流判别，通过失灵启动母差压板（15LP13）决定是否启动母差失灵出口。当保护三相跳闸时，其三跳接点不直接启动失灵，而是通过操作箱的三跳接点去启动失灵4。失灵保护启动后经过开关保护分相电流元件判别通过后至母差延时回路（0.2 s）出口。三相启动失灵只要一相电流满足即可。（2）220 kV 母差保护为“六统一”装置时，线路保护动作，根据故障类型不同，线路保护和操作箱分别发分相启失灵或者三相启失灵至母差保护失灵开入压板，经母差保护进行电流判别。“六统一”设计的变电站线路开关保护无失灵保护功能，失灵电流判别在母差中进行。第一套线路保护启动第一套母差保护失灵功能，第二套线路保护启动第二套母差保护失灵功能。保护三跳、永跳出口时，开关操作箱三跳启失灵接点启动 2 套母差保护三ABCTJQ第一套线路保护出口母差屏电源（公共端）线路保护屏开关保护屏ABCTJRTJQTJR第二套线路保护出口1G2G母差保护屏母差保护T1=0.3 sT2=0.6 s复压闭锁+ABC失灵电流判别图 3非“六统一”失灵保护原理 2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期 99 Telecom Power TechnologyAug.25,2023,Vol.40 No.16 赵段杰，等：220 kV 线路保护 二次回路配置及与各类保护装置之间的配合相失灵功能。2.5线路保护与母差保护的配合（1）远方跳闸保护装置。对于双母线接线方式的220 kV线路保护装置，当线路对侧母差保护动作时，会向线路本侧发远跳信号5。本侧的远方跳闸保护装置在收到对侧发来的远方跳闸信号后，为了避免该远方跳闸信号为误发信号，会通过零序、负序电流/电压、低电流和低有功等判据进行就地判别，若判断确实有一次系统的故障或异常运行状态时，保护装置跳开本侧的开关。（2）线路保护与母差保护的配合。对于 220 kV双母线接线方式，通常考虑线路保护与母差保护之间的配合时，是指当线路电流互感器与开关之间发生所谓死区故障的情况。该区域属于母差保护的保护范围，母差保护动作而线路保护并不会动作，但实际如果只是母差保护动作，故障点仍在线路上，若对侧仍有电则线路上仍有故障电流。为应对这种情况，当母差保护动作或者失灵保护动作时后，线路保护为闭锁式纵联保护时会有纵联保护停信；允许式纵联保护则会纵联保护发信，通过这种方式立即使线路对侧的开关跳开，切除故障。如果在母线上故障，在双母线接线情况下，同样是母差保护动作或者失灵保护动作，此时仍会使线路对侧断路器跳开。这时虽然并不是在死区发生的故障，但是线路保护通过上述方式与母差配合跳开对侧开关不会扩大停电范围，并不会造成不良影响。（3）闭锁重合闸。当母线上发生故障母差保护动作时，一般都是永久性故障，因此为防止线路开关重合于母线故障点，从而对系统再一次造成冲击，母差保护动作应当闭锁线路保护的重合闸功能6。3结论本文主要分析了线路保护相关的二次电压电流回路及通道配置，并对 220 kV 线路与其他各类二次设备之间的配合进行了分析讨论。双重化配置是 220 kV 线路保护的一项重要配置原则，代表了 220 kV 线路在电网中不可或缺的重要性，作为其保护的 220 kV 线路保护装置的重要性不言而喻。保护装置是变电站中一个庞大系统，220 kV 线路保护作为保护装置中重要的一部分，通过与其他各类保护及配套装置的配合，成为整个变电站保护系统中不可或缺的一环，保障电网的安全稳定运行。参考文献：1 郑镇.浅析 220 kV 线路保护通道配置 J.中国新技术新产品，2012（22）：157-158.2 牟晓明.浅析220kV线路保护J.山东工业技术，2017（21）：162.3 陆彦虎.怎样简化 220kV 线路保护二次回路设计 J.宁夏电力，2008（增刊 1）：61-65.4 宋珂.失灵保护原理介绍及回路分析 J.中国新技术新产品，2012（20）：138.5 华坤.220kV 线路保护远跳功能浅析 J.中国高新技术企业，2015（15）：145-146.6 刘建强，倪建勋，戴明.220kV 双微机线路保护重合闸问题探讨 C/第十九届输配电研讨会论文集，2011.参考文献：1 王啸，汪杰，高鹏.小型化 LTCC3dB 电桥的设计与制作 J.电子元件与材料，2014，33（8）：93-95.2 刘伊民，胡江，谢俊.一种新型 LTCC 小型化定向耦合器设计J.微波学报，2014，30（增刊 1）：203-205.3 王亮，施金，徐凯.一种紧凑型 LTCC差分分支线耦合器 J.电波科学学报，2021，36（5）：781-786.4 谢廉忠，符鹏.用于微波组件的 LTCC3dB 耦合器 J.现代雷达，2008，30（2）：100-102.5 赵子豪，戴永胜.基于 LTCC 技术的四相位定向耦合器设计 J.固体电子学研究与进展，2019，39（5）：350-354.（上接第 95 页）