關于站用變交流電源系統保護級差配合及開關失效事故擴大問題的探討

胡曉霞++彭岳云

摘??要：主要討論了站用電源系統保護級差配合，分析和探討了從設計到現場應用的保護配置和級差配合普遍存在的問題，以期為相關工作提供參考。

關鍵詞：站用電源系統;級差配合;越級;跳閘

中圖分類號：TM774+.2????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.010

1??案例回顧

案例1：2005-03-06，220?kV象山站生活負荷發生接地故障，交流饋線開關、交流進線開關未跳閘，站變零序過流保護越級動作跳閘#1站變，380?V備自投動作切換，因為故障仍然存在，所以，造成#2站變零序過流保護越級動作跳閘。全站交流失電后，影響了主變風冷電機，主變被迫停運，造成大面積停電。

案例2：2011-07，220?kV交椅變電站發生了饋線支路BN短路，饋線開關與站用交流進線開關未跳閘，380?V備自投零序過流保護因為整定值與站變零序過流保護不配合，接線原理為接地保護未動作。站變零序過流保護越級動作跳閘后，380?V備自投切換擴大了事故范圍，使全站站用交流失電。

案例3：2012-01，110?kV羅湖變電站發生了饋線支路相間短路，饋線開關和站用交流進線開關未跳閘，站變過流保護越級動作，不閉鎖380?V備自投動作切換，使全站站用交流電源失電。

2??存在的問題

該系統中存在的問題包括站變定時限過流保護與交流進線開關、主饋電開關定時限過流保護整定配合，站變零序過流保護與380?V備自投零序過流保護整定配合，備自投有效閉鎖切換、動作邏輯設置不合理等，這些都直接影響了系統的運行安全。

3??解決問題的思路

針對以上問題，只有解決了開關與站變保護的級差配合，合理、有效地甄別站變過流保護、零序過流保護、380?V備自投過流保護和零序過流保護等，進而決定是否閉鎖備自投。這樣，當站用變壓器內部出現故障時，站變保護動作就不會閉鎖380?V備自投，則380?V備自投的閉鎖、全站交流失電等問題就迎刃而解了;反之，對站變外部故障，采取閉鎖380?V備自投，避免給系統造成更大的事故。

3.1??涉及到的解決技術

3.1.1??涉及到的380?V備自投技術

為了確保站用交流電源，主變風冷負荷、直流充電機等重要負荷要保證交流母線供電的持續性。在站變高、低壓開關偷跳，站變內部故障，電源異常等情況下，備自投裝置能夠自動切換到備用線路，保證系統供電的連續性。

圖1為備自投用電系統，工作變壓器提供工作電源，備用變壓器提供備用電源。在正常運行的情況下，開關1DL合，1ZKK合，2ZKK分，2DL分（冷備用）或合（熱備用）。當工作電源側發生故障時，工作電源開關1ZKK跳開，確認開關1ZKK分開后，此時，由于不存在原動力和勵磁，所以，殘壓的幅值和頻率會隨時間而衰減。當母線殘壓小于一定值后，再合上開關2DL和2ZKK。

3.1.2??ATS開關系統的應用

交流系統采用的是ATS（Automatic?Tranfer?Switch）開關，與兩進線一母聯的接線方式相比，其優勢在于：①由于ATS本身的運動、傳動機械簡單、緊湊，除了電氣聯鎖外，還可以通過機械齒輪傳動結構完成機械聯鎖功能，能有效保證系統的安全性;而兩進線一母聯的接線方式存在兩路交流電源非同期并列的問題，目前的機械閉鎖尚不能保證其有效性。②二次回路簡單，方便檢修，解決了傳統兩進線一母聯由繼電器等組成的復雜邏輯回路。③它能夠選擇多種工作模式，實現本地/遠程控制。圖2所示為兩進線一母聯的接線方式。

圖1??備自投用電系統示意圖???????圖2??兩進線一母聯的接線方式

3.1.3??使用電子脫扣器

如果供電系統的饋線全部采用輻射供電，與負荷距離較遠，影響故障電流幅值，熱磁脫扣器開關將難以快速隔離故障，因此，要實現饋線開關、進線開關與站變保護的級差配合，要求饋線開關使用定時限的電子脫扣器。

南方電網變電站大量應用ABB、施耐德等品牌交流開關，其在隔離各種故障方面的能力主要包括以下幾點。

3.1.3.1??接地故障

一般配置漏電保護，帶漏電保護的斷路器為成熟產品。

從深圳站用交流電源發生事故的案例中可以看出，嚴格執行檢修、生活負荷必須經帶漏電保護開關接出的規定，就可以有效地解決接地故障隔離問題。

3.1.3.2??相零短路、相間短路故障

相零短路與接地故障下故障電流流經的路徑是有區別的。交流開關針對的是相零短路、相間短路故障，一般配置熱磁保護。熱保護是雙金屬在受熱時，因為膨脹系數不一樣，彎曲推動機構，使開關斷開，起到了一定的保護作用。磁保護是故障電流流經線圈產生的磁場拉動鐵芯瞬間動作。

