220kV旁路代主變開關失靈的探討

戴建峰，張穎

（南通供電公司，江蘇南通226006）

目前，220～500kV變電站主變壓器220kV側斷路器失靈保護一般采用在主變保護屏設獨立的失靈保護裝置，其主要由電流判別元件和邏輯判斷組成的延時回路，與220kV母線差動保護裝置的失靈保護回路共同構成主變220kV側斷路器失靈保護[1，2]。但是，當主變220kV側使用旁路替代運行，又發生主變其他側故障且旁路開關失靈的特殊情況時，220kV母差保護將拒動，從而擴大事故范圍。盡管故障發生的概率很小，但其潛在的危害卻很大，極不利于電網安全運行。

1 使用本側斷路器時失靈保護的動作原理

當主變220kV故障且本側斷路器失靈時，主變失靈保護裝置將通過“保護動作”、“有流判別”等條件來啟動失靈動作接點。主變失靈保護典型邏輯框圖[3]如圖1所示。其中電流判別元件的電流回路有采用變壓器獨立的電流互感器（TA），也有一些變電站采用主變壓器220kV側套管TA。

圖1 主變失靈保護典型邏輯框圖

“失靈啟動”接點閉合將作為開入量送至母差保護，若母差保護同時檢測到故障所在母線電壓下降到閉鎖定值以下，即根據220kV側刀閘位置正確切除該主變所在母線上的所有斷路器元件。當故障發生在主變低壓側斷路器與主變本體之間時，主變差動動作跳三側斷路器，若主變220kV側斷路器失靈，則故障電流還繼續存在。由于主變阻抗較大，220kV母線的電壓下降不多，使得電壓閉鎖靈敏度有可能不夠，母線保護因其電壓閉鎖不開放出口，最終不能切除，從而擴大停電范圍。在這種情況下，母差保護針對主變間隔增設了“解除失靈保護復合電壓閉鎖”開入，其功能是當母差保護主變間隔的“失靈啟動”和“解除失靈保護復合電壓閉鎖”同時開入時，母差即解除電壓閉鎖，并出口跳開故障所在母線的所有元件，其邏輯接線回路如圖2所示。

圖2 主變失靈保護典型接線回路

2 旁代時母差保護拒動的原因

（1）主變失靈保護電流取自220kV斷路器的獨立TA，其現場一次接線如圖3所示。

圖3 失靈保護電流采用獨立TA的一次接線

將主變失靈保護電流回路接在主變第一套主保護（簡稱A屏保護）電流回路[4]之中。當旁路替代時主變失靈保護由于采不到電流只能停用（退壓板），旁路的線路保護停用（退壓板）但失靈保護繼續使用。當旁路斷路器與主變之間發生故障同時旁路斷路器失靈，其保護動作情況如下：主變保護動作聯跳旁路啟動旁路保護的永跳回路（TJR），TJR接點與旁路失靈保護電流接點持續閉合滿足了失靈啟動的條件。母差旁路間隔失靈開入啟動出口，并根據26201和26202刀閘位置正確切除主變所在母線。所有保護均能可靠動作出口，一切正常。當旁路斷路器失靈與主變低壓側故障同時發生時，由于主變失靈保護已退出（即使不退出也會因無失靈電流而不動作）即“解除失靈保護復合電壓閉鎖”接點不會動作，母差保護的電壓閉鎖可能不開放，從而導致母差保護不能出口跳閘。

（2）主變失靈保護電流取自主變本體升高柱TA，其現場一次接線如圖4所示。

圖4 失靈保護電流采用主變升高柱TA的一次接線

采用這種接線方式時，無論主變220kV是使用本側斷路器或是旁路斷路器，都可以使用主變保護自己的失靈保護，從而避免了使用旁路失靈帶來的諸多不便。但是當故障發生在220kV斷路器與主變本體之間時，采用這種接線方式可能導致主變失靈保護的誤動及拒動，因此在電網反事故措施中規定凡采用該接線方式的均需整改，即失靈電流取主變220kV側獨立TA。

由圖4可知，當220kV旁路替代主變且失靈時，主變失靈保護動作，母差保護主變間隔的“失靈啟動”和“解鎖失靈復壓閉鎖”接點同時有開入，母差即判斷主變220kV側發生了失靈故障，但由于主變間隔沒有電流，且26011和26012刀閘也都在斷開狀態，在動作條件不滿足的情況下母差拒動。

3 解決方法

3.1 主變失靈保護電流采用獨立TA的改進方法

3.1.1 方法1

在旁路失靈保護的TRIP插件上，除了失靈接點外再引一副由失靈繼電器啟動的接點（若插件板不能提供第二副接點則需更換插件板），該接點通過二次電纜送至主變失靈保護，如圖5所示。

圖5 主變及旁路失靈保護接線回路（黑粗線為新增回路）

以ABB保護為例，將主變失靈保護接線做一定的增加修改，如圖6所示。

圖6 500kV主變ABB保護220kV斷路器失靈回路（黑粗線為新增回路）

將旁路失靈保護送來的失靈接點接入啟動主變失靈保護失靈繼電器的回路。通過圖6很容易發現新增回路的作用：只要旁路的失靈接點閉合，主變失靈繼電器無需經過有流判別即可啟動，從而使得主變送至母差的“解鎖失靈復壓閉鎖”接點閉合。

