220kV线路保护装置TWJ回路优化研究及运用

广东粤电新丰江发电有限责任公司 朱石炼 广东诚誉工程咨询监理有限公司河源分公司 刘忠明

南方电网反事故措施汇编（2014）规定，每个断路器应且只应使用一套防跳回路，宜采用开关本体防跳。南网电网220kV变电站二次接线标准（2017）规定，断路器的合闸回路监视采用TWJ分相监视，且TWJ应能监视包括“远方/就地”切换把手、断路器辅助接点、合闸线圈等的完整合闸回路。南方电网通过“反事故措施精益化检查”发现，近年来新建和扩建的工程基本满足南方电网反事故措施汇编和220kV变电站二次接线标准的规定。

新丰江水电厂位于广东省珠江水系东江流域河源市境内，是由我国自行设计、施工和安装的大型水电工程。电厂源源不断输出电力，成为河源及周边地区乃至广东加快工业化进程的血脉。在二十世纪八十年代之前，新丰江水电厂是广东电网的重点水利工程，发电量占到广东全省一半以上。2019年10月，新丰江水电厂获评广东十大最美水利工程。电厂内装有4台水轮发电机组，总装机容量为355MW，是广东省最大的常规水电厂、国家“一五”计划的重点建设项目、电网“黑启动”电源电厂。该电厂采取单机单变的单元接线方式，两台主变对应一组出线，两组出线分别为“新河甲线”和“新河乙线”。

新丰江水电厂新河甲线线路出线不设开关，挂在新河甲线出线母线上的开关有1号主变变高开关2201和2号主变变高开关2202，当单台开关检修维护（如2201开关检修、2202开关运行、且2号发电机发电运行），因主一装置采集到2201开关在跳闸位置（TWJ为1），同时线路还有电流，主一保护装置判断为异常而闭锁保护。为防止单套线路保护闭锁，现就新丰江水电厂220kV新河甲线保护装置TWJ回路进行优化研究。

1 新河甲线保护装置TWJ回路优化

1.1 TWJ在线路中的作用

TWJ的主要作用是提供断路器位置指示，一般为常闭触点，与合闸回路相连。当断路器处于合闸位置时，常闭触点打开，TWJ=0表示断路器处于合闸位置（TWJ=1表示断路器处于分闸位置）。TWJ在线路保护中主要用于以下几个方面。

（1）光纤纵差保护用于“允许发信”。当断路器处于三相分闸状态时，线路发生短路故障，断路器所在侧的所有线路保护启动元件不动作，断路器所在侧不能向对侧发出允许信号，导致对侧电流纵差保护拒动。此时，当断路器三相TWJ=1为允许信号时，对侧差动保护能正确动作，切除故障。

（2）线路保护用来监视“跳闸”和电压互感器（TV）是否正常。线路正常运行时，线路保护采集到线路电流，但跳位动作（TWJ=1），延后约10s后报出“跳闸异常”或“TWJ异常”信号。当保护采集到线路三相无电压无电流时（通常出现在对侧对本侧线路空充状态），通过判断TWJ的状态决定是否发出“TV断线”信号。当TWJ=0时，延时1.25s报警，当TWJ=1时，不报警。

（3）判断线路是否全相运行。当断路器以手动或保护动作分闸时，只要断路器三相不同时合闸，即为非全相运行状态。当单相跳闸固定动作或单相TWJ动作且线路无电流时，延后30ms后，置非全相状态；当三相跳闸固定动作或三相TWJ动作且线路无电流时，延后30ms后，置非全相状态，如果有电流或三相TWJ返回，开路保护将接近故障200ms。

（4）影响启动过电压保护功能。线路保护一般具有过电压保护的功能，当本侧线路过电压元件跳开本侧断路器时动作延时，如保护配置中“过电压启动远方跳闸”和“跳闸位置闭锁远方跳闸”控制字均为1，无电流时，本侧所有断路器的TWJ动作（TWJ=1），向对侧发送远方跳闸指令。

若是TWJ动作延迟，将会对保护逻辑功能造成影响，导致保护不正确的动作。特别是在高电压输电线路上，如果保护动作不正确，将会对电力系统的稳定运行造成严重的影响。因此，合理的优化TWJ回路具有重要的意义。

1.2 新河甲线保护装置改造概况

220kV新河甲线保护装置于2021年1月进行改造，改造后的主一保护采用南京南瑞继保工程技术有限公司的RCS-931N2型保护，操作箱型号为CZX-12GN，对应为1号主变变高2201开关；主二保护采用长园深瑞继保自动化有限公司的PRS-753AMJ-NW型保护，操作箱型号为PRS-789，对应为2号主变变高2202开关。两台主变对应一组出线，新丰江电厂新河甲线的主接线图见图1。

图1 新丰江电厂新河甲线的主接线图

1.3 TWJ回路优化的必要性

由于主一、主二保护采用的厂家和产品型号不同，为做好两套装置的配合，须做好内部接线设计。其中TWJ回路就需要进行优化，具体分析如下：

根据新丰江电厂的一次接线原理图可知，新河甲线保护电流是采用#1主变变高开关电流互感器（CT）与#2主变变高开关CT的和电流，当一台主变检修，对应的主变变高开关在检修位置，另外一台主变在运行状态，线路仍然有电流，这种情况属线路正常运行，线路保护不应该闭锁。如TWJ回路未优化，对主一保护而言，如果2201断路器开关操作箱中开关在检修状态，2202断路器开关操作箱中开关运行，2号发电机发电，新河甲线仍有电流，新河甲线主一保护闭锁运行，主二保护正常运行。同理，在TWJ回路未优化的情况下，如果2202断路器开关操作箱中开关在检修状态，2201断路器开关操作箱中开关运行，1号发电机发电，新河甲线仍有电流，新河甲线主二保护闭锁运行，主一保护正常运行。

