科特迪瓦继电保护技术特点分析和启示

陆强胜，吴 万，曹更新

（南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京211102）

0 引言

继电保护系统作为电力系统安全稳定的第一道防线，对电网的安全稳定运行起到了重要作用。不同国家根据当地电网的特点、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。本文依托南瑞继保PCS-900系列继电保护装置在科特迪瓦电网发展和改造项目中225 kV 和90 kV 变电站的成功应用，研究并总结科特迪瓦继电保护系统的技术特点，与国内的继电保护做优缺点对比分析，对国内的继电保护设计提出了一些启示，对我国企业将来参与该国电网建设项目的设备选型和工程设计具有十分重要的参考价值［32］。

1 科特迪瓦继电保护概述

科特迪瓦电网主要由225 kV、90 kV 和33 kV 3 个电压等级构成。主接线采用单母线方式居多，225 kV和90 kV 线路保护配置为三段式距离和后备过流保护；变压器保护配置各侧过流保护和外壳接地保护；33 kV仅配置过流保护；母线均没有保护。保护以电磁式继电器为主，安装在继保小室的机架上。变电站控制采用传统的模拟控制屏和集中式远动装置（RTU）实现，无变电站综合自动化系统，科特迪瓦继电保护配置相对比较落后。本次改造项目对变电站继电保护和综合自动化系统进行了全面升级，其中高压线路保护均采用两套主保护，包含“纵联差动+纵联距离”或“纵联距离1+纵联距离2”；变压器增加差动和电缆接地保护；母线采用分布式差动保护；保护控制屏柜采用IP54高防护等级的旋转柜。配置基于IEC8650 ED2通信标准的变电站综合自动化系统，全面提升变电站继电保护水平。

2 科特迪瓦保护技术特点分析

2.1 通用技术特点

科特迪瓦变电站不同设备的保护都有其独自的特点，也有一些是共性特点，且跟我国的产品规范和回路设计相比有很大不同的，比如失灵保护配置、开关位置逻辑、Lockout继电器、跳闸监视继电器（TCS Relay）、合闸闭锁回路，详细介绍如下。

1）失灵保护

无论高压还是中压，所有开关均需配置失灵保护，失灵一时限跳本开关，二时限跳相邻开关。所有保护跳开关，均需启动失灵，不区分是电气量保护还是非电量保护。

2）开关位置逻辑

采用常开和常闭双位置。仅当两个输入状态相反时，才判断出开关位置；当两个输入状态一致时，装置需发出告警信号，逻辑图如图1所示。

图1 开关位置判断逻辑图Fig.1 Logic diagram of CB position

3）Lockout继电器

该继电器属于双位置继电器，由启动线圈和复归线圈组成。当发生永久性故障时，保护发出三跳不重合闸接点去启动Lockout继电器，该继电器输出自保持接点跳开关，同时输出常闭接点闭锁合闸回路，瞬时性故障启动重合闸的不能启动该继电器。该继电器支持手动复归、电气复归和远方复归。

4）跳闸监视继电器

对开关跳闸回路进行监视，该继电器无论在开关合位还是分位状态下均能监视跳闸回路完好性，一旦跳闸回路有异常，会在设定的时间内发出告警，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要保持一段时间，该时间需大于开关的跳开时间，以防止接点拉弧。

5）合闸闭锁回路

当开关处于分闸位置，此时保护正常运行，Lockout继电器未动作，各相跳闸回路监视继电器均正常的情况下才允许合闸操作，任一条件不满足均不允许合闸。分相断路器合闸闭锁回路如图2所示［1-6］。

图2 分相断路器合闸闭锁回路图Fig.2 Phase-segregated CB closing block circuit

2.2 高压线路保护特点

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，也是二次设计中的难点之一。科特迪瓦线路保护采用双套主保护，一套纵联差动或纵联距离，另一套是纵联距离。双套距离的其中一套采用输电线路载波方式交换信号。科特迪瓦线路保护在距离特性、运行方式等方面有其独特的特点，详细介绍如下。

1）距离保护特性

采用平行四边形特性，非圆特性。其中距离I，II，III段为正方向，保护正方向线路故障，IV段为反方向，保护线路反方向出口处故障，采用该特性的优点是保护抗过渡电阻能力增强，电阻定值可以整定，缺点是存在故障超越的可能，四边形特性如图3所示。

图3 距离保护四边形特性Fig.3 Characteristic of quadrilateral distance

2）线路带电检修功能

在线路测控屏设置“线路带电检修”功能投退把手（TST），当工程师带电检修线路时，把手需切换到“投入”位置，此时线路发生任何故障，保护均不经任何延时直接跳闸并且闭锁重合闸，以保障检修工程师安全。

