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专栏017期
本文选自第八届（2016年度）
全国电力职工技术成果奖
该文荣获一等奖
项目完成人信息
项目完成人：陈晓彬、邢文忠、蔡昭宇、王树浩、张勇杰、吴永峰
所在单位：广东电网有限责任公司揭阳供电局
项目针对问题现状
如图一所示，2014年3月110kV仙庵站母线PT断线，由于风电场上网导致主供轻载造成备投误动，合上备用开关又由于开关分位没有判PT断线造成距离加速误动，造成该站和两个风电场失压；500kV榕江站合上线路开关时，由于电压空开没有投入，导致距离保护加速误动作；某500kV站合上变高开关也因为电压空开没有投入，导致距离保护加速误动作。
现有备自投PT断线判据在轻载时失效。保护在开关分位时，没有判PT断线，当备自投、遥控、手动合闸时都会引起手合加速动作，现有保护无法满足既要合闸于故障跳闸又要合闸于PT断线闭锁保护的矛盾。
按照《静态备用电源自动投入装置技术条件》的要求，“当电压互感器二次回路断线时，装置不应动作，并发出断线信号”。而按目前各主流厂家备自投的逻辑设计，在主供线路轻载时均无法防止PT断线导致的装置误动。按照GB/T14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》4.1.11条款要求，“保护在电压断线、失压时，应发告警信号，并闭锁可能误动作的保护”。
而按目前各主流厂家线路和主变保护的逻辑设计，在开关分位时二次空开跳闸，合上开关将导致装置加速误动。随着绿色能源的大量投入使用而导致主供线路轻载现象突出。现有的备自投装置、线路及主变保护在PT断线时自身和配合上都存在问题，希望通过深入分析并提出新的PT三相断线判据，解决上述家族性隐患是本项目研究的重点，同时在开关击穿和防止PT断线过流保护误动提出措施。
图一 全国及山西监测装置入网情况示意图
项目原理说明
随着清洁能源的大量投入使用，在母线PT断线时传统的线路保护和备自投装置配合上存在家族性隐患，轻载备自投在PT断线时存在误动的全国性隐患，线路及主变保护在开关热备用时随时准备合闸，在热备用时判断不出PT断线是个严重的隐患，导致手合或者遥控合闸开关由于PT断线没有告警手合加速出口，该项目成果首次解决了线路及主变保护开关位置在分位不告警的全国性隐患，突破了传统保护无法解决识别手合于PT断线距离加速误动和手合于故障拒动的矛盾，只需要对程序简单升级。
主要包括如下创新点：
1.如图二所示，针对轻载备自投PT断线时误动提出备自投装置母线PT三相断线的新改进方案：三相正序电压小于定值且工作进线开关在合位时线路有压，用于不经过延时判断三相PT断线。
2.针对线路保护装置母线PT断线在开关分位时的判据导致误动的不足之处，增加母线三相失压检查判据，同时为了防止PT断线过流保护躲不过涌流冲击或者整定时间过长投入专用距离保护：如图三所示，当检测到线路开关由分位变合位的暂态瞬间，若母线三相电压均小于定值，且线路电压大于线路有压预设值，经整定延时后报母线PT三相断线；此时不论距离保护装置的启动元件动作与否，均闭锁可能误动的距离保护。
防止PT断线过流保护误动，投入专用距离保护。判断开关在分位时，通过与母线相连的PT获取母线三相电压，母线三相电压均小于定值，经整定延时后报母线PT三相断线，及时发出报警信号。该判据在开关合闸前、合闸过程中不论保护是否启动均可判断母线PT是否三相断线，能够准确及时判断出母线PT及线路PT断线故障，不用增加二次接线；所述专用距离保护是指根据线路电压按照对称原则计算出线路其它两相的电压，然后连续存储，并据此得到的线路三相电压作为母线的三相电压来计算合闸后应加速的距离保护。
