220kV線路斷路器失靈保護回路問題研究

摘要：文章對引發斷路器失靈保護產生誤動的緣由進行分析，剖析其啟動回路的一些弊端，并列舉相關應對策略：當主變失靈時，關于解除失靈的復合電壓閉鎖的判據的優化，關于主變斷路器的啟動失靈判據的優化；旁路代運主變斷路器時，關于啟動失靈回路的改進。

關鍵詞：220kV線路；斷路器失靈；失靈保護；復合電壓；主變啟動失靈；旁路斷路器 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2015）32-0128-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.069

1 變壓器的斷路器啟動失靈時電壓的靈敏程度

當主變低壓側短路發生故障或者低壓側匝間發生故障，從而引起高壓側斷路器發生失靈時，導致該問題的原因往往是斷路失靈保護的復合電壓鎖存在著靈敏度方面的障礙。微機變壓器保護須執行國家有關要求，即“主變啟動發生失靈時，需要有解除該失靈保護的相關復合電壓閉鎖的回路”，其目前的做法如下：第一種方法：用“‘保護出口+‘電流判別”串聯而組成的“與門”對該失靈保護進行解鎖。其中，可以使用“‘相電流+‘零序電流”方式，即“或門”來構成電流判別元件，將“跳高壓側開關的出口”作為保護出口。但這種方法有如下問題：啟動或解除失靈復合電壓閉鎖這兩者的判據是一樣的，如果CPU的保護在運行過程中產生阻滯，會致使“啟動失靈回路”和“解除失靈復合電壓閉鎖回路”中的保護出口觸點發生閉合，此刻負荷電流可能已滿足相電流的定值，斷路器失靈保護屏就會因達到“復合電壓開放和啟動失靈”的條件致使失靈保護發生誤動；第二種方法：將“主變三側復合電壓動作觸點”構成“或門”，但其存在弊端是“復合電壓閉鎖觸點”是“三側的復合電壓動作觸點”，若中壓側/低壓側斷路器在變操作送電過程中發生斷開，復合電壓動作極可能會導致失靈保護的“復合電壓閉鎖功能”發生錯誤開放。據此，采用“同一繼電器的兩副觸點”或者“同一門電路的輸出”，來同時完成“解除母差復合電壓閉鎖”及“啟動母差失靈”的做法是不可取的，因為這極有可能致使失靈保護無法保持高度的安全性和穩妥性。綜上，結合兩者的優劣勢，筆者得出如下對應策略：采用“‘保護出口+‘復合電壓閉鎖觸點+‘電流判別”（與門）的做法來組成變壓器的失靈保護，能夠對上述問題進行有效防范。

現階段，通常來說，主變輔助保護只供給一雙解除復合電壓閉鎖的觸點，但在失靈保護中，其復合電壓閉鎖會有“Ⅰ母及Ⅱ母電壓回路”。因此，對于該回路的改進，可以按照圖1的做法。該圖中，K是主變保護屏中的觸點，且K=“電流判別”+“保護出口”+“復合電壓閉鎖觸點”（串聯），1YQJ是主變高壓側Ⅰ母隔離開關的重動觸點，同理2YQJ也對應著Ⅱ母。此增加回路中，一般將解除復合電壓閉鎖設定為“瞬時啟動”，若把“主變差動保護動作切除中低壓側開關”作為考量因素，低/中壓母線電壓也也許能馬上回復正常狀態，導致相應作用無法發揮。

圖1 主變啟動失靈時解除失靈保護復合電壓閉鎖圖

對于延時反饋，在時間上（假設為T1）應滿足以下要求：即便低壓側區內發生阻滯，對于低壓側后備保護（假設為a）來說，啟動失靈保護來跳開“故障變壓器所在母線所有元件”的時間（假設為T2）是充足的，即T1>“a出口后跳低壓開關”的整定時-“跳三側開關”的整定時+T2，其中T2通常是0.5秒，允許一定寬裕度的考慮。

2 主變啟動失靈回路中的電流判據

220kV的雙母線接線系統中，對于“主變高壓側斷路器”判定啟動是否失靈，有如下依據：由于考慮到啟動“回路電流元件”和“所串接保護出口觸點”在旁路帶主變運行的情形下，能夠直接轉換至“旁路失靈保護起動回路”里面，省掉了利用“旁路間隔中的相電流”的環節，而不必調整啟動定值。所以以往對于失靈保護的啟動的設計常常在“主變套管電流互感器”中取出“判斷失靈的電流值”?！爸髯儐邮ъ`回路”如圖2所示：

圖2 主變啟動失靈回路原理圖

如圖，原設計中，主變套管相電流>整定值，“主變保護屏電量保護出口觸點”也不返回，當主變運行在220kV的Ⅰ母時，01和024對Ⅰ母的接通失靈或者是主變運行在220kV的Ⅱ母時，01和025對Ⅱ母的接通失靈。所以，220kV的斷路器失靈屏在此回路中，可能接受關于主變斷路器拒動的消息，致使變所在母線上的所有斷路器都跳開了。然而，當“電流判據=‘主變套管相電流”，一些啟動失敗的死區會誕生，也就是CT（主變斷路器）到CT（套管）這一段的引線存在阻滯，主變差動和后備保護保持動作正常，如果這個時候，由于某種緣由致使“主變高壓側斷路器”拒動失靈，03和024或者03和025的回路能接通，但故障引起的地方在CT（主變套管）之前，即CT（主變套管）不會有220kV的短路相電流的經過，所以，介入CT（主變套管）的失靈保護會有啟動失靈命令的障礙（尤其當110kV和10kV側作為弱電源端），其危害性和嚴重程度是顯而易見的。當失靈電流利用判斷依據“‘零序電流0+‘相電流”，且故障所在的地方（主變中性點）就是接地運行，即便上述阻滯重新上演，CT（套管）依然有零序電流流過，上述可怕后果就不復存在了。此外，同等的故障情形下，若“縱差保護拒動”或者“旁路帶主變運行縱差保