從深圳站用交流電源發生事故的案例中可以看出，由于開關熱磁保護在動作值、動作時間上有一定的分散性，所以，較難利用熱磁保護實現開關的級差選擇性。

交流電源系統使用開關熱磁保護，因為其動作值、動作時間有較大的分散性，所以，很難精確整定其相關數值，難以實現與站用變壓器保護的級差配合。針對這種情況，ABB、施耐德、良信電器等品牌交流開關開發商開發出了電子脫扣式開關。電子脫扣器是用電子元件構成的電路，用來檢測主電路電流，放大、推動漏電保護器動作。這就相當于在開關上做保護。因此，在設計時，應選擇帶定時限過流保護的電子脫扣器開關作為進線開關和主饋電開關。

圖3??相零短路、相間短路故障

3.1.4??零序過流保護

站用變壓器零序過流保護動作的故障可能是站用變壓器的內部故障，也可能是外部故障。使用站變零序保護動作接點閉鎖380?V備自投切換，將限制備自投的作用。但是，站變零序保護動作不閉鎖380?V備自投切換，將導致備自投誤切換后引起另一站用變壓器零序過流保護越級跳閘，從而發生全站站用交流電源失電的事故。

380?V備自投裝置設置零序過流保護，其采集的電流在站變以下，則判斷為故障在站變之外，必須閉鎖380?V備自投。在開關與站變保護失配的情況下，利用380?V備自投裝置零序過流保護先于站變零序保護動作，并閉鎖380?V備自投，可以有效避免事故擴大化。

380?V備自投裝置零序過流保護接線方法如圖4所示。

由基爾霍夫定律可知，在站變低壓線圈中性點畫1個圈，則（^Ia+^Ib+^Ic）=-（^In）.?即將A＼B＼C三相電流合成零序電流，其幅值與站變零序電流相等，相位相反。所以，380?V備自投裝置零序電流接線方法如圖5所示。

圖4??380?V備自投裝置零??????圖5??380?V備自投裝置零序電流接線方法

序過流保護接線方法

前期采用A＼B＼C＼N線合成接地電流接線，與站變零序保護原理不一致，難以進行級差配合整定，需更改為正確的接線方式?，F場更改方法如圖6所示。

圖6??正確的現場更改接線方式

將零序CT接端子一端接地，拆除N412線即可。

3.2??具體實施方案

方案1：利用斷路器電子脫扣器實現有選擇性地快速隔離故障，并通過精確整定，實現與站變保護的級差配合。具體的工作步驟是：①將負荷分類，采用“主饋開關+分饋開關”的設計。②站用交流進線開關和主饋電開關選用帶定時限過流保護的電子脫扣器，同時，要檢修電源、生活電源等饋線開關，并為其配置漏電保護。③ABB開關可選用Tmax系列的塑殼開關，電子脫扣型號為PD222DS。施耐德開關可選用NSX系列塑殼開關，電子脫扣型號5.2?A。

如果在開關隔離故障失效的情況下，可能會使系統事故擴大化，因此，先要判斷故障是否為站用變壓器內部故障。

從一次接線分析中可以看出，站變保護動作故障可能為站變內部故障，也可能是站變低壓開關以下故障。380?V備自投裝置電流采自站變以下，如果裝置內部設置“定時限過流保護”“零序過流保護”，即可依據保護動作判定故障是站變外部故障，需要閉鎖備自投;反之，則為站變內部故障，無需閉鎖備自投。

通過以上分析可知，從站變保護拉動作接點閉鎖380?V備自投是不妥當的，而應由380?V備自投裝置“定時限過流保護”“零序過流保護”來判斷并動作后閉鎖備自投。

方案2：交流監控裝置增加繼電保護功能，實現選擇性動作。具體的工作步驟是：①將負荷分類，采用“主饋開關+分饋開關”的設計。②站用交流進線開關選用帶電子脫扣的塑殼開關。380?V備自投裝置增加定時限過流保護作為交流進線開關保護備用。③主饋塑殼開關配置常規5倍脫扣的熱磁保護，并利用饋線監控裝置定時限過流保護，實現主饋開關與進線開關的級差配合。④終端饋線開關配置常規5倍脫扣的熱磁保護，并利用饋線監控裝置定時限過流保護，實現終端饋線開關與主饋開關的級差配合。

