110 kV變電所單母線分段接線保護閉鎖備自投分析

劉叢洲，黃 治，湯大海，施偉成，楊 靜

(鎮江供電公司，江蘇鎮江212001)

目前，江蘇省新投運的110 kV變電所110 kV側多采用單母線分段接線方式，鎮江供電公司新建的12座110 kV變電所110 kV側也采用單母線分段接線方式。變電所110 kV每段母線有電源進線線路（簡稱進線線路）和負荷出線線路（簡稱出線線路）及1～3臺變壓器，兩段母線分裂運行或兩進線電源一主供一備供運行，采用110 kV備用電源自動投入裝置（簡稱備自投）作為提高供電可靠性的措施[1-3]。變電所110 kV母線典型設計時沒有配置專門的110 kV母線差動保護，110 kV母線故障由上級電源側線路保護來切除[4]；110 kV變電所在進線線路和出線線路斷路器均配置了線路保護，并且均采用距離保護的配置，保護方向采用母線指向線路的典型設計，希望用進線線路保護作為在110 kV母線故障時啟動來閉鎖110 kV備自投，防止備自投將運行設備誤投入到運行設備上擴大事故[5]，但在實際運行中發現這種設計存在110 kV進線保護不能閉鎖110 kV備自投問題。

1進線保護配置及與備自投的配合

110 kV變電所110 kV側典型的單母線分段接線方式如圖1所示。由于設計時110 kV母線沒有配置專門的母線差動保護，110 kV進線線路斷路器和出線線路斷路器配置了線路保護[1，2]，該保護由三段相間距離保護、三段接地距離保護、四段零序電流（方向）保護和三相一次重合閘組成。110 kV主變壓器保護配置了差動保護和各側后備保護。

當110 kV母線故障時，為防止110 kV備自投動作，將正常運行的設備誤投在故障設備上，保護閉鎖110 kV備自投的任務由進線線路保護承擔。

2進線保護與備自投的配合

2.1 電壓互感器（TV）斷線過流保護原理

圖1 110 kV變電所單母線分段接線

以許繼電氣股份有限公司生產的WXH-811線路保護為例，裝置設有2種檢測母線TV斷線的判據，2種判據都帶有延時，且在線路正常運行、起動元件不起動的條件下投入；若起動元件已起動就不進行TV斷線的檢測，直到保護整組復歸后重新投入。同時，TV斷線信號只在三相電壓恢復正常延時2 s恢復正常。裝置檢測TV斷線后發告警信號。

（1）三相電壓向量和大于7 V，即自產零序電壓大于7 V，保護不啟動，延時1.0 s發TV斷線異常信號。

（2）三相電壓向量和小于8 V，但正序電壓小于30 V，延時1.0 s發TV斷線異常信號。

當檢測TV斷線后發告警信號后，退出相間距離保護、接地距離保護、零序方向電流Ⅰ、Ⅱ保護和控制要求退出的其他段零序方向電流保護，同時自動投入TV斷線相過電流保護和TV斷線零序電流保護。

2.2進線保護的實際試驗

由TV斷線過流保護原理介紹可以看出，在TV正常情況下發生短路，該保護可能不會動作。為了驗證這個假設，以WXH-811B/G裝置和PRS-711-D裝置對TV斷線過流保護進行整組動作試驗，驗證TV斷線過流保護出口動作情況。

（1）WXH-811B/G裝置。在TV斷線情況下加1.05倍動作電流后TV斷線過流一段動作，出口時間127 ms。先加正常電壓，加1.05倍動作電流后該保護不動作。采用狀態序列，從正常態到兩相短路加1.05動作電流該保護也不動作。

（2）PRS-711-D裝置。在TV斷線情況下加1.05倍動作電流后TV斷線過流一段動作，出口時間117 ms。先加正常電壓，加1.05倍動作電流后該保護不動作。采用狀態序列，從正常態到兩相短路加1.05動作電流該保護也不動作。

2.3保護閉鎖備自投性能分析

從上述試驗結果可見，當變電所發生110 kV母線相間故障時，110 kV進線線路保護裝置的TV斷線過流保護不能動作，現運行單母線分段接線的變電所保護閉鎖備自投方案存在安全隱患。

3保護閉鎖備自投的改進

將該保護的電流互感器的極性反過來接入保護裝置，即把保護方向改為由線路指向母線，當110 kV母線相間故障時，相間距離Ⅰ段保護就能夠立即動作，從而可防止上述保護不能閉鎖備自投、備自投將運行設備誤投入到故障設備上的安全隱患。

3.1進線保護的整定配合

在變電所110 kV母線相間故障時能夠迅速動作閉鎖備自投的保護是相間距離Ⅰ段、接地距離Ⅰ段和零序電流Ⅰ段保護，因此進線保護的整定主要以這3個Ⅰ段保護進行整定[2]。

（1）距離Ⅰ段保護。相間距離Ⅰ段、接地距離Ⅰ段保護按躲過變電所最大容量變壓器中、低壓側母線故障整定：

式中：Zzd為110 kV線路距離保護相間距離Ⅰ段保護整定值；ZB為最大容量110 kV變壓器110 kV側至中壓側或低壓側的正序等值電抗；Kk可靠系數，取0.7～0.8；KZ為110 kV主電源對其他電源的最小助增系數。

