國網河南省電力公司檢修公司的研究人員馮順、曲欣、王毅、葛琳朝、王錚， 在2017年第6期《電氣技術》雜誌上撰文， 介紹了目前500kV3/2接線的智慧化變電站三跳啟動失靈虛端子回路的通用設計， 分析了其虛端子回路設計存在的缺陷， 並提出完善虛端子回路的設計方案， 並通過比較得出採用斷路器智慧終端機TJR的三條啟動失靈的虛端子設計方案更為簡單和可靠。
在500kV採用3/2接線的變電站中 ,斷路器失靈保護作為近後備保護快速有選擇的切除故障在工程中廣泛應用。 為保證失靈保護的可靠性和安全性 ,失靈保護接線中的啟動回路和跳閘回路應做到完善而正確。
本文分析了目前500kV智慧化變電站三跳啟動失靈通用設計回路的設計缺陷， 並提出了更加合理完善的設計方案。
1 失靈保護的工作原理斷路器失靈保護是指故障電氣設備的繼電保護動作發出跳閘命令而斷路器拒動時， 利用故障設備的保護動作資訊與拒動斷路器的電流資訊構成對斷路器失靈的判別， 能夠以較短的時限切除同一廠站內其他有關的斷路器， 使停電範圍限制在最小， 從而保證整個電網的穩定運行， 避免造成發電機、變壓器等故障元件的嚴重燒損和電網的崩潰瓦解事故。
下面以深瑞PRS-721A-G斷路器保護裝置來具體說明斷路器失靈保護的邏輯原理。
1.1 分相跳閘啟動失靈
如圖1失靈保護邏輯圖所示， 收到任一相跳閘信號， 相應相電流大於0.05In並且滿足零負序條件（3Io>“失靈保護零序電流定值”或者I2>“失靈保護負序電流定值”）， 啟動故障相失靈。 如果是保護單跳失靈引起的第一級出口， 實際上等同于傳統意義上的單跳失敗跳三相。
圖1 失靈保護邏輯圖
1.2 三相啟動失靈
如圖1失靈保護邏輯圖所示， 由保護三相跳閘啟動， 分別經“失靈保護相電流定值”、“低功率因數角”、“失靈保護零序電流定值”和“失靈保護負序電流定值”四個判據或閘開放。
裝置採用的低功率因數元件，
該元件開放的條件有二：任一相電流大於0.05In、電壓大於8V且對應相滿足|COSΦ| 其中：Φ為一相電壓與該相電流的相角差測量值；Φzd為裝置低功率因素角整定值，
整定值範圍為45º～90º。
。
當交流電壓斷線告警或者“低功率因數元件”退出時，
退出所有相的低功率因素元件，
目前500kV 3/2接線方式的智慧化變電站斷路器保護的三跳啟動失靈開入的都是通過GOOSE組網方式。 當500kV母線保護或者主變保護動作直跳開關智慧終端機時同時發送三跳啟失靈GOOSE信號到相對應的斷路器保護裝置。
例如某500kV2/3接線方式的智慧化變電站， 第二串設備嵩惠I線帶5021、5022斷路器運行， 惠獲II線帶5022、5023斷路器運行， 5021斷路器為500kV I母側斷路器。 按照通用設計5021斷路器保護的啟動失靈GOOSE開入虛端子表如表1所示。 5022斷路器保護的啟動失靈GOOSE開入虛端子表如表2所示。
表1 5021斷路器保護的啟動失靈GOOSE開入虛端子表
表2 5022斷路器保護的啟動失靈GOOSE開入虛端子表
從表1可以看出5021斷路器保護三跳啟動失靈開入只有來自500kV I母線保護的GOOSE開出，
假設站內現在發生500kV I母母線故障， 500kV I母母差動作， 跳5021斷路器， 若此時5021斷路器拒動， 由於5021斷路器保護收到500kV I母三跳啟動失靈GOOSE信號， 由斷路器失靈保護的邏輯可知， 此時5021斷路器保護失靈保護動作會聯跳相鄰運行5022斷路器， 我們在做一個更加極端的假設， 若此時5022斷路器也拒動， 5022斷路器由於未收到三跳啟動失靈GOOSE信號， 將造成5022斷路器失靈保護無法動作， 事故範圍將會擴大。
3 三跳啟動失靈回路的完善設計從上面分析可知目前500kV 2/3接線方式的智慧化變電站斷路器保護斷路器失靈保護通用設計無法解決斷路器失靈聯跳斷路器也失靈的設計缺陷， 根本原因在於聯跳相鄰運行斷路器時，相鄰運行斷路器為未設計同時間收到的三跳啟動失靈GOOSE信號，對此缺陷提出兩種設計方案，這裡依舊拿章節2中的5021、5022斷路器保護實例進行說明。
3.1 設計方案一
相鄰運行斷路器拒動後失靈保護無法動作在於未收到三跳啟動失靈的GOOSE開入，比較直接的方法是增加斷路器保護到相鄰運行斷路器的斷路器保護的三跳啟動失靈GOOSE信號，5021斷路器保護、5022斷路器保護相應的三跳啟動失靈GOOSE開入虛端子回路設計如表3、表4所示。
按表3、表4增加虛端子回路之後，當斷路器失靈保護動作時，會通過GOOSE組網向相鄰運行斷路器發送三跳啟動失靈GOOSE信號，可以有效解決失靈聯跳斷路器再次失靈的問題。
