继电保护标准与国标的差异讨论

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继电保护装置是能反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态，并动作断路器跳闸或发出信号的一种自动装置，是保证电力系统及其设备安全运行的最有效方法之一。不同国家根据当地电网的特点，主接线的形式、设计标准、运行习惯的不同制定了相应的继电保护技术规范和设计要求。本文依托我院在墨尔本设计的66kV数字化变电站项目，基于澳洲Jemena配电公司的ELEAMSP0026《ZSSSecDesignStd-IEC61850StdImplementation》，研究总结Jemena继电保护系统的技术特点，探讨国标和Jemena配电公司企业标准继电保护方面的差异。Jemena配电网主要有66kV、22kV和11kV三个电压等级构成。主接线采用内桥及扩大内桥接线方式，66kV线路保护配置为双重化光纤电流差动、三段式距离、（方向）灵敏零序电流保护和后备过流保护；66kV断路器失灵保护含断路器失灵和测控功能。66kV母线保护配置为双套集中式高阻抗母线差动保护；变压器保护配置变压器差动保护、各侧过流保护、主变低阻抗零差保护和非电量保护。每个区域变电站配置一套22kV总灵敏接地闭锁保护（MEF）和一套各段22kV母线三段后备接地保护（BUEF）。22kV每段母线配置一套高阻抗母线差动保护和一套多功能母线阻抗控制过流保护测控装置。22kV馈线配置过流保护、零流保护、（方向）灵敏零序电流保护和断路器失灵保护，全站保护以微机型保护为主，组屏安装在控制室。