以上2種方案都涉及保護整定配合問題，下面簡要闡述整定配合工作。

2011-09，在深圳供電局召開的“站用交流電源繼電保護整定配合研討會”上，以1個典型的220?kV變電站站用電系統為案例，提出了整定配合圖，具體如圖7所示。

圖7??400?kVA站變整定配合圖

保護配合整定建議主要有以下兩點：①保護配合整定建議優先考慮快速切除故障。②發生故障最多的是饋線回路，饋線開關配合是關鍵。進線開關動作隔離后，則會增加站變保護后備的危險系數。

站用交流進線開關是級差選擇的最后防線。交流進線開關除了采用電子脫扣器并將事故跳閘節點閉鎖備自投以外，還在380?V備自投裝置上配置了“定時限過流保護”“零序過流保護”。這樣做，一方面，將380?V備自投裝置“定時限過流保護”作為電子脫扣器備份;另一方面，監控裝置“零序過流保護”，可以判斷故障為站變外部故障，動作即閉鎖備自投，避免事故擴大化。

• 實際應用

3.3.1??新建變電站

新建變電站時要注意以下幾點：①進線開關、塑殼開關要

圖8??新建變電站示意圖

配置帶定時限過流保護的電子脫扣器。②采用“饋線采用主饋電+分饋電”的設計方案，主饋電塑殼開關配置帶定時限過流保護的電子脫扣器，終端饋電開關配置5倍脫扣的熱磁保護。③設計站用交流進線開關事故跳閘接點閉鎖380?V備自投。④在380?V備自投裝置中設置零序過流保護。在開關隔離故障失效的情況下，可靈敏地實行站變保護動作并閉鎖備自投。在380?V備自投裝置中，設置定時限過流保護，以此作為進線開關電子脫扣器定時限過流保護后備，并動作閉鎖備自投。

3.3.2??老站改造

在老站改造時，要注意以下幾方面的內容：①檢查站用交流進線開關是否為電子脫扣開關，如果不是，則將其更換為帶定時限過流保護電子脫扣器的塑殼開關。開關的選型和整定值與新建站方案相同。②檢查檢修、生活負荷饋線開關是否帶漏電保護，如果沒有，則要求整改。③檢查饋線開關熱磁保護脫扣的電流是否為5倍脫扣，不是則需整改。④檢查站用交流進線開關事故跳閘接點閉鎖備自投接線是否正確，未接或不正確則需整改。⑤檢查380?V備自投裝置中是否設置零序過流保護，接線是否正確，是否具備動作定值和動作延時的整定功能。如果380?V備自投裝置不符合這些要求，則要求整改。

3.4??方案驗證

3.4.1??試驗室測試

根據提供的ABB、施耐德、良信電器品牌開關樣品和試驗平臺，測試方案的合理性。

3.4.2??變電站測試

在條件允許的情況下，在變電站進行實地測試。試驗方案為：①檢查站變保護、交流進線監控裝置是否正常;②斷開試驗站變高壓側開關;③斷開ATS與非試驗站變連接的進線開關，合上ATS與試驗站變連接的進線開關;④斷開380?V試驗母線段所有的饋線開關;⑤合上試驗用饋線開關;⑥使用大電流發生器加在試驗用饋線開關的下端，加載各種故障電流，模擬各種故障情況，判斷試驗開關的級差選擇性、開關保護與交流監控保護配合和在開關失效的情況下，閉鎖備自投的情況。具體情況如圖9所示。

經過試驗驗證，改造后的保護系統能有效解決開關與站變保護的級差配合問題，并能根據各級保護裝置的動作情況判斷站用變壓器的故障原因。如果動作均正確，則表現出良好的配合特性。

圖9??變電站測試方案示意圖

4??結束語

針對對站用電源系統保護級差配合的認識和研究不夠全面、細致的問題，在設計系統時，保護配置和級差配合不合理的問題普遍存在，這給電網的安全運行帶來了較大威脅。因此，開展站用交流電源系統開關保護和站變保護級差配合的研究學習，消除了系統運行的安全隱患，對系統的穩定運行有非常重要的意義。

〔編輯：白潔〕

Discussion?on?Station?Accident?and?Failure?to?Protect?the?Differential

Transformer?with?AC?Power?System?Switch?to?Expand?Issue

Hu?Xiaoxia，?Peng?Yueyun

Abstract：?The?main?discussion?of?the?station?with?differential?power?system?protection，?analysis?and?discussion?from?design?to?field?applications?and?differential?protection?configuration?with?common?problems，?in?order?to?provide?a?reference?for?related?work.

Key?words：?station?power?supply?system;?differential?tie;?leapfrog;?trip