3）电压保护

在线路测控屏设置“低压/过压”功能投退把手（27/59），正常状态，把手在“投入”位置，当线路充电时，为了防止电压保护误动作，把手需切换到“退出”位置，退出过电压和低电压保护。

4）检同期功能

线路测控屏设置合闸检同期方式选择把手，用来控制手合和重合闸检同期方式。检同期方式共分为3种：LB&DL（检母线有压线路无压）；DB&LL（检母线无压线路有压）；LB&LL（检母线有压线路有压并检同期）。当保护或测控装置失电时，需用手动检同期方式，采用辅助继电器搭接手动检同期回路。

5）重合闸互切

科特迪瓦变电站设计中线路保护屏柜是放置在户外就地保护小室，为了方便运行人员操作，将线路重合闸方式选择把手设置在测控屏，测控屏放置在主控室。两套线路主保护均含有重合闸功能，正常运行只投主保护1，当主保护1故障时，自动投入主保护2，主保护1 的装置故障接点输出给主保护2，用于启动主保护2的重合闸功能。当主保护1 恢复运行时，自动切换为主保护1［23-31］。

TV断线判据：增加三相电压和同期电压空开常闭位置接点输入，当电压空开断开，装置失压，此时装置自动退出跟电压相关的保护功能。线路保护部分开入如图4所示。

图4 线路保护部分开入示意图Fig.4 Part of binary inputs of line relay

2.3 高压变压器保护特点

科特迪瓦高压变压器采用三相双绕组有载调压变压器，接线方式YNynd1，高压侧中性点直接接地，中压侧经电阻接地，变压器外壳接地配置独立的零序电流互感器。保护配置常规的变压器差动和各侧过流后备保护外，还有一些特殊的保护，具体说明如下。

1）外壳接地保护

主变外壳经过电流互感器接地，当外壳与带电部位（内部或者外部）发生闪络时，故障电流会流过电流互感器，为此配置单独的外壳接地保护，将电流互感器的电流接入过流保护装置，过流保护装置检测到故障电流时快速跳闸，外壳接地保护具有很高的灵敏性，最小的故障电流定值可以设置为40 A（一次值），图5 为外壳接地保护示意图［19-20］。

图5 外壳接地保护示意图Fig.5 Schematic diagram of shell earthing protection

2）电缆接地保护

当低压进线为电缆进线时，电缆屏蔽层经过零序电流互感器接地，当电缆损坏，带电部位发生闪络时，故障电流会流过电流互感器，为此配置单独的电缆接地保护，将电流互感器的电流接入过流保护装置，过流保护装置检测到故障电流时快速跳闸，电缆接地保护具有很高的灵敏性，电缆接地保护示意图如图6所示。

图6 电缆接地保护示意图Fig.6 Schematic diagram of cable earthing protection

3）主变低后备电阻接地保护（EPATR）

采用EPATR B型曲线（电流-时间特性）。该曲线一般用于延时灵敏零流保护，且仅存在于灵敏零流保护1段和2段。该曲线基于一次电流定值，采用的灵敏SEF TA 比率为100：1 A。EPATR 功能投入时，跳闸分3个时限：0 s、1.5 s、165 s，对应3个出口，分别接至低压侧开关柜的柜顶小母线，0 s跳特殊运行方式RSE B的出线，1.5 s 跳特殊运行方式RSE A 下的出线，165 s 跳母联和进线。EPATR特性曲线如图7所示。

图7 EPATR特性曲线图Fig.7 EPATR characteristic curve

主变非电量保护可以采用独立的非电量装置，也可以采用辅助继电器重动方式，不管什么方式，非电量保护动作均需要启动主变各侧开关失灵保护。国内对于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［7-12］。

2.4 高压母线保护特点

科特迪瓦变电站母线之前都是单母线，且不配置保护，升级后高压母线均改为双母线，母差保护按照单套配置，且不采用集中式母差保护，而是使用分布式母差保护，这个跟其采用小室布置有关。分布式母差保护子单元安装在各个间隔的保护屏里，各间隔保护屏分散安装在继保小室，每两条线路放在一个小室，主变一个小室。主单元放置在其中一个继保小室。母差子单元采集间隔电流、刀闸位置、断路器位置以及失灵启动信号，通过光纤传输给主单元做逻辑运算，母差主单元通过光纤发送跳闸命令跳开关，实现母差跳闸功能，分布式母差示意图如图8所示［21-22］。

2.5 中压馈线保护特点

科特迪瓦33 kV 主接线为单母或单母分段方式，采用空气绝缘金属封闭开关柜，保护除了配置常规过流保护以外，进线柜需配置额外的交流保护和低功率跳闸线圈，出线柜分3种运行方式等。