1.4 TWJ回路优化的方法

挂在新河甲线上单台开关检修期间，为避免保护闭锁运行，新河甲线保护装置的TWJ开入须采用2201开关TWJ和2202开关TWJ的串联开入，为适应不同的运行方式和检修需要，两个保护屏柜各增加一个检修操作把手。

现设计两套保护装置各取2201和2202开关的独立TWJ接点串联，并且并联相应开关的人工置检修把手切换。

如未设置检修把手，只是将两个开关的TWJ串联，一台开关检修时，保护装置的TWJ回路将无法导通。

2 具体回路设计

2.1 主一保护中TWJ回路设计

对于2201断路器开关操作箱的主一保护而言，主一保护的2201断路器开关操作箱信号回路如图2所示，主一保护的2202断路器开关操作箱信号回路如图3所示，主一保护开入回路如图4所示。其中1QK中的1、2是主一保护装置上的开关检修操作把手。

图2 主一保护中2201开关操作箱信号回路

图3 主一保护中2202开关操作箱信号回路

首先把2201断路器开关操作箱中开关的跳位引入到主一保护TWJ回路中，同时与2201操作箱开关操作箱中的开关操作把手并联，之后再与2201断路器开关操作箱中开关的跳位串联，同时与2202断路器开关操作箱中开关操作把手并联。最后连接到1QD13、1QD14和1QD15中，最终实现主二保护TWJ回路的导通。

2.2 主二保护中TWJ回路设计

对于2202断路器开关操作箱的主二保护而言，主二保护的2201断路器开关操作箱信号回路如图5所示，主而保护的2202断路器开关操作箱信号回路如图6所示，主二保护开入回路如图7所示。其中1QK中的3、4是主二保护装置上的开关检修操作把手。

图5 主二保护中2201开关操作箱信号回路

图6 主二保护中2202开关操作箱信号回路

图7 主二保护开入回路

首先把2201断路器开关操作箱中开关的跳位引入到主二保护TWJ回路中，同时与2201断路器开关操作箱中开关操作把手并联，之后再与2202断路器开关操作箱中开关的跳位串联，同时与2202断路器开关操作箱中开关操作把手并联。最后连接到1QD13、1QD14和1QD15中，最终实现主二保护TWJ回路的导通。

3 TWJ回路优化效果分析

3.1 主一保护中TWJ回路优化效果分析

2201断路器开关操作箱的主一保护装置在不同运行方式下的开关操作把手操作及功能实现：

2201断路器开关操作箱和2202断路器开关操作箱中的开关正常运行时，开关检修操作把手置正常位置，即1QK中的1、2和3、4均断开状态，线路有电流，TWJ回路未接通，保护装置正常运行；对2201断路器开关操作箱中的开关进行检修时，2202断路器开关操作箱中的开关正常运行，开关检修操作把手打在2201开关检修位置，即1QK中的1、2接通，此时只引入2202断路器开关操作箱中开关的TWJ信号，保护装置正常运行；对2202断路器开关操作箱中的开关进行检修时，2201断路器开关操作箱中的开关正常运行，开关检修操作把手打在2202开关检修位置，即1QK中的3、4接通，此时只引入2201断路器开关操作箱中开关的TWJ信号，保护装置正常运行。

3.2 主二保护中TWJ回路优化效果分析

2202断路器开关操作箱的主二保护装置在不同运行方式下的开关操作把手操作及功能实现：

2201断路器开关操作箱和2202断路器开关操作箱中的开关正常运行时，开关检修操作把手置正常位置，即1QK中的1、2和3、4均断开状态，线路有电流，TWJ回路未接通，保护装置正常运行；对2201断路器开关操作箱中的开关进行检修时，2202断路器开关操作箱中的开关正常运行，开关检修操作把手打在2201开关检修位置，即1QK中的1、2接通，此时只引入2202断路器开关操作箱中开关的TWJ信号，保护装置正常运行；对2202断路器开关操作箱中的开关进行检修时，2201断路器开关操作箱中的开关正常运行，开关检修操作把手打在2202开关检修位置，即1QK中的3、4接通，此时只引入2201断路器开关操作箱中开关的TWJ信号，保护装置正常运行。

综上，电网公司规定220kV线路保护须采用双配置，且两套保护应采用不同厂家产品，由于两个线路组的保护装置的接线和配置都不相同，难以形成良好的配合。特殊接线方式下，单台开关检修维护时，为避免单套保护闭锁，须对TWJ回路进行优化设计，必要时增加操作把手以实现预定功能。

当母线上主变压器台数多于两台，相应的主变变高开关多于两个，并且增加一套开关，多设一个检修操作把手、操作短接点相应多增加一对，然后将相应主变变高开关的TWJ接线串接起来，根据不用运行方式可通过操作把手的切换，实现保护装置均能正常运行的效果。

220kV新河甲线保护装置TWJ回路优化之后，保护装置运行情况良好，可靠稳定，未出现误报异常或故障现象，有效解决单台开关检修时，单套保护装置闭锁的现象。同时，据运行人员反映，该设计对应的开关检修操作把手操作便捷，有效提高设备运行可靠性。