3/2接線保護死區解決方案分析及選擇策略

董毓暉，徐西家，崔 超

(華能山東石島灣核電廠，山東 榮成 264312)

目前，國內發電廠升壓站330 kV及以上電壓等級的主接線通常采用3/2斷路器接線方式，這種主接線方式倒閘操作方便、運行調度靈活、供電可靠性高，但也存在保護死區較多(主要是斷路器和TA之間)的缺點，一旦保護死區發生故障，保護裝置不能瞬時切除，就可能導致故障范圍擴大［1］。因此，本文結合典型3/2接線保護配置，對常規電站專設死區保護及核電站增加保護TA交叉配置所采取的兩種方案進行分析，指出了繼電保護快速性和選擇性之間的問題，并建議對1000 MW及以上容量大機組宜采用增加TA交叉配置消除死區的解決方案。

1 3/2接線產生保護死區的原因及常規處理方法

通常將快速主保護無法完全覆蓋的一次設備區域稱為保護死區。3/2接線保護死區形成的根本原因是TA配置不足，造成主保護范圍不能完全交叉［2］，出現保護死區。典型3/2接線如圖1所示。

圖1 典型3/2接線圖Fig．1 Typical 3/2 wiring diagram

圖1是一個典型的3/2斷路器接線，K1、K2、K3斷路器和TA間的連接部分即為保護死區，保護死區內發生故障，沒有設置主保護瞬時動作切除故障［3］。常規處理方案是依靠斷路器的失靈保護來快速切除保護死區故障，但是失靈保護動作于斷路器跳閘后，該斷路器將不再啟動失靈保護，此時如果斷路器拒動，會造成更加嚴重的后果。當K1點發生故障時，I母母差保護動作于斷路器CB1跳閘，此時故障并未完全切除，斷路器CB1啟動失靈保護，CB2跳閘。若此時CB2拒動，CB2不啟動失靈，發變組T區保護判斷K1為區外故障，不能及時動作于CB3和發變機組，延遲了故障切除時間，將造成故障進一步擴大。另外，考慮到發生三相短路故障時，故障電流較大，失靈保護動作一般要經過200 ms的延時，對系統或主變沖擊較大，因此僅依靠斷路器失靈保護實現切除死區故障的方案不理想［4］。

2 常規電站對保護死區的解決方案和對比分析

由于在3/2接線中保護死區較多，不能排除死區發生的故障，同時僅依靠斷路器失靈保護切除死區故障存在很大的局限性，所以有必要為死區配置專用的保護，實現快速切除死區故障，達到保護配置無“死區”的目的。

2．1 常規電站保護死區的解決方案

由于斷路器失靈保護有延時較長、不能再次啟動失靈的局限性，不適合作為死區保護的理想方案，常規電站一般配置比失靈保護延時短、專用的斷路器死區保護來切除死區故障，根據保護TA配置的不同位置，形成2種不同配置方案，如圖2、圖3所示。

在圖2、圖3中，斷路器死區保護是斷路器和TA之間區域的專設保護，其啟動邏輯和失靈保護類似，出口方式也相同，動作后斷開相鄰斷路器。死區保護動作時限比失靈保護短，動作后會啟動相應斷路器的失靈保護，大大降低了相鄰斷路器拒動后故障擴大的風險，由此可以看出，這兩種配置該方案比單純依靠斷路器失靈保護切除死區故障更為理想。

圖2 斷路器具有死區保護的配置1Fig．2 Protection configuration No．1 on circuit breaker with dead zone

圖3 斷路器具有死區保護的配置2Fig．3 Protection configuration No．2 on circuit breaker with dead zone

死區保護動作邏輯須滿足如下條件［5］:

1)斷路器三相跳位開入。

2)斷路器三相或兩相跳閘命令開入。

3)任一相有電流超過定值。

在死區保護動作后，跳開相關斷路器，先于失靈保護來切除死區故障。

2．2 兩種方案對比分析

對于CB1死區和 CB3死區內發生的故障，圖2、圖3兩種配置方案保護動作情況完全相同，沒有差別。

當故障發生在CB2死區時，對于圖2保護TA配置方案，發變組T區區內故障，保護動作跳開CB2、CB3，此時故障并未消除，CB2開關的死區保護動作跳開CB1，同時啟動遠跳線路對側開關。對于圖3保護TA配置方案，線路T區區內故障，保護動作跳開 CB1、CB2，CB2開關的死區保護跳開CB3，同時升壓站聯跳動作使機組全停。

