基于集成短引线保护功能的输电线路保护装置设计

单睿，耿卫星，陈海军，李晨程

（国网宁夏电力有限公司超高压公司，宁夏 银川 750011）

0 引言

3/2接线方式在变电站中被广泛应用，当一个串中的两个相邻断路器之间所接线路或变压器停用时，为了保证供电可靠性，要求维持成串合环运行，需设置短引线保护，有选择地切除这两个断路器之间的故障。短引线保护是断路器间的引线的主保护[1]，其保护范围如图1虚线框所示。

图1 3/2断路器方式不完整串接线

3/2接线变电站建设的工程设计会按照远期全部为完整串进行规划，但在实际建设过程中，往往会出现部分配出线路比本体工程滞后，导致其无法同时投运；并且，由于间隔只配置了线路保护，没有考虑过渡期间的短引线保护装置，导致此出线间隔两个断路器间存在保护死区，设备无法同期投运成串合环运行，如图1中L1线路所示。

1 常规短引线保护应用分析

在实际应用中，为了在上述情况下能够让设备环网成串运行，增加电网可靠性，通常会采取以下三种办法解决：

方法一：将中断路器接入母线保护扩大母线保护范围，将短引线区域纳入到母线保护范围，从而解决过渡时期短引线区域保护的问题，如图2所示。从隔离开关CTM1到I母之间纳入I母保护范围。

图2 中断路器及短引线纳入母线保护范围

这种方法可以解决L1未投运时两个断路器之间存在保护死区的问题。将中断路器QF2作为Ⅰ母的一个间隔，相应的需要将中断路器QF2的CT引入Ⅰ母母线保护中，同时Ⅰ母母线保护跳闸回路需要引入中断路器操作回路。若L1线路间隔在后期投入运行，恢复3/2断路器接线成完整串的正常运行方式时，现场需进行不完整串到完整串的回路改造，此时要将边断路器QF1作为Ⅰ母的一个间隔，对于常规变电站，要完成相应的断路器电流回路、跳闸二次回路的更改；对于智能变电站，则涉及到过程层配置文件的重新更改，以及对于相应变更的二次回路或虚端子进行必要的传动试验进行验证。

上述改造工作一般是在变电站已投入运行的状态下进行，由于会遇到一次设备无法停电的限制，对于母线、断路器、线路保护等装置通常需要轮退两套保护进行回路试验验证，现场回路改造工作存在相当大的风险。

方法二：采用线路保护的光差保护作为临时短引线保护，光差保护设置为自环方式，采用电流作为动作判据，如图3所示。

图3 线路光纤差动保护作为临时短引线保护

采用这种方法也可以解决L1未投运时两个断路器之间存在保护死区的问题。采用这种方法的前提是L1本侧保护为光差保护，由于电流动作判据是两个相邻断路器的和电流在采用自环模式的情况下对于差动保护只有动作电流，没有制动电流，因此无法实现比率制动功能。同时这种保护模式下，一方面需要对线路光差保护的通道光纤接线进行调整；另一方面还需要对线路光差保护定值进行调整，需要人工对线路保护的跳闸出口压板、启动失灵压板进行投退操作[2]。在实际应用中这种工况下的保护动作定值难以整定，而且还存在TA断线无法闭锁保护误动等风险，从而影响此种临时短引线保护的可靠性。

方法三：增加专门短引线保护，如图4所示。

图4 增设专用短引线保护装置

方法三同样可以解决L1未投运时两个断路器之间存在保护死区的问题，但在线路投入运行时需要人工操作退出短引线保护，否则在线路发生故障时，短引线差动保护满足动作条件，会造成误动[3]。

采用方法三时，需要额外投资采购专用的短引线保护设备，同时需要在继电保护小室设计阶段要考虑增加相应屏位，因此会扩大建筑面积，存在一定的投资浪费。

2 集成短引线保护功能线路保护装置设计

上述三种解决方法都存在不足之处，考虑到在3/2断路器接线方式下本侧线路间隔的线路保护是必配设备，因此本文研究在必配的线路保护中集成短引线保护功能，在该线路间隔从不完整串扩建为完整串的过渡过程中，前期可仅投入短引线保护功能，待完整串建设完成后再投入线路保护功能。两种功能的验证在工程建设阶段就能全部完成，每种功能均可预设专门的定值。由于不涉及二次回路的变更，这种功能模式切换方案不仅可以避免扩建过程中大量高风险的改造验证试验工作，减少现场二次工作安全压力，而且可以解决上述方法一存在高风险的问题。由于可切换为专用的短引线功能，配合预设的短引线功能定值，可以有效保证短引线保护的动作可靠性[4]，可以解决上述方法二存在可靠性不高的问题；由于短引线保护和线路保护功能集成在一起，因此不需要再额外增加设备，可以解决上述方法三存在额外投资的问题。

2.1 新型装置设计方法

当处于短引线运行模式时，正常运行情况下电流为穿越性电流，边、中断路器的电流幅值相等，相位差180°；同时输电线路处于退出运行模式，线路侧PT处于无压状态。

当处于输电线路运行模式时，正常运行情况下，边、中断路器的电流为非零值，且线路侧PT处于有压状态。状态识别表达式如下：

式中：x(n)—边断路器电流的一个周波的采样值；

y(n)—中断路器电流的一个周波的采样值；

U(n)—取自线路侧PT电压的一个周波的采样值；

k—一个周波采样值的个数。

当μ＞0.3 min(Ax，Ay)时，识别为输电线路运行模式，此时应投入线路保护功能，当投入短引线保护功能时，应告警。

当μ＜0.3 min(Ax，Ay)且Au＞0.1Un时（Un为二次额定相电压），识别为输电线路运行模式，此时应投入线路保护功能，当投入短引线保护功能时，应告警。

当μ＜0.3 min(Ax，Ay)且Au＜0.1Un时（Un为二次额定相电压），识别为短引线运行模式，此时应投入短引线保护功能，当投入线路保护功能时，应告警。

2.2 方法设计可行性及验证

根据边、中断路器电流和线路侧PT电压来判别一次系统运行模式，保证线路保护运行模式和一次系统运行模式保持一致。其特征是通过边、中断路器电流和线路侧PT电压来计算Ax、Ay、Au和μ，依据他们的幅值关系，来判别一次系统运行模式，并在系统运行方式与保护投入模式不一致时给出告警提示。

经动模实验验证，此方法具备短引线保护功能的线路保护装置，能够正确识别运行方式，试验正确性、可靠性均满足电力系统运行要求，具备实用性，有非常好的推广价值。

3 结语

本文方法应用于集成短引线保护的输电线路保护装置，可以有效避免保护装置运行模式与一次设备运行模式不一致导致的误动和拒动风险，保障电网安全，满足电网建设中，在过渡期间电网安全运行及现场施工的实际需求，因此具有非常好的推广应用前景。

集成短引线保护功能的线路保护装置，在既有线路保护装置基础上集成短引线保护，不需要增加额外的设备，即可实现短引线保护，能够减少变电站整体投资，降低运行维护风险，提高供电可靠性，保证良好的经济效益。