图8 分布式母差示意图Fig.8 Schematic diagram of distributed busbar protection

进线柜：在常规直流供电的过流保护装置外，为了防止直流电源失电，如此时发生故障，开关将无法跳开，故障无法切除，会引起事故范围的扩大。为此额外配置一台交流电源供电的过流保护装置和一组交流跳闸线圈，该过流保护和交流跳闸线圈均从电流互感器取电，由于电流互感器的输出功率比较小，为了可靠跳闸，跳闸线圈需采用特殊的低功率线圈。

出线柜：采用3 种运行方式：1）正常运行方式（RNE）。该方式下所有保护按照定值区整定的延时动作跳闸，重合闸是否启用由重合闸把手位置决定，定时电阻接地（TRT）跳闸延时165 s。2）特殊运行方式A（RSE A）。和最大零序过流保护，重合闸功能停用，EPATR保护功能跳闸延时1.2 s。定时电阻接地（TRT）跳闸延时1.5 s。3）特殊运行方式B（RSE B）。该方式下保护均瞬时跳闸，不经过延时。投入最大相电流保护。重合闸功能停用，零序过流保护停用，EPATR 功能停用。定时电阻接地保护（TRI）瞬时跳闸。

三相三次重合闸：1）故障150 ms保护跳闸，300 ms第一次重合闸动作合上开关，如果故障继续存在，500 ms内切除故障，如无故障，开关带线路运行。2）如重合于故障，开关再次跳开后15 s 第二次重合闸动作，如果故障继续存在，则500 ms内再次切除故障，如无故障，开关带线路运行。3）如再次重合于故障，开关跳开后15 s 第三次重合闸动作，如果故障继续存在，500 ms内切除故障不再重合，如无故障，开关带线路运行［13-18］。

3 与国内继电保护的对比分析和启示

1）关于失灵保护，国内规范是在220 kV及以上电压等级才配置，110 kV 及以下不配置，采用远后备方式，即本电压等级开关失灵后，由上一级的后备保护动作跳闸，这样会延长跳开时间，可能扩大停电范围。理论上只要是跳开关，就有失灵的可能，建议国内可以考虑对于110 kV及以下的重要开关配置失灵保护，缩短动作时间和停电范围。

2）国内的开关或者刀闸位置都是采集单位制，建议可以考虑采集双位置，提高可靠性。国内母差保护屏柜内配置模拟盘作用就是减小刀闸辅助触点的不可靠性对保护的影响，如果采用双位置输入，可以取消模拟盘。

3）国内规范中开关的操作是配置操作箱的，操作箱只有当开关合闸时才能监视跳闸回路完好性，当开关跳开时无法监视。建议可以借鉴TCS继电器的设计特点，增加开关跳开位置时也监视跳闸回路，一旦跳闸回路有问题就闭锁合闸回路，避免只有当合上开关后才能发现跳闸回路是否异常，可以做到提前预防。

4）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。科特迪瓦除了停用重合闸外，还取消延时保护的延时，若有故障，保护均不经延时快速跳闸，缩短故障切除时间，保障作业人员安全，这一考虑建议国内可以借鉴。

5）变压器外壳接地保护对于提高变压器的可靠运行会起到一定的促进作用，目前国内的变压器保护和在线监测均未考虑该保护，建议可以纳入变压器在线监测范围；对于不接地或高阻接地系统，可以考虑增加灵敏TA检测零序电流，配置灵敏过流保护。

6）对于保护屏柜按照多个小室放置的，宜采用分布式母差方案。

7）对于重要的中压进线柜，建议考虑配置一台自供电保护+低功率跳闸线圈，以防止直流电源失电时发生故障，保护无法动作跳闸。通过设置额外的低功率跳闸线圈，可以降低开关失灵的概率。

4 结语

通过以上对科特迪瓦继电保护技术特点的分析与结论，对我国企业承接该国电网建设提出以下4点建议：

1）科特迪瓦地区变电站保护控制系统正处于升级改造阶段，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。

2）科特迪瓦电网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。

3）科特迪瓦电网用户会在技术规范的要求上，根据工程特点额外提出一些技术要求，由于用户的话语权比较大，即使设计图纸确认了，还是会提出修改要求，因此对于设计单位要充分了解用户需求，争取在前期就掌握用户所有要求，降低设计返工风险。

4）由于科特迪瓦历史上是法国殖民地，受法国影响比较大，用户比较倾向法国产品，国内设备厂家在跟客户沟通时一定要从技术上说服客户，最好配备法语技术人员，这样会有利于提高沟通效率，有利于国产设备的推广。

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