比較分析上述動作情況，兩種方案側重點不同，當故障發生在CB2死區時，使用圖2方案，主變中的故障電流經發變組T區保護動作后瞬時切除，對主變沖擊較小，但出線端需經死區保護短延時切除，對電廠端較為有利;使用圖3方案，出線端經線路T區保護瞬時切除故障，主變中的故障電流經死區保護短延時切除，主變承受故障電流的時間較長，對電網端有利。

上述兩種配置方案的優點是不改變原有TA配置數量，保護配置簡單，經濟性好。缺點是無論采用種配置方案，電廠端或電網端都不能實現瞬時切除故障。

3 核電站對保護死區的解決方案及局限性

3．1 核電站對保護死區的解決方案

基于核安全理念的理解和重視，國內核電站一般采用增加TA數量、各保護TA交叉配置的方案來消除保護死區，即在斷路器兩側均裝設電流互感器，完成母差保護、線路T區保護和發變組T區保護TA全交叉配置，真正實現保護無死區配置。國內某核電站3/2接線采用的保護配置方案如圖4所示。

對于圖4的配置，當斷路器和TA之間的區域發生短路故障時，故障點兩側的主保護瞬時動作，在第一時間切除故障。例如，在圖3中，當K1點發生短路時，不僅I母母差保護會動作，線路T區保護也會在第一時間動作，瞬時跳開斷路器CB1、CB2，分開線路對側的斷路器，K1點故障被快速切除。

除了增加TA數量實現保護全交叉配置消除死區外，核電站還采用常規電站的做法增加了斷路器“死區”保護，作為后備冗余。

3．2 解決方案的局限性

圖4 無死區的保護配置Fig．4 Protection configuration without dead zone

上述列舉的方案優點很明顯，真正消除了保護死區，實現全范圍內瞬時切除各類故障。但該方案也存在一定局限性，在圖4中，當故障發生在CB1至CB1上側TA區域時，Ⅰ母母差和線路T區同時動作，切除CB1、CB2及線路對側開關。而按圖2配置，同一地點發生故障時，只有Ⅰ母母差動作將CB1切除，即可保證安全性，圖4配置方案擴大了動作范圍。同理，當故障發生在CB2至CB2下側TA區域、CB3至CB3低側TA中間區域時，也會使動作范圍擴大。可見，核電站通過增加TA消除死區的方案在極小范圍內發生故障，會擴大停電范圍。

4 結論

常規電站和核電站對于保護死區的不同處理方案，各有優缺點，側重點略有不同。

1)常規電站處理方案，一次主設備須承受短時短路電流沖擊，TA數量少，配置簡單，經濟性好，不會導致停電范圍擴大;核電站處理方案徹底消除保護死區，一次主設備不承受短路電流沖擊，TA數量多，配置復雜，經濟性差，會導致停電范圍擴大。

2)在電站建設之前，要充分考慮不同的保護配置所產生的后果及接受能力，如對線路停電或機組停機的可承受能力，主變和母線設備可承受的故障電流的沖擊能力等，綜合考慮，選取更適合電站的保護配置方式。

3)對于1000 MW及以上容量機組建議采用增加TA交叉配置消除保護死區的方案，降低電廠主設備經受短時故障電流沖擊的概率，確保電廠安全穩定運行。

［1］賀家軍，宋從矩．電力系統繼電保護原理［M］．北京:水利電力出版社，1994．HE Jiajun，SONG Congju．Theory of power system relay protection［M］．Beijing:China Water Power Press，1994．

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［3］劉宏義，李字芹．關于3/2斷路器主接線繼電保護的配置與使用［J］．黑龍江電力，2000，22(4):39-40，49．LIU Hongyi，LI Ziqin．Disposition of primary wiring relay protection for 3/2 circuit-breakers ［J］．Heilongjiang Electric Power，2000，22(4):39-40，49．

［4］張保會，尹項根．電力系統繼電保護［M］．北京:中國電力出版社，2005．ZHANG Baohui， YIN Xianggen． Power system relay protection［M］．Beijing:China Electric Power Press，2005．

［5］趙志宏，王昕，馬景春，等．新一代線路微機保護與3/2斷路器接線操作屏的配合［J］．黑龍江電力，2000，22(4):47-49．ZHAO Zhihong，WANG Xin，MA Jingchun，et al．The coordination of new line microcomputer protection and 3/2 circuit-breaker wiring operation screen ［J］．Heilongjiang Electric Power，2000，22(4):47-49．