500 kV同杆双回线自适应重合闸在瀑布沟水电站的应用

董吉林，陈 阳，孙艳景，李志军，杨福力

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

500 kV同杆双回线自适应重合闸在瀑布沟水电站的应用

董吉林，陈 阳，孙艳景，李志军，杨福力

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

主要介绍自适应重合闸的原理及重合顺序，自适应重合闸的保护配置原则。分析了瀑布沟线路保护及断路器保护如何实现自适应，同时阐述了自适应重合闸的优点。对流域水电站500 kV电压等级的同杆双回线自适应重合闸配置具有参考作用。

自适应重合闸；线路保护；断路器保护

0 概述

瀑布沟水电站装设6台600MW的混流式水轮发电机组，在系统中担负调峰、调频及事故备用，枯期担负峰腰荷，汛期主要担负基荷，是四川电力系统中骨干电站之一。瀑布沟电站发电机和变压器采用单元接线，并设置了发电机出口断路器。系统设置了两条500kV的母线，开关布置为4/3方式，即在每一个纵向的支路上设有四台断路器，形成三条出线。有四串4/3接线的支路，整个系统通过四条500kV线路送电至眉山东坡变电站。主接线图如图1所示。其中布坡一线、二线，布坡三线、四线为同杆并架双回线。同杆双回线路配置了南瑞继保电气有限公司的RCS-931E型超高压线路保护装置和RCS-921C型断路器失灵保护及自适应重合闸装置，实现了能够极大地提高电力系统的运行稳定性的自适应重合闸功能。该成套保护装置工作可靠，自2009年10月投运以来一直保持稳定运行。

图1 瀑布沟主接线示意图

由于500 kV电压等级的同杆双回线担负着系统大容量潮流输送的任务，因此它的正常运行对电力系统的稳定有着重要意义。同杆双回线装设在同一杆塔上,线间的距离较近，可能会出现跨线故障。当发生跨线故障时，常规的重合闸会重合于跨线永久故障。其虽然对于各回线路，仍然体现为单相故障,但对于整个电力系统来说，则与重合于多相故障无异。这对系统的冲击很大，并且重合后两回线路均跳开,可能造成一个地区电网潮流严重的不足，从而对系统的稳定以及设备运行造成严重的影响，极端情况下可能导致系统失稳以及电力设备损坏。500 kV电压等级同杆双回线均采用单相重合闸方式，当发生单相接地故障，故障相跳闸后，由于同杆双回线的静电耦合和电磁耦合作用较强，故障相恢复电压较高，使得潜供电弧熄灭时间较短。当潜供电弧还未熄灭或者熄灭的时间较短，还不足以使得故障点绝缘强度恢复时，由于常规重合闸无法识别此现象，当重合闸动作时，会使得故障点重新被击穿，导致瞬时性故障重合失败。另外，常规重合闸不能识别故障的严重程度，可能会重合于出口严重故障，这对系统以及电力运行设备也会产生很大的影响。同杆双回线故障的主要特点是有跨线故障。单回线的简单故障有11种，而同杆双回线故障则多达120种。在120种同杆双回线故障中，接地故障63种，不接地故障57种；单回线故障22种，跨线故障98种。通常又将跨线故障分为非同名相和同名相跨线故障。虽然跨线故障在故障分类中占有压倒优势，但单回线故障的比例仍在80%以上，我国统计资料表明跨线故障很少，仅占同杆双回线总故障的2%～3%，远小于国外统计的数据，这就要求我们全面考虑故障时的保护问题，即不仅要考虑跨线故障时的保护问题，也要考虑单回线故障时的保护问题。

1 自适应重合闸的原理

当同杆双回线发生故障,故障相跳闸后，健全相对故障相会产生恢复电压，恢复电压包括电容耦合电压以及电磁耦合电压，电容耦合电压包括相间电容耦合电压以及线间电容耦合电压，其幅值不受线路长度的影响。电磁耦合电压由线间以及相间的互感产生，由于恢复电压的影响，使得故障点潜供电弧的熄灭比较困难。为了加快潜供电弧的自熄，目前比较常用的方法是在三相并联电抗器的中性点加小电抗的方法，该方法可以部分或全部补偿相间的静电耦合电压，自适应重合闸主要包括无严重故障判据以及按相顺序重合原则。由于瀑布沟水电站主接线母线上各有一组电抗器，故自适应重合闸需包括并联电抗器电压判据。

1.1 有并联电抗器电压判据

对于有并联电抗器线路，当发生瞬时性故障，故障相跳开后，线路电容、电感元件回路将产生自由振荡分量。该分量与静电耦合分量以及电磁感应分量叠加在一起，从而形成拍频电压，自由振荡分量的频率与并联电抗器的补偿度有关，一般在30～40 Hz左右，拍频振荡周期一般0.2 s以下。对于永久性故障，端电压仅为电磁感应电压幅值，相对较小。对于瞬时性故障，拍频电压最大值为静电耦合电压、电磁感应电压以及自由振荡电压幅值的和，而最小值为静电耦合电压、电磁感应电压与自由振荡电压幅值的差。当线路有并联电抗器投入时，自适应重合闸采用如下判别公式

式中，k为半波积分系数，ui为第i点电压瞬时采样值,当两式均满足条件时，经短延时展宽0.25 s，考虑到拍频振荡周期一般为0.2 s以下。因此，上式可以弥补拍频振荡电压的影响。