Jemena保护技术特别分析

Jemena变电站不同设备的保护都有其独自的特点，也有一些是共用特点，且跟我国保护产品的设计规范和回路设计相比有很大不同，如失灵保护配置、跳闸监视继电器（TCS）、高阻抗母线保护，以及其高、中压保护特点等介绍如下。失灵保护：无论66kV还是22kV，所有开关均需配置独立的失灵保护装置，失灵一时限跳本断路器（同时发信远跳对侧线路断路器），二时限跳相邻断路器。所有保护跳断路器均需启动失灵，不区分是电气量保护还是非电量保护。跳闸监视继电器：对开关跳闸回路进行监视，要求无论在断路器处于分位还是合位都可连续监跳闸线圈TC的状态，为下一次合闸和分闸做准备，避免断路器处于分位时跳闸线圈TC损坏，否则下次断路器合闸时合于故障断路器无法立即跳闸。一旦跳闸回路有异常，会在设定时间内发出告警并闭锁合闸回路。该继电器不含电流保持回路，由保护动作接点直接去跳闸，因此保护动作接点动作后需保持一段时间，该时间大于开关跳开时间以防止接点拉弧，且保护接点容量满足要求，避免烧毁。高阻抗母差保护：无论66kV还是22kV母线保护均为高阻抗母差保护。高阻抗母差保护是在差动回路中串接阻抗值很大（几kΩ）的电阻而构成的，其优点是保护的接线简单、选择性好、灵敏度高，在一定程度上可防止母线发生外部短路故障并且TA饱和时母线保护的误动作。66kV线路保护：线路保护是变电站继电保护的重要组成之一，是变电站可靠稳定运行的重要保障。也是二次设计中难点之一。Jemena线路保护采用双套主保护，纵联差动或距离保护。Jemena线路保护在运行方式等方面有其独特的特点：Jemena双套66kV线路主保护均含有重合闸功能，正常情况下两套线路保护重合闸都投入。为保证两套保护网络的独立性，X套线路保护通过goose启动X套开关失灵保护实现重合闸功能，Y套线路保护通过硬接线启动X套开关失灵保护实现重合闸功能。当X套开关失灵保护故障时自动投入Y套开关失灵保护，当X套开关失灵保护恢复运行时自动切换为X套失灵开关保护。变压器保护：Jemena变压器保护采用三相双绕组有载调压变压器，接线方式YNynd，高压侧中性点直接接地，中压侧经电阻接地。每台66kV变压器配置双套变压器差动保护测控装置，其中X套变压器保护配置常规变压器差动和低阻抗零差功能；变压器差动保护采用的电流是相电流，因此变压器发生内部单相接地故障时灵敏度较低。变压器零序电流差动保护（REF）可避免差动保护在单相接地故障时灵敏度不足，零序电流差动保护具有很高的灵敏性；主变非电量保护一般含在主变保护中，非电量保护动作均启动主变各侧开关失灵保护，国内对非电量保护是不允许启动失灵保护的，这是一个重要的差异；Jemena变压器保护除含电量保护功能，还含非电量保护和测控功能。变压器保护只有电流差动和低阻抗零差功能，所以不需采集主变各侧电压。由于每个断路器配置了单独的断路器失灵保护，所以变压器保护不含主变各侧断路器后备保护功能。高压母线保护：Jemena变电站66kV侧均为内桥及扩大内桥接线，母差保护按照双套配置且采用集中式高阻抗母差保护，双套母差保护组屏安装于控制室。66kV母线保护不需要采集母线电压且含测控功能，母线保护动作启动对应断路器失灵保护。22kV线路保护：Jemena变电站22kV侧为单母分段接线，采用空气绝缘金属封闭开关柜。每回馈线配置一套多功能保护测控装置，保护除配置常规速断、过流、零流保护以外、还配置方向敏感性零流和断路器失灵保护功能；其所有接地保护受变电站的主接地保护（MasterEarthFault）动作联锁，且应能闭锁由相邻线路接地故障引起的容性放电电流；变电站的主接地保护（MEF）通过采集变电站所有变压器和电容器中性点电流之和，如采集的中性点电流之和为0则变电站不存在接地故障，则闭锁所有22kV馈线保护的（方向）定时限灵敏接地保护和反时限接地保护功能，避免22kV馈线保护误动作。如采集中性点电流之和不为0则说明站内存在接地故障，此时MEF开放所有22kV馈线保护的（方向）定时限灵敏接地和反时限接地功能。由于22kV线路为架空线，保护动作整定值比较小容易误动，通过MEF联锁线路保护的零流功能提高了保护动作的可靠性；22kV馈线保护的断路器失灵保护通过goose启动相应X套母线保护，跳相应22kV母线上所有断路器；22kV线路还有带电检修功能，带电检修线路时线路带电检修（LLS）投入，此时线路发生任何故障，保护经短延时跳闸并闭锁重合闸以保障检修工程师的安全，且LLS投入时保护动作整定值比较小。22kV母线保护：22kV每段母线配置一套高阻抗母线差动保护和一套多功能母线阻抗控制过流保护测控装置。由于Jemena的22kV母线合环运行、故障点短路电流大，保护感受到的电流值比较小、保护灵敏度低，为解决这个问题一般配置双套母线保护。X套母线保护类似66kV母线保护，采集被保护母线所涉及的各支路电流，且跳被保护母线所涉及的每一个断路器，X套母线保护不采集母线电压。Y套母线保护是含阻抗距离元件的过流保护装置，保护配置原则为：含高阻抗相距离元件控制反时限过流保护功能及定时限电流速断功能；以主变低压侧进线断路器为分界点，通过阻抗元件区分故障在区内还是区外，在22kV馈线出线方向发生严重故障时Y套母线保护能立即断开母线，以便提高供电质量。当主变22kV进线断路器处于分位、22kV分段断路器处于分位或66kV线路保护在动作时当闭锁Y套母线保护动作；Y套母线距离保护应采集被保护母线所涉及的分段间隔和变压器进线间隔的各支路共用电流值总和（不含馈线间隔和电容器间隔）；Y套母线保护需要采集22kV母线电压。两套22kV母线保护动作应闭锁电容器无功自动投切功能。22kV总灵敏接地闭锁保护（MEF）：Jemena每个区域变电站配置了一套22kV总灵敏接地闭锁保护（MEF）和一套各段22kV母线三段后备接地保护（BUEF）。由于22kV线路大部分是架空线路，故障时零序电流值比较小，故保护整定值比较小，保护容易误动。为避免这个问题，增加22kV总灵敏接地闭锁保护（MEF）闭锁22kV线路保护零流功能。变电站接地主保护与区域变电站馈线（方向）定时限敏感性接地故障保护和馈线反时限接地故障保护联锁。变电站接地主保护不闭锁任何电容器零流功能。MEF只闭锁对应的线路保护，且不出口跳任何馈线断路器。注意，变电站接地主保护应采用独立的电流互感器线圈，且接主变低压侧中性点最靠近接地点的电流互感器绕组。后备接地保护（BUEF）：22kV后备接地保护为没有清除的馈线、母线和变压器接地故障提供后备保护功能。后备接地保护一般包含3个阶段。22kV后备接地保护不启动断路器失灵保护和自动重合功能，且阶段2和3动作时电容器给无功控制器发闭锁无功自动投切功能：阶段1。保护装置的阶段1含反时限接地故障元件和无方向的定时限敏感性接地故障元件。阶段1跳站内所有22kV分段断路器；阶段2。保护装置的阶段1动作后立即启动阶段2和阶段3。每段母线单独设置一个阶段2保护功能。第2阶段应包括定时敏感接地故障保护元件，能够控制方向。阶段2跳所保护母线的变压器进线断路器及电容器断路器；阶段3。每个变压器配置一个阶段3保护功能且无方向功能，第3阶段应包括定时敏感接地故障保护元件。阶段3保护装置跳相应的66kV断路器。

