摘要：相對于常規(guī)雙母線接線方式，220 kV一個半斷路器接線方式下繼電保護及相關(guān)二次回路要復(fù)雜得多，但又與500 kV 系統(tǒng)有所不同。以 500 kV 泗涇變電站的220 kV 系統(tǒng)為例，結(jié)合上海電網(wǎng)的實際情況，對220 kV 一個半斷路器接線方式下繼電保護、二次回路的配置及設(shè)計作出探討，提出了完整的配置方案。
關(guān)鍵詞： 一個半斷路器接線； 繼電保護； 重合閘
0 引言
一個半斷路器接線具有運行調(diào)度靈活、可靠性高和操作檢修方便等優(yōu)點，在超高壓（330～500 kV）系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。上海電網(wǎng)的500 kV 楊行和泗涇變電站即將投運，兩站的500 kV 及220 kV系統(tǒng)中均采用一個半斷路器接線方式，這是上海220 kV電網(wǎng)首次采用一個半斷路器接線。 220 kV一個半斷路器接線的繼電器保護配置與設(shè)計雖然與500 kV有相同的地方，但也有其自身的特點。由于每個回路連接著2 臺斷路器，中間1 臺斷路器連接著2個回路，使繼電保護及二次接線比較復(fù)雜。
本文以上海泗涇變電站為例，根據(jù)上海電網(wǎng)繼電保護配置及選型原則① ，參照330～500 kV 電網(wǎng)繼電保護的配置設(shè)計原則，對220 kV 一個半斷路器接線方式下繼電保護及二次系統(tǒng)的配置及設(shè)計進行了探討。
1 一次系統(tǒng)概況
500 kV 泗涇變電站220 kV 主接線最終規(guī)模為一個半斷路器分段接線，配置2 個分段斷路器，12個完整串，4 臺主變，20 回線路。本期工程2 個分段斷路器不上，以導(dǎo)線短接，安裝6 個完整串和2 個不完整串，12 回220 kV 出線，2 臺主變。對側(cè)長春、春申、新車、朱家莊站為常規(guī)雙母線（分段） 接線，諸翟站為擴大橋式接線。
2 繼電保護及二次系統(tǒng)設(shè)計[1 ]
2.1 安裝單位的劃分
在一個半斷路器接線中，按每個完整串中的元件可分為線路串和線路變壓器串2 種類型。線路串包括3 臺斷路器和2 條線路；線路變壓器串包括3臺斷路器、1 條線路和1 臺變壓器。各串均有5 個元件，每串中的線路或變壓器回路都與2 臺斷路器相連。故需要將每串分成5 個安裝單位并且分別設(shè)置熔斷器供給其二次回路，斷路器安裝單位包括本斷路器的控制、重合閘、失靈保護及信號回路。線路、變壓器安裝單位包括其繼電保護及測量回路等。保護按線路（變壓器） 配置，每條線路（變壓器） 配置2 塊保護屏，分別配置2 套主保護及后備保護；控制操作回路按斷路器配置，每臺斷路器配置1 塊操作屏，配置有操作箱、失靈保護及重合閘裝置。
2.2 繼電保護的配置
2.2.1 線路保護及通道配置
各線路保護按線路為單元裝設(shè)，具備分相及本相跳閘接點跳開2 組斷路器及起動母線側(cè)斷路器重合閘的功能，并能同時起動2 組斷路器的失靈保護。
按照泗涇站220 kV 出線性質(zhì)及線路保護通道，可以分為3 種情況：一種為OPGW 光纖通道的聯(lián)絡(luò)線，如長春一、二線，春申一、二線及新車一、二線；另一種為高頻載波通道的聯(lián)絡(luò)線，如朱家莊一、二線；第三種為終端線，如諸翟一、二線和古美一、二線。這幾種性質(zhì)的線路實際上代表了上海電網(wǎng) 220 kV線路的典型接線，下面分別對以上3 種性質(zhì)的線路保護配置作一介。
2.2.1.1 光纖通道型配置
光纖通道作為繼電保護的通道明顯地比高頻通道可靠，這是因為高頻通道環(huán)節(jié)太多，抗干擾能力差，阻波器受短路容量的限制較大，且高頻保護用于弱饋線路保護的可靠性并不是很高。而光纖通道的可靠性則是眾所周知的，比較適應(yīng)于220 kV 及以上的聯(lián)絡(luò)線保護。采用光纖通道后，一般保護配置為分相電流差動保護。分相電流差動保護的原理簡單，在保護范圍內(nèi)沒有死區(qū)，能實現(xiàn)全線速動，又不存在弱饋問題，用于單側(cè)電源保護時靈敏度較高。且采用光纖通道后，可與通信通道合用，從而充分利用通道資源，節(jié)省了投資。