（2）零序電流Ⅰ段保護。110 kV變壓器中性點一般為不接地方式，采用經間隙接地方式。為防止零序電流Ⅰ段保護電源線路發生接地故障、110 kV變壓器中性點間隙擊穿時的誤動作，可將零序方向元件啟用；若110 kV變壓器中性點為接地方式，則零序方向元件必須啟用。零序電流Ⅰ段保護整定策略為與上級電源側線路保護零序電流Ⅰ段或Ⅱ段定值配合整定：

式中：Izd.0為零序電流Ⅰ段整定值；IIzd.0為上級電源側線路保護零序電流Ⅰ段或Ⅱ段整定值；Kph為配合系數，一般取1.1～1.2。

3.2進線保護與備自投配合分析

采用上述整定策略，在變電所110 kV母線相間故障或接地故障時，均有保護可靠動作去閉鎖110 kV備自投，防止了110 kV備自投誤將運行設備誤投入到運行上去；同時在變壓器中、低側故障時，該保護不會動作誤閉鎖備自投。在變壓器高壓側故障時，雖然變壓器差動保護動作切除了故障，但該保護仍存在會動作誤閉鎖備自投的問題。

3.3進線保護閉鎖備自投應啟用方向元件

采用進線保護作為閉鎖備自投的保護時，還要注意將零序電流Ⅰ段保護的方向元件啟用。系統供110 kV石獅變的一次主接線如圖2所示，供電方式為220 kV華陽變110 kV華獅759線供110kV福地變1號變、并供110 kV石獅變全部負荷；220 kV華陽變110 kV華福753線供110 kV福地變2號變、并作為石獅變的備供電源；110 kV石獅變一次方式為：759、753開關運行 （1號變壓器由759線供電），700開關熱備用，110 kV備自投啟用，投700開關。

圖2系統供110 kV石獅變的一次主接線

2012年5月12日22時02分，一輛拖運施工機具的車輛超高碰觸導線，導致華陽變華獅759線路C相永久性接地故障，華獅759開關距離Ⅰ段、零序電流Ⅰ段保護動作跳閘，重合不成。石獅變110 kV備自投拒動。現場檢查發現，石獅變1號變壓器中性點放電間隙有放電痕跡，1號變壓器中性點間隙在本該事故擊穿時提供了零序電流，使進線線路保護零序電流I段保護動作，誤閉鎖了備自投。

4專用母線保護閉鎖備自投方式

變電所110 kV母線上有110 kV出線線路時，當110 kV出線線路發生相間故障或接地故障時，變電所110 kV進線保護與出線保護會同時動作，無論是相間距離Ⅰ段保護還是接地距離Ⅰ段或是零序電流Ⅰ段保護，均無法判斷是該變電所110 kV母線發生了故障還是110 kV出線線路發生了故障，會誤閉鎖110 kV備自投，且上下級保護之間的配合無法協調，因此110 kV進線保護與110 kV備自投配合變得很困難。而110 kV母線差動保護有明確的保護范圍，并能區分是母線故障還是110 kV出線線路故障，是第一段母線故障還是第二段母線故障。因此，應配置110 kV母線差動保護，用跳第一段母線斷路器的出口繼電器代替進線1保護閉鎖110 kV備自投，跳第二段母線斷路器的出口繼電器代替進線2保護閉鎖110 kV備自投。

設置110 kV母線差動保護后，第一段母線故障時，母線差動保護的第一段母線小差動保護和總差動保護會動作，跳第一段母線上斷路器的同時閉鎖備自投；第二段母線故障同第一段母線故障。在110 kV出線線路上或變電所變壓器高壓側故障或進線線路故障時，第一段或第二段母線小差動保護和總差動保護都不會動作去誤閉鎖備自投，從而使保護閉鎖備自投的配合性能達到最佳。

5結束語

當110 kV變電所采用單母線分段接線方式且任一段110 kV母線上有110 kV出線線路時，應優先裝設110 kV母線差動保護作為閉鎖110 kV備自投的措施，不僅增加了母線故障的保護，還可以使保護閉鎖備自投的配合性能達到最佳。對于沒有裝設110 kV母線差動保護但110 kV母線上沒有110 kV負荷線路時，可以采用電源進線線路保護作為閉鎖110 kV備自投的臨時措施，但保護的方向應由線路指向母線，該方案已在鎮江電網12座單母線分段接線的110 kV變電所得到實施，取得了良好的運行效果。

[1]GB/T 14285—2006，繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].

[2]DL/T584—2007，3～110 kV電網繼電保護運行整定規程[S].

[3]吳金玉，高金偉，張 帥.常規備用電源自投裝置適應雙母線接線的措施[J].電力系統自動化，2012，36（05）：112-115

[4]周洪益.地區電網單母分段接線變電站110 kV母線故障分析[J].今日科苑，2010（14）：58.

[5]朱英杰，潘朝文.110 kV變電站防誤設計探討[J].江蘇電機工程，2011，30(4)：39-41.