1.2 按相顺序重合闸

由于两回线有两异名相时仍然能保持两侧系统的较强联系，能够输送相当大的功率，对提高系统的稳定性非常有利。这种重合闸方式要求对任何故障保护只切除故障相，如两相故障只跳两相。自适应重合闸启动的条件是两回线综合起来有两异名相健全即可,缺相相优先重合，其本质相当于把两回线当一回线来实现单相重合闸。根据按相顺序序重合闸逻辑要求两回线同时只有一相重合，并遵循如下重合顺序：（1）同名相优先重合且可以同时重合;（2）超前相优先重合;（3）多相故障线路的超前相优先重合。同名相优先重合可以减少整个的重合时间，尽快恢复缺相相的运行。另外，即使同名相重合于永久故障，对系统而言仍然是重合于单相故障，不管是一回线故障还是跨线故障均按超前相优先重合的顺序，超前相优先重合可以让各相优先重合的几率相同。对于如ⅠAⅡBC故障,如果先合ⅠA于永久故障，则Ⅰ回线三相跳开,将使双回线只有ⅡA在运行,破坏了实现单相重合闸的原则。导致Ⅱ回线不能启动重合。而如果先合Ⅱ回线,即使合于故障,则仍保留Ⅰ回线重合的机会。因此多相故障线路的超前相应优先重合。

2 保护配置

自适应重合闸线路保护及断路器辅助保护的配置方案如图2：

图2 自适应重合闸保护配置方案

2.1 线路保护配置

同杆双回线每回线路应配置两套完整独立的保护装置。瀑布沟水电站线路保护双套保护均由南京南瑞继保电气有限公司提供的RCS-931E线路保护装置、过电压保护RCS-925A保护装置实现双重化配置。RCS-931E保护装置包括以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的快速Ⅰ段保护，由三段式相间和接地距离及二个延时段零序方向过流构成的全套后备保护。保护有分相合闸及跳闸出口，配有自适应重合闸及常规重合闸功能。应用于同杆并架双回线时，电流差动保护对各种常规及跨线故障具有天然的选相能力。以瀑布沟水电站布坡三线、四线线路保护1号屏为例：RCS-931E设有两路完全相同的光纤接口，A通道用于线路两侧差动保护之间的电流数据及开关量信息的交换（开关量信息包括本侧保护的开关及跳闸信息）为自适应重合闸提供判别依据；B通道用来和邻线交换本线开关及重合闸信息，为自适应重合闸提供信息。如图3所示。

图3 布坡三线、四线线路保护装置通讯示意图

2.2 断路器保护配置

同样以瀑布沟布坡三线、四线为例：双回线边开关采用南京南瑞继保RCS-921A型断路器保护装置，中开关采用南京南瑞继保RCS-921C型断路器保护装置。RCS-921C型断路器保护装置功能包括断路器失灵保护、三相不一致保护、死区保护、充电保护和常规重合闸及自适应重合闸。当同杆双回线采用自适应重合闸时，RCS-921C与RCS-931E配合完成自适应重合闸功能。布坡四线线路保护RCS-931E综合布坡四线和布坡三线信息，将两回线三相六线作为整体考虑，保护只跳故障相；当两条线路在故障跳闸后还存在至少两健全异名相连接时，RCS-931E结合无严重故障判据，按照分相顺序重合策略发出分相重合令，并由RCS-921C根据断路器本身的状态和中开关先合后合关系实现重合出口。

3 结束语

由RCS-931E型超高压线路保护装置和RCS-921C型断路器失灵保护及自适应重合闸装置共同实现的自适应重合闸功能，可靠性高，使用方便，在瀑布沟水电站得到了成功应用。将两回线综合成一回线处理，当两回线有两异名相及以上健全相时才可以重合，其实质是对两回线实现单相重合闸功能，避免重合于多相永久故障以及严重接地永久故障对系统的冲击及对运行中的电力设备的损坏。综上所述，自适应重合闸具有如下优点：

（1）自适应重合闸采用只跳故障相的跳闸方式，即该线两相故障时只跳两相，而非三跳，使故障时系统联系尽可能紧密；使发生故障时，其余健全相仍能输出较大功率。

（2）将两回线看成一回线，有两异名相时决定重合，采用超前相先合的分相顺序合闸方式，避免了重合于永久性多相故障对系统造成的冲击，从稳定计算的角度使双回线的输送能力进一步提高。对于某些跨线永久故障，如ⅠAⅡBC故障可保证仍有一条线路运行。

（3）利用线路保护光纤通信功能，综合两回线的信息以及无严重永久故障判据，实现非严重故障侧先合，重合成功后对侧合闸；如不成功，对侧不合。避免重合于严重永久对系统的冲击，并且避免了两次重合于故障对系统的冲击,提高了系统的稳定性。

（4）可有效避免一回线发生瞬时故障，故障跳开后，另一回线发生永久故障时，双回线同时切除的情况。

[1]郑玉平，张哲，等.500 kV同杆双回线自适应重合闸方案［J］.电力设备，2006，（1）：20-23.

TM762.2+6

B

1672-5387（2010）06-0056-03

2010-10-08

董吉林（1986-），女，助理工程师，从事水电站运行维护工作。