500kV杨高站站域保护优化方案

周骏，徐楠，王勇

（国网上海市电力公司检修公司，上海 200122）

1 背景及目标

根据华东电网方式计算结论，直流受端交流故障将引起直流换相失败，一次换相失败恢复时间大约200ms，如同时发生两回及以上直流连续两次换相失败，即使采取切除送端2000万kW左右机组、并闭锁直流等措施，送端电网仍无法稳定运行。当发生死区故障或者开关失灵时，现有死区及失灵保护动作跳相邻断路器隔离故障时间基本晚于故障后400ms，无法满足要求稳定要求。500kV死区及失灵保护在死区故障或者开关失灵拒动时，能在故障后200ms内完成故障隔离，提高系统安全稳定裕度。

2 装设断路器死区及失灵保护的意义

根据目前上海500kV电网继电保护的配置以及整定原则，500kV变电站内500kV串内发生死区短路故障或断路器失灵时，需通过断路器失灵保护动作切除故障，在故障发生后400ms才能切除故障。尤其随着大直流、新能源的大量接入，诸如直流换相失败等故障已成为影响电网安全的重要故障。在重要的500kV 枢纽变电站中装设500kV站域死区失灵保护后，当发生死区故障或开关失灵拒动时，可以在故障后200ms 时间内完成故障的隔离，进而减少直流换相失败次数，提高直流送、受端系统的安全稳定性能。对于仅在开关一次侧装设CT会出现如图1状况。

（1）F1和F3故障时，开关不跳开，无法通过电气量区分设备一般区内故障和死区故障。

（2）F1故障时5021和5011开关不跳开，无法通过电气量选出死区故障所在串。

（3）开关不跳开，本站死区故障，本站所有线路对侧远方就地判据均满足。所以加装断路器死区及失灵保护对于加快隔离故障，提高系统稳定裕度有着重大的意义。

图1

对于双侧流变（如图2）。在开关与流变之间发生故障时，母差保护与主变差动保护会同时动作，跳开母线上的所有开关，5003相邻开关以及主变各侧开关，实现对故障点的隔离。因此不存在死区问题。

图2

3 站域保护与现有断路器死区及失灵保护相同点与不同点

3.1 现在的死区及失灵保护逻辑（如图3）

图3

站域保护在保护逻辑上和现有的死区及失灵保护本质是相同的，均是在相关设备保护，如线路保护、母线保护和主变保护，动作之后仍然无法隔离故障时动作，通过扩大切除范围以隔离故障，如跳相邻开关或者远跳线路对侧，两者的主判据基本一致：设备保护动作不返回且电流条件满足。站域保护与现有的断路器死区及失灵保护主要区别在于站域保护需要在故障后200ms内完成故障隔离，加快故障隔离时间，从而提高系统稳定裕度。由于失灵和死区保护均需要可靠躲过开关分闸和熄弧的时间；因此失灵和死区可优化的时间主要是现有的时间裕度，如图4。

图4

3.2 站域保护与现有的断路器死区及失灵保护在实现远跳上的区别

现有的死区及失灵保护实现远跳的延时：失灵保护开出接点延时+线路保护开入防抖延时+纵联通道延时+对侧线路保护信号防抖延时+远跳保护开入防抖就地判别延时。

优化后的死区及失灵保护实现远跳的延时：失灵保护开出接点延时+纵联通道延时+远跳保护开入防抖就地判别延时。

可以看出，优化后的死区及失灵保护合并压缩了远跳环节的延时。综上所述,死区和失灵保护动作时间优化主要集中在现有的分闸和熄弧确认时间裕度以及各环节确认延时。

4 断路器失灵保护动作原理

站域保护要在200ms内隔离故障点，动作时序（远跳）如图5所示。

图5

假设：本侧和对侧开关动作速度为60ms；出口接点动作时间5sm；通道延时5ms。则本侧通道需在故障后200-(60+5+5) ms即开始向对侧发远跳令,按200ms跳开对侧开开关，则本侧需在故障后130ms即向对侧发远跳令，即失灵或者死区保护动作时间不得高于130ms。

本侧开关跳开的越快，留给发远跳令前进行各类返回判别的时间越多，反之越少。站域保护动作行为：30ms时母差保护动作跳边开关，T3时刻失灵保护动作跳中开关同时发远跳给对侧，经通道延时跳对侧相应开关。本串相关断路器180ms断开，变电站对侧相关断路器185ms断开。死区故障或开关失灵情况可靠在200ms内全部切除。断路器失灵保护动作逻辑（如图6）。

图6

按200ms切除故障要求，T1取值120ms，T2取值90ms，T3 取值 90ms，Tyt取值 5ms。

M站保护电流条件满足持续T1未返回+ M站设备保护动作，且电流条件满足持续动作T2 =M站死区故障或者是开关失灵，跳相邻开关并远跳对侧(N站) 。非失灵串或者非死区串，开关跳开后，由于电流条件T1时间内返回而判据自然返回。N站就地判据持续满足T3未返回+N站收到远跳信号+N站Tyt延时=M站死区故障或者开关失灵，跳相应开关。

[1]国网上海检修公司杨高站 500kV 系统死区及失灵保护优化专项改造工程可行性研究报告，2017.

[2]500kV死区及失灵保护配置方案，南瑞继保，2017.

[3]断路器死区失灵保护整体配置方案，长园深瑞，2017.