考慮上述因素，泗涇至長春2 回線路和泗涇至春申2 回線路均配置2 套ABB 公司的REL551 微機光纖分相電流差動保護作為雙重化主保護。 2 套裝置組成1 面屏，后備保護則采用CSL-101A 微機距離保護，單獨組成1 面屏。泗涇至新車2 回線路配置2套三菱公司的MCD-F 微機光纖分相電流差動保護作為雙重化主保護，2 套裝置組成1 面屏，后備保護同前。由于光纖通道非常可靠，斷路器失靈保護起動分相電流差動保護的DTT 直接跳對側(cè)斷路器。
由于上海電網(wǎng)220 kV 線路長度一般均在30 km以下，且采用光纖通道后，保護可以和通信共用通道，因此在技術(shù)經(jīng)濟上均較高頻通道具有明顯的優(yōu)越性。目前上海電網(wǎng)的高頻通道將越來越少，正逐步為光纖通道所取代，因此以上這種保護配置方式在上海電網(wǎng)正得到極為廣泛的應(yīng)用。
2.2.1.2 高頻通道型配置
泗涇至朱家莊2 回線路選用不同廠家生產(chǎn)的2套快速縱聯(lián)保護作為線路的主保護。一套為CSL-101A（配GSFO6A 高頻收發(fā)信機） ，高頻通道為A 相。另1 套為LFP-902A（配LFX-912 高頻收發(fā)信機） ，高頻通道為B 相。高頻保護采用閉鎖式。
斷路器失靈保護遠方跳閘采用專用收發(fā)信機方式， 即通道采用C 相高頻通道。正常時發(fā)監(jiān)頻信號， 中間斷路器和邊斷路器失靈時分別起動線路失靈遠方跳閘屏上的專用發(fā)信機發(fā)遠跳信號， 此時移頻并提升功率， 分別以f 1 ， f 2 兩個頻率發(fā)信， 線路對側(cè)的收信機收到此信號， 加上就地判別后“二取一”跳閘。
這種方式原理清晰，接線比較簡單，價格適中。如采用停信方式及復(fù)用載波機方式則有如下缺點：
a. 在停信方式下，斷路器失靈時起動線路保護的收發(fā)信機停信使線路對側(cè)的斷路器跳閘。該方式未考慮到線—變串中變壓器低壓側(cè)故障或匝間故障和線—線串中長線路末端發(fā)生故障，同時中間斷路器又失靈的情況，此時線路對側(cè)的高頻停信段保護的靈繁度可能不能滿足要求，而且高頻保護開放帶延時，已進入振蕩閉鎖狀態(tài)，停信已不能使保護動作跳閘，影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定。
b. 在復(fù)用載波機方式下，通過復(fù)用載波機與失靈保護專用的音頻接口裝置發(fā)遠方跳閘信號，對側(cè)收到信號加上就地判別后“二取二”跳閘。由于采用復(fù)用載波機與音頻接口裝置，其通道接口比較復(fù)雜，通道問題不好解決，造成運行管理的不便，而且需要配置價格比較昂貴的保護專用載波機（通信不用） 。
2.2.1.3 終端線型配置
本站至諸翟及至古美的2 回線路為終端線，由于對側(cè)沒有電源，因此無須配置2 套縱聯(lián)保護，按照上海電網(wǎng)220 kV 終端線路保護配置原則，配置2 套微機距離保護作為雙重主保護，1 套為CSLO101A ，另外1 套為LFPO902A。
值得指出的是，由于電網(wǎng)的分區(qū)運行，使得上海220 kV 電網(wǎng)出現(xiàn)了大量的終端站，如何優(yōu)化終端線的保護配置，將是上海電網(wǎng)繼電保護研究的1個重要課題。
2.2.2 重合閘
重合閘裝置按斷路器裝設(shè)， 重合閘裝置采用CSI-121A 斷路器控制保護配置，該裝置具有重合閘、失靈保護、充電保護等功能。為降低二次接線及2 套重合閘時間配合的復(fù)雜性，中間斷路器及主變母線側(cè)斷路器的重合閘功能不投運。線路發(fā)生故障時，兩側(cè)斷路器跳開后，母線側(cè)斷路器先重合，如重合成功，則手動合上中間斷路器。
重合閘無壓或同期檢定回路與一般雙母線接線三相重合閘相同，同步電壓取自斷路器兩側(cè)的電壓，即母線電壓互感器與線路電壓互感器的A 相電壓。
線路重合閘起動方式采用保護起動方式，而取消位置不對應(yīng)起動。這是由于采用計算機監(jiān)控方式，常規(guī)的控制開關(guān)KK已取消，需要雙位置繼電器代替，增加了復(fù)雜性，且在一個半斷路器接線方式下，如果斷路器發(fā)生偷跳，根據(jù)N - 1 供電可靠性準(zhǔn)則，并不影響系統(tǒng)供電的連續(xù)性，如果不對應(yīng)起動重合閘，重合不成，將可能使某些零序電流保護動作跳閘，增加了復(fù)雜性。況且發(fā)生偷跳說明斷路器機構(gòu)可能有問題，如果再重合一次可能損壞斷路器，不如一旦發(fā)生偷跳，立即通過斷路器的三相不一致保護實現(xiàn)三相跳閘。
2.2.3 斷路器保護