還要在母差保護的程序上做一定的改動，原本只有主變“失靈啟動”接點與“解鎖失靈復壓閉鎖”接點同時閉合開入時母差保護才會解除電壓閉鎖開放失靈出口，現在將這一特權也賦予旁路間隔即旁路失靈保護的“失靈啟動”接點和“解鎖失靈復壓閉鎖”接點（主變失靈保護的）同時開入時，也允許解除電壓閉鎖。

在實際運行中，旁代時主變發生其他側短路故障且旁路失靈，旁路失靈保護2對失靈接點動作，一對作為母差失靈開入，另一對去啟動主變失靈保護。當旁路失靈保護的“失靈啟動”和主變失靈保護的“解鎖失靈復壓閉鎖”接點開入后，母差保護通過判斷旁路間隔的電流及刀閘位置由失靈動作出口有選擇地切除故障所在母線。在實際運行中需要注意的是：

(1)旁路送至主變的失靈接點回路應設一壓板，在旁路代主變時該壓板投入，在旁路代線路或停用時該壓板應退出；

(2)旁代時旁路失靈保護本身送至母差的失靈啟動回路壓板不應退出；

(3)旁代時主變失靈保護仍啟用，其“失靈啟動”壓板應退出，“解鎖母差”壓板應投入。

目前，南通500kV三官殿變2號主變220kV旁路替代主變時，其失靈回路是按照方法1進行改造的，現場試驗證明該方法完全可行。

3.1.2 方法2

主變及旁路失靈保護接線回路如圖7所示。

圖7 主變及旁路失靈保護接線回路圖（黑粗線為新增回路）

圖7中在旁路失靈保護的TRIP插件上，除了失靈接點外再引一副由失靈繼電器啟動的接點，將該接點通過二次電纜并至母差的“解復壓閉鎖”開入回路。并將母差保護程序作一定更改，即旁路間隔的“失靈啟動”和“解鎖失靈復壓閉鎖”同時開入時，也允許解除電壓閉鎖。具體的動作情況與主變失靈動作基本相同。采用該方法需要注意的是：

(1)代主變時，旁路失靈保護的“失靈啟動”與“解鎖母差”壓板應投入。而主變失靈保護的2塊壓板應退出。

(2)旁路替代線路時，應僅投入旁路失靈保護的“失靈啟動”壓板，“解鎖母差”壓板應退出。

3.2 主變失靈保護電流采用升高柱TA的改進方法

該接線方式下，如何讓母差知道主變220kV側正在使用旁路替代是關鍵問題。解決的方法是在母差屏增加1塊“旁路代主變”開入壓板，并在程序上做相應的改動。其實際運行中，旁路替代主變時由運行人員將該壓板投入，當主變其他側發生短路故障且旁路開關失靈時，主變失靈保護動作“失靈啟動”和“解鎖失靈復壓閉鎖”接點同時開入母差保護，母差保護因為“旁路代主變”開入的存在，所以改為檢測旁路間隔的電流及刀閘位置，從而使得失靈動作出口能正確地切除故障所在母線。在實際運行中需要注意的是：

(1)旁路替代主變時，旁路本身的失靈保護應該停用。

(2)若旁路可以分別替代2臺主變時，母差屏上應設“旁路代1號主變”、“旁路代2號主變”2塊壓板。在保護校驗時要分別試驗這2塊壓板，保證當旁路代1號主變時，母差投入“旁路代1號主變”壓板應不會對2號主變間隔產生任何影響，反過來亦然。

(3)“旁路代主變”開入壓板的投退操作應寫入運行操作規程，避免誤、漏投退。

4 結束語

近幾年隨著電網迅猛發展、超高壓技術的運用，潮流運行日趨復雜，電網容量不斷增大，短路電流也隨之增大。當主變220kV側使用旁路替代運行，又發生主變其他側故障且旁路開關失靈的特殊情況時，220kV母差保護將拒動，從而擴大事故范圍。2008年，國家電網公司對失靈保護的電流回路提出了采用由220kV母差保護裝置上實現的方案，線路、主變保護只提供保護動作的出口接點給220kV母差保護裝置的失靈保護回路，共同構成220kV失靈保護裝置[5]。這樣在解決旁代問題時只要在母差保護程序上做小小修改就可以了，從而大大簡化了二次接線。

[1] GB/T14285繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].2006.

[2] 220～750kV電網繼電保護裝置運行整定規程[S].2007.

[3] 韓冰，孟菊芳.220kV變壓器保護啟動失靈回路接線分析及探討[J].廣西電業，2008(7)：94-96.

[4] 湯大海，李靜，徐捷，等.雙重化主變保護TA二次電流回路的接入與運行[J].江蘇電機工程，2008，27(3)：23-25.

[5] Q／GDW 175—2008，變壓器、高壓并聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規范[S].