3.如图四，利用手合加速动作原理提出备自投识别开关击穿装置，针对保护在分位击穿时手合加速会动作，合位跳开后击穿保护不返回的特点，创造性提出了带有开关击穿检测功能的备自投装置。
图四 一种具有击穿识别功能的备自投装置
项目实施效果说明
本成果针对仙庵站和榕江站的备自投和保护存在家族性隐患提出改进方案。
1.解决了轻载或有清洁能源上网的备投由于PT断线造成误动。
2.解决了传统保护无法解决的合闸于故障要加速跳闸和合闸于PT断线要防止误动的矛盾。
3.解决了传统PT断线需要延时和在装置启动时无法判别PT断线的问题。
4.解决了备自投母线PT断线在轻载时用电流作为判据的不足。
5.解决了500kV保护在开关手合于PT断线时误加速问题。
6.解决了开关位置分位且无流备自投误动作的问题。
7.提出新型距离继电器解决PT断线时励磁涌流误动问题。
8.利用手合加速在开关分位有流会动作的原理开发出识别开关击穿的备自投装置。
9.南瑞继保公司对修改后的备自投程序测试验收后，对备自投RCS-9651C装置进行升级，形成版本号：R2.24.1校验码：B8D7。
项目成果经过现场测试、厂家和上级部门的论证可在全网推广，促进电网的安全和可靠运行；提升应对突发事故的能力。目前专利进入实审2项，申请2项，在《广东电力》发表论文一篇。
该项目可以杜绝变电站由于PT断线，备投、线路和主变保护手合加速导致失压和开关击穿备自投动作扩大事故，具有较高的经济和实用价值。预计在广东电网每年可以减少利润损失约700万元，整个南方电网每年可减少损失约2000万元，在全国每年可减少损失约7000万元。
图五 逻辑测试现
项目推广前景描述
1.目前南方电网有多所轻载变电站，该成果可避免在轻载或有小电源上网的变电站由于PT断线造成备投误动，避免备投误动后备用电源未能成功投入、用户切机，不同期合闸等事故导致用户负荷损失，彻底解决该家族性隐患。
2.提高各电压等级线路及主变保护供电可靠性，可以使保护在开关手合于PT断线或者故障时可以不经延时快速判断处理。新型距离保护能解决涌流误动问题。成果可解决该全国性隐患，已经在中调反措征集时上报。
3.具有识别击穿功能备投能阻止电力事故的扩大，其带来的直接经济效益明显。目前项目成果已经通过厂家充分论证，该项目成果可应用于110kV及以上电压等级备自投、线路及主变保护装置，可以在全网推广使用，推广前景十分广阔和迫切。
创新点、效果归纳及专利申请或授权情况
本成果开发出防止备投、线路及主变保护PT断线误动的新判据及防误方法。
从根本解决了该家族性隐患：
1.备投新判据可避免在轻载时由于PT断线造成误动，并开发出具有识别开关击穿功能的备投装置。
2.保护新判据解决了线路和主变保护不满足GB/T14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》4.1.11的家族性重大隐患，可以使保护在开关手合于PT断线或者故障时可以不经延时快速判断处理，解决了传统判PT断线需要装置不启动和延时的隐患。解决了合闸于故障要快速跳闸和合闸于PT断线要防止误动的矛盾。
3.提出新型距离继电器解决PT断线时励磁涌流误动问题。在110kV仙庵站及500kV榕江站事件中，采用本判据，则可以减少约350MW负荷的损失，3万多用户不用停电，提升用电服务技术水平。增加供电利润约240万元。发明专利《备自投装置母线PT三相断线检测方法和防误动方法》、《距离保护装置三相PT断线检测方法和防误动方法》进入实审、申请发明专利《备自投装置断路器击穿检测方法及装置》和实用新型专利《一种具有断路器击穿检测功能的备自投装置》。在核心杂志《广东电力》发表论文《一起新能源接入条件下线路保护与备自投装置误动的原因分析与改进措施》
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