斷路器失靈保護采用以斷路器為單元的接線方式，失靈保護采用CSIO121A 裝置，由線路保護、主變保護及母差保護分相或三相動作接點起動加上裝置內(nèi)部電流繼電器分相動作接點串接起動。斷路器失靈保護動作后先瞬時跳本斷路器的2 個跳閘線圈，再經(jīng)過延時跳所有相鄰斷路器。其中母線側(cè)斷路器失靈起動母差跳該母線上所有的斷路器，中間斷路器失靈起動跳開兩側(cè)斷路器，并同時起動DTT（對于配有分相電流差動保護的線路） 或失靈遠跳發(fā)信機（對于高頻通道線路） 使該線路對側(cè)斷路器跳開。
2.2.4 母線保護
由于母線保護誤動作并不影響供電可靠性，而拒動則可能擴大故障范圍，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，故每段母線配置2 套獨立的母差保護。保護為ABB公司的 REB-103 ，無需經(jīng)過電壓閉鎖，為簡化接線，母線保護動作起動輔助操作柜的TJR 永跳繼電器，由該繼電器輸出接點閉鎖重合閘，以及起動斷路器失靈保護。
2.2.5 故障錄波器
為便于故障分析，220 kV 部分本期配置2 臺微機故障錄波器，型號為DFR-1200。模擬量錄入各線路的交流電流、交流電壓及高頻保護通道的高頻電流等；數(shù)字量則錄入所有保護、重合閘動作信號等。
2.2.6 繼電保護管理器
為了便于繼電保護人員能隨時了解微機保護及重合閘裝置的運行及動作情況，本站配置了繼電保護工程師站系統(tǒng)。該系統(tǒng)能接收各種微機保護裝置的動作信號、重合閘動作信號、保運行監(jiān)視信號、保護定值及組別、事件報告、故障測距、故障錄波等保護所需信息。調(diào)度部門能通過電話撥號方式從該系統(tǒng)調(diào)取上述信息以實現(xiàn)遠方診斷，保護人員還可通過人機對話方式調(diào)整保護整定值的組別及微機保護的投入、退出和復(fù)歸等。
本站ABB公司的微機保護自成系統(tǒng)，均接入該公司的SMS系統(tǒng)。其它廠家的微機保護則通過串行口通信方式接入南京電力自動化設(shè)備總廠的GXF-302C 繼電保護工程師站。
2.3 二次系統(tǒng)設(shè)計
2.3.1 電流互感器
泗涇站220 kV 一個半斷路器接線中，每串裝設(shè)3組6個次級的獨立式電流互感器。每條線路或變壓器的保護必須接入相關(guān)流變的“和”電流，因此要求電流互感器變比、型號和性能嚴格一致。
母線側(cè)斷路器電流互感器配置了6個次級，2組用于線路保護，2 組用于母差保護，1 組用于重合閘及失靈保護，1 組用于測量。
由于中間斷路器電流互感器僅配置了6 個次級，其中2 組測量次級分別用于2 條線路測量，4 組保護次級分別用于2 回線路的2 套主保護，故失靈保護只能與一回線路主保護次級共用，該線路保護的并接頭在保護室。雖然保護室位于開關(guān)場，但相對于其它次級二次電流回路在端子箱并頭而言，該次級所連的控制電纜較長，二次負載較大，不利于電流互感器的正常運行，也不便于運行管理。故建議在今后的工程中中間電流互感器采用7 個次級的產(chǎn)品。
每回線路電流應(yīng)接入故障錄波器，其交流電流回路接在第2 套線路保護之后。
2.3.2 電壓互感器的配置
線路電壓互感器為三相，母線電壓互感器為單相，均采用TYD 型電容式電壓互感器。線路電壓互感器的二次側(cè)分別接入各保護、重合閘裝置、故障錄波器及測量回路。母線電壓互感器則接入重合閘裝置及同期回路。
2.3.3 斷路器的控制方式
泗涇變電站采用微機監(jiān)控模式，整個站的控制操作均通過設(shè)在控制室的微機運行工作站進行全站控制操作，另外220 kV 保護室還配置了就地監(jiān)控屏，以便于對設(shè)備的維護、調(diào)試及就地操作。
2.3.4 操作箱及直流回路接線
操作箱按斷路器為單元裝設(shè)，型號為南京電力自動化設(shè)備總廠的FCX-22HS 型雙跳閘線圈的操作箱，2 組跳閘線圈分別跳2 臺斷路器。FCX-22HS 操作箱與CSI-121A 共同組屏。
為保證保護裝置的可靠運行，線路保護裝置、斷路器操作回路、斷路器控制裝置的直流電源完全分開。
3 結(jié)論
500 kV 泗涇和楊行變電站的220 kV 系統(tǒng)采用一個半斷路器接線，為提高系統(tǒng)的供電可靠性和連續(xù)性提供了保護，但同時也給繼電保護的配置和二次接線增加了復(fù)雜性。通過探討220 kV 一個半斷路器接線下的繼電保護配置方案，可為今后的工程提供參考借鑒，進一步提高上海電網(wǎng)的繼電保護的運行水平。