线路继电保护不停电校验新技术

2022-10-13赵恒亮陈秉淞张雪强

电力与能源 2022年4期

钟伟，赵恒亮，陈秉淞，陈荣，张雪强

(国网浙江义乌市供电有限公司，浙江义乌 322000)

作为电力行业最为关心的研究课题，电力系统可靠性除了与电网的整体设计因素相关之外，继电保护作为保护系统运作的重要工具，其自身的可靠性也直接影响整个系统的稳定运行。继电保护装置的功能正确性及可靠性验证工作十分重要[1-3]。配网10 kV线路以及设备数量极多，继电保护装置测试工作量极大[4]。电力系统二次专业有大量的继电保护校验工作，而传统的现场校验一般根据文档形式的作业指导书按步骤执行，这种传统操作方式不仅存在现场作业工作量大、效率较低的问题，而且需要配合停电进行校验[5-6]。对于大量重复的10 kV线路继电保护，研发不停电校验技术，将是提升配网运维效率的一大利器。该项技术不但可以减少传统停电校验的繁琐操作配合过程，降低用户停电时间，还可极大提高二次专业人员的生产效率，不用再花费大量的时间精力从事低电压等级线路继电保护校验的重复工作。

国内外许多专家或学者对继电保护的校验新方法进行了一些研究和探索。文献[7]描述了不同工况下继电保护设备的故障率分布情况，得到智能变电站继电保护校验的优化模型。文献[8]提出了继电保护装置高度还原的不停电校验新技术，但仅是简单地通过继电保护装置下达分闸指令。文献[9]和文献[10]主要涉及检修相关技术研究。传统变电站和户外继电保护设备的校验研究较为缺少。对此，本文提出一种实用性极高的继电保护不停电校验技术，通过设计研发的特殊二次带电校验设备，可直接对运行的10 kV线路继电保护装置进行整组不停电快速校验，不需要拆接二次线，仅仅断开出口压板或断开航空插头线缆，即可快速测试继电保护装置的动作能力。

1 变电所继电保护装置的不停电校验

智能变电站采用的不停电校验方案，是通过软件置位等手段实现间接化不停电检验[1]。由于大量传统变电站模拟量回路无法断开，注流不方便，在理论上不容易实现不停电校验，并且现有技术对传统变电站的不停电校验也很少涉及[3-5]。传统变电所继电保护校验技术的核心难点是电流回路的试验电流注入，电压回路可通过断开空开隔离，而电流回路就存在一定的难度。本文提出全新速饱和变流器试验电流并联注入法，可在运行电流互感器(CT)二次回路中并行注入试验电流，同时不会对CT本身与继电保护装置产生不利影响。

速饱和变流器试验电流产生的整体方案如图1所示。由于使用的微机保护装置二次负载极小，因此所需要的电流信号很小。为了避免对运行的CT产生反向注流引发磁饱和，或引起别的绕组感应试验电流，从而导致母线保护或电度表干扰，该方案通过对速饱和变流器进行二次电流信号的变换，使二次电流在既有的负荷电流基础上叠加，直接给继电保护装置注流。校验时，只需将装置的电流信号输出量、跳闸输出量直接连接继电保护装置的后端子板，断开继电保护装置出口压板，就可快速地实现不停电虚拟继电保护校验，验证继电保护装置的动作行为以及出口二次回路的完好性。

图1 变电所继电保护装置不停电注流方案

2 柱上断路器继电保护装置的不停电校验

2.1 柱上断路器继电保护校验的难点

柱式断路器的重合闸方式分为电流型和电压型两类。电流型是通过检测故障电流来实现对继电保护的控制，而电压型是故障后失压跳闸，调用延时重合闸。电流型重合闸的确定需要对故障段进行逐级调查，重合闸次数越多，对电网的影响就越大，同时故障段数越多，重合闸次数也越多，所需时间也就越长，适用于分支线和辐射型线路。电压型重合闸要求变电站线路断路器配合两次重合闸完成故障隔离和恢复供电，第一次确定故障段，第二次重合闸恢复非故障段供电，由于只有一次重合闸，完成故障隔离所需时间较长，因此只适用于短线路。

现有的继电保护校验仪均未考虑多次重合闸的测试工况，然而柱上断路器继电保护具备灵活的多次重合闸工作模式。如果不能测试继电保护的时序逻辑特性，则对断路器的校验评估还存在较大的盲区，只能测试其基本的故障跳闸特性。柱上断路器的智能自愈功能，本质上就是依靠多次重合闸逻辑配合实现[6]，对于柱上断路器最为核心的这一智能功能，如果无法校验，则对柱上断路器的测试验证是不全面的。

2.2 柱上断路器重合闸校验方案

安装位置不同，柱上断路器的重合闸配置也不同，由于其具备很强的时序特性，仅校验其动作电流电压还不能达到检验要求，需要研发能满足整组试验的时序模拟量施加方法。

柱上断路器继电保护装置基本检测思路如图2所示。方案采用可编程时间继电器，分别控制校验仪的电压与电流通断，使模拟量具备时序功能，实现重合闸逻辑测试功能。考虑到杆上作业的便利性，需要一键操作，方案通过多个智能可编程时间继电器的配合，实现一键完成规定时序的模拟量注入的功能。

图2 柱上断路器继电保护装置基本检测思路

装置的整机根据要求设计，采用12 V蓄电池提供电源，依托大功率交流逆变器产生基本交流电压，通过电感限流与低压变压器配合产生故障电流模拟量，通过多抽头变压器实现低谐波的试验电压输出。在此基础上依靠时序逻辑保护实现多种类型的时序逻辑输出，配合各种安装位置的开关试验。开关位置则依靠双位置继电器模拟，能够快速实现继电保护装置的开关动作信号输入反馈。

柱上断路器的继电保护装置，一般采用电流量、电压量、开关量三路航空插头电缆连接，通过设计专门的航空插头线注入模拟电流、电压信号。柱上断路器继电保护装置是根据开关量返回信号，即开关辅助接点位置信号，来决定下一个环节的重合闸或闭锁与分闸状态。

为此，设计的校验装置直接将继电保护装置发出的跳闸指令变为开关位置接点信号返回给继电保护装置，不需要一次断路器配合，就可实现重合闸逻辑的连续测试。

3 现场试验

校验设备现场使用如图3所示。由于其使用过程无需拆接二次线，也无需设置参数，只要根据开关安装位置，一键就能按开关动作时序输出模拟量，并给开关提供开关位置信息，使得现场的多次重合闸功能试验一次完成。即使非继电保护专业人员也能迅速熟练使用，极大地提升了柱上断路器设备的校验水平。

图3 校验装置现场使用

根据本文提出的现场检测方案，现场作业时只需要工作人员使用操作杠在柱上断路器两侧挂上试验线就能简单便捷地完成相关作业，既不需要升高车也不需要人员登高。现场作业安全高效，规避了登高作业的风险，极大程度地保证了操作的安全性。

以完成检测操作所需时间和人员作为参照，对比实施新检测方案前后，继电保护校验作业所需的时间和人员如图4所示。

图4 柱上断路器继电保护校验方案对比

通过对比发现，柱上断路器检测工作，继电保护校验工作由原来4人和一辆升高车到只要3人就能完成，而且单台的检测时间也缩短为2 h，减少人力成本的同时效率上整整提高一倍。特别是在柱上断路器大量安装和新设备投运的情况下，利用该方案，不仅节省了大量的人力物力财力，还缩短了配电网断电时间，提高了配电网供电的可靠性。