3.2 設計方案二
在常規站設計當線路支路有高抗、過電壓及遠方跳閘保護等需要三相啟動失靈時，採用操作箱內 TJR繼電器觸點啟動失靈保護。參照常規站的設計方法，斷路器保護的三跳啟動失靈GOOSE開入由斷路器智慧終端機直接GOOSE開出，其5021斷路器保護、5022斷路器保護相應的三跳啟動失靈GOOSE開入虛端子回路設計如表5、表6所示。
表5、表6的虛端子設計方案將通用設計的斷路器三跳啟失靈GOOSE開入由母線保護、主變保護等動作組網GOOSE開出改為由斷路器智慧終端機的TJR直跳光纖GOOSE開出，這樣當斷路器TJR動作時，其斷路器保護就會有三跳啟失靈的GOOSE開入，這樣也可以完美解決失靈聯跳斷路器再次失靈的問題。
表3 方案一5021三跳啟動失靈GOOSE開入虛端子表
表4 方案一5022三跳啟動失靈GOOSE開入虛端子表
表5 方案二5021三跳啟動失靈GOOSE開入虛端子表
表6 方案二5022三跳啟動失靈GOOS殊E開入虛端子表
3.3 方案一、方案二對比
方案一和方案二的設計方案都解決了通用設計中失靈聯跳斷路器再次失靈的問題，但是對比發現方案一虛端子回路設計比方案二複雜，不利於現場維護；方案一三跳啟動失靈開入是通過GOOSE組網傳遞，而方案二是通過直跳光纖直接傳遞，方案二比方案一傳輸更可靠。因此方案二的設計明顯優於方案一。
4 結論500kV 3/2接線方式的智慧化變電站中斷路器保護失靈動作後聯跳斷路器也失靈的概率雖然很小，但是500kV電網一旦發生此類事故，後果不堪設想。採用斷路器智慧終TJR的三跳啟動失靈的設計不但解決了通用設計的缺陷，而且由於採用智慧終端機直跳光纖，資訊傳輸也比通用設計的組網網路傳輸方式可靠。
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根本原因在於聯跳相鄰運行斷路器時，相鄰運行斷路器為未設計同時間收到的三跳啟動失靈GOOSE信號，對此缺陷提出兩種設計方案，這裡依舊拿章節2中的5021、5022斷路器保護實例進行說明。3.1 設計方案一
相鄰運行斷路器拒動後失靈保護無法動作在於未收到三跳啟動失靈的GOOSE開入，比較直接的方法是增加斷路器保護到相鄰運行斷路器的斷路器保護的三跳啟動失靈GOOSE信號，5021斷路器保護、5022斷路器保護相應的三跳啟動失靈GOOSE開入虛端子回路設計如表3、表4所示。
按表3、表4增加虛端子回路之後，當斷路器失靈保護動作時，會通過GOOSE組網向相鄰運行斷路器發送三跳啟動失靈GOOSE信號，可以有效解決失靈聯跳斷路器再次失靈的問題。
3.2 設計方案二
在常規站設計當線路支路有高抗、過電壓及遠方跳閘保護等需要三相啟動失靈時，採用操作箱內 TJR繼電器觸點啟動失靈保護。參照常規站的設計方法，斷路器保護的三跳啟動失靈GOOSE開入由斷路器智慧終端機直接GOOSE開出，其5021斷路器保護、5022斷路器保護相應的三跳啟動失靈GOOSE開入虛端子回路設計如表5、表6所示。
表5、表6的虛端子設計方案將通用設計的斷路器三跳啟失靈GOOSE開入由母線保護、主變保護等動作組網GOOSE開出改為由斷路器智慧終端機的TJR直跳光纖GOOSE開出，這樣當斷路器TJR動作時，其斷路器保護就會有三跳啟失靈的GOOSE開入，這樣也可以完美解決失靈聯跳斷路器再次失靈的問題。
表3 方案一5021三跳啟動失靈GOOSE開入虛端子表
表4 方案一5022三跳啟動失靈GOOSE開入虛端子表
表5 方案二5021三跳啟動失靈GOOSE開入虛端子表
表6 方案二5022三跳啟動失靈GOOS殊E開入虛端子表
3.3 方案一、方案二對比
方案一和方案二的設計方案都解決了通用設計中失靈聯跳斷路器再次失靈的問題，但是對比發現方案一虛端子回路設計比方案二複雜，不利於現場維護；方案一三跳啟動失靈開入是通過GOOSE組網傳遞，而方案二是通過直跳光纖直接傳遞，方案二比方案一傳輸更可靠。因此方案二的設計明顯優於方案一。
4 結論500kV 3/2接線方式的智慧化變電站中斷路器保護失靈動作後聯跳斷路器也失靈的概率雖然很小，但是500kV電網一旦發生此類事故，後果不堪設想。採用斷路器智慧終TJR的三跳啟動失靈的設計不但解決了通用設計的缺陷，而且由於採用智慧終端機直跳光纖，資訊傳輸也比通用設計的組網網路傳輸方式可靠。
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