与国内继电保护的对比分析和启示

关于失灵保护，国内规范是在220kV及以上电压等级才配置，110kV及以下不配置，采用远后备方式，即使本电压等级开关失灵后由上一级的后备保护动作跳闸，这样会延时跳开时间，可能会扩大停电范围。理论上只要跳开关就有失灵的可能，建议国内可参考对于110kV及以下的重要开关保护配置失灵保护，缩短动作时间和停电范围。国内规范中开关操作是配置操作箱的，操作箱只有当开关合闸时才监视跳闸回路完好性，当开关跳开时无法监视，建议可借鉴TCS继电器的设计特点，增加开关分位时也监视跳闸回路，一旦跳闸回路有问题就闭锁。跳闸回路是否异常，可以做到提前预防。线路带电作业时，国内处理方式一般是停用重合闸、其余不变。Jemena除了停用重合闸外，还减小了保护的延时和保护动作整定值，若有故障保护可以快速跳闸，缩短故障切除时间，保障检修人员安全，这一优点国内可以借鉴。国内220kV站断路器失灵保护含在220kV母差保护中，且失灵保护均应具有复合电压闭锁功能，主变电气量保护还应提供解除失灵保护电压闭锁的接点。失灵启动判据除采集断路器位置，还需采集对应断路器的电流。因为国内220kV母线为双母线、双母线双分段或双母线单分段，利用母线保护中的失灵保护，这样二次接线比较简单且节省投资。而Jemena的66kV侧为内桥接线，规模比较小，所以配置了单独的断路器失灵保护。Jemena断路器失灵保护只跳对应的一个断路器，所以没有采集电压。Jemena的22kV为单母线分段，每段出线有5回，线路保护单套配置，也是通过线路保护失灵启动对应的母线保护实现断路器失灵跳闸。国内和Jemena相比更节省投资，建议以后Jemena可参考国内配置带失灵保护的母线保护。关于22kV母线保护，国内低压母线没有配置双重化母线保护，Jemena是按母线配置一套高阻抗母线差动保护和一套多功能母线阻抗控制过流保护测控装置。第二套母线保护为多功能母线阻抗控制过流保护测控装置，为不完全母线保护，只采集主变低压侧和22kV分段电流。以主变低压侧进线断路器为分界点，通过阻抗元件区分故障在区内还是区外，区内故障时对应间隔电流超过整定值时跳22kV分段断路器和主变低压侧断路器。在22kV馈线出线方向发生严重故障时Y套母线保护能立即断开母线，以便提高供电质量。对于重要的低压用户可考虑低压侧母线配置母线保护。通过以上对Jemena继电保护技术特点分析与结论，得出了保护配置原则不同的原因，对我国企业承接该电力公司项目提出以下建议。继电保护配置和一次接线形式及运行方式息息相关，这也是Jemena继电保护配置和国内保护配置不同的根本原因。Jemena主接线和运行方式总结如下：66kV侧为链式结构且所有分段合环运行，决定了66kV保护的高配置；站内所有变压器并列运行；22kV分段合环运行；66kV线路和22kV线路大多数为架空线。由于变电站运行方式与国内的不同，针对合环运行如何考虑保护配置，为保证系统稳定性和保护动作的可靠性，要求保护有完全选择性功能，例如线路差动保护、母线差动保护、主变差动保护。考虑设备不能轻易停役，Jemena66kV配电站按国内主网枢纽站来配置保护，从保护配置可看出和国内220kV站保护配置类似。对我国企业承接Jemena电力公司项目提出几点建议：Jemena配电公司变电站配置方案应严格按照当地技术规范执行，不能照搬国内的技术标准。可参考国内提出建议，但必须得到Jemena配电公司专业工程师的认可才可执行；Jemena配电公司会充分考虑运行人员的人身安全和工作便利性，一些要求会从保障运行人员安全的出发点考虑，所以在遇到特殊技术要求时，从这个角度考虑会帮助理解；由于Jemena历史上是英国殖民地、受英国影响较大，用户比较倾向国外产品，国内设备厂家跟客户沟通时一定要从技术上说服客户，这样会有利于提高沟通效率，有利于国产设备的推广。

作者：杨雷雷 单位：上海电力设计院有限公司