浅析500kV智能变电站三跳失灵回路的设计
国网河南省电力公司检修公司的研究人员冯顺、曲欣、王毅、葛琳朝、王铮，在2017年第6期《电气技术》杂志上撰文，介绍了目前500kV3/2接线的智能化变电站三跳启动失灵虚端子回路的通用设计，分析了其虚端子回路设计存在的缺陷，并提出完善虚端子回路的设计方案，并通过比较得出采用断路器智能终端TJR的三条启动失灵的虚端子设计方案更为简单和可靠。
在500kV采用3/2接线的变电站中 ,断路器失灵保护作为近后备保护快速有选择的切除故障在工程中广泛应用。为保证失灵保护的可靠性和安全性 ,失灵保护接线中的启动回路和跳闸回路应做到完善而正确。而随着500kV3/2接线方式的智能化变电站的不断推广，智能化变电站失灵回路的完善设计显得尤为重要。
本文分析了目前500kV智能化变电站三跳启动失灵通用设计回路的设计缺陷，并提出了更加合理完善的设计方案。
1 失灵保护的工作原理
断路器失灵保护是指故障电气设备的继电保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时，利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失灵的判别，能够以较短的时限切除同一厂站内其他有关的断路器，使停电范围限制在最小，从而保证整个电网的稳定运行，避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故。
下面以深瑞PRS-721A-G断路器保护装置来具体说明断路器失灵保护的逻辑原理。
1.1 分相跳闸启动失灵
如图1失灵保护逻辑图所示，收到任一相跳闸信号，相应相电流大于0.05In并且满足零负序条件（3Io>“失灵保护零序电流定值”或者I2>“失灵保护负序电流定值”），启动故障相失灵。如果是保护单跳失灵引起的第一级出口，实际上等同于传统意义上的单跳失败跳三相。
图1 失灵保护逻辑图
1.2 三相启动失灵
如图1失灵保护逻辑图所示，由保护三相跳闸启动，分别经“失灵保护相电流定值”、“低功率因数角”、“失灵保护零序电流定值”和“失灵保护负序电流定值”四个判据或门开放。
装置采用的低功率因数元件，该元件开放的条件有二：任一相电流大于0.05In、电压大于8V且对应相满足|COSΦ|<COSΦzd；三相电压均低于门槛值8V。
其中：Φ为一相电压与该相电流的相角差测量值；Φzd为装置低功率因素角整定值，整定值范围为45º～90º。。当交流电压断线告警或者“低功率因数元件”退出时，退出所有相的低功率因素元件，认为低功率因素的条件不满足。
2 智能站三跳启动失灵通用设计及设计缺陷
目前500kV 3/2接线方式的智能化变电站断路器保护的三跳启动失灵开入的都是通过GOOSE组网方式。当500kV母线保护或者主变保护动作直跳开关智能终端时同时发送三跳启失灵GOOSE信号到相对应的断路器保护装置。
例如某500kV2/3接线方式的智能化变电站，第二串设备嵩惠I线带5021、5022断路器运行，惠获II线带5022、5023断路器运行，5021断路器为500kV I母侧断路器。按照通用设计5021断路器保护的启动失灵GOOSE开入虚端子表如表1所示。5022断路器保护的启动失灵GOOSE开入虚端子表如表2所示。
表1 5021断路器保护的启动失灵GOOSE开入虚端子表
表2 5022断路器保护的启动失灵GOOSE开入虚端子表
从表1可以看出5021断路器保护三跳启动失灵开入只有来自500kV I母线保护的GOOSE开出，而5022断路器保护只有来自所带两条线路的单相启动失灵GOOSE开出，无三跳启动失灵GOOSE信号。
假设站内现在发生500kV I母母线故障，500kV I母母差动作，跳5021断路器，若此时5021断路器拒动，由于5021断路器保护收到500kV I母三跳启动失灵GOOSE信号，由断路器失灵保护的逻辑可知，此时5021断路器保护失灵保护动作会联跳相邻运行5022断路器，我们在做一个更加极端的假设，若此时5022断路器也拒动，5022断路器由于未收到三跳启动失灵GOOSE信号，将造成5022断路器失灵保护无法动作，事故范围将会扩大。
3 三跳启动失灵回路的完善设计
从上面分析可知目前500kV 2/3接线方式的智能化变电站断路器保护断路器失灵保护通用设计无法解决断路器失灵联跳断路器也失灵的设计缺陷，根本原因在于联跳相邻运行断路器时，相邻运行断路器为未设计同时间收到的三跳启动失灵GOOSE信号，对此缺陷提出两种设计方案，这里依旧拿章节2中的5021、5022断路器保护实例进行说明。
3.1 设计方案一
相邻运行断路器拒动后失灵保护无法动作在于未收到三跳启动失灵的GOOSE开入，比较直接的方法是增加断路器保护到相邻运行断路器的断路器保护的三跳启动失灵GOOSE信号，5021断路器保护、5022断路器保护相应的三跳启动失灵GOOSE开入虚端子回路设计如表3、表4所示。
按表3、表4增加虚端子回路之后，当断路器失灵保护动作时，会通过GOOSE组网向相邻运行断路器发送三跳启动失灵GOOSE信号，可以有效解决失灵联跳断路器再次失灵的问题。
3.2 设计方案二
在常规站设计当线路支路有高抗、过电压及远方跳闸保护等需要三相启动失灵时，采用操作箱内 TJR继电器触点启动失灵保护。参照常规站的设计方法，断路器保护的三跳启动失灵GOOSE开入由断路器智能终端直接GOOSE开出，其5021断路器保护、5022断路器保护相应的三跳启动失灵GOOSE开入虚端子回路设计如表5、表6所示。
表5、表6的虚端子设计方案将通用设计的断路器三跳启失灵GOOSE开入由母线保护、主变保护等动作组网GOOSE开出改为由断路器智能终端的TJR直跳光纤GOOSE开出，这样当断路器TJR动作时，其断路器保护就会有三跳启失灵的GOOSE开入，这样也可以完美解决失灵联跳断路器再次失灵的问题。
表3 方案一5021三跳启动失灵GOOSE开入虚端子表
表4 方案一5022三跳启动失灵GOOSE开入虚端子表
表5 方案二5021三跳启动失灵GOOSE开入虚端子表
表6 方案二5022三跳启动失灵GOOS殊E开入虚端子表
3.3 方案一、方案二对比
方案一和方案二的设计方案都解决了通用设计中失灵联跳断路器再次失灵的问题，但是对比发现方案一虚端子回路设计比方案二复杂，不利于现场维护；方案一三跳启动失灵开入是通过GOOSE组网传递，而方案二是通过直跳光纤直接传递，方案二比方案一传输更可靠。因此方案二的设计明显优于方案一。
4 结论
500kV 3/2接线方式的智能化变电站中断路器保护失灵动作后联跳断路器也失灵的概率虽然很小，但是500kV电网一旦发生此类事故，后果不堪设想。采用断路器智能终TJR的三跳启动失灵的设计不但解决了通用设计的缺陷，而且由于采用智能终端直跳光纤，信息传输也比通用设计的组网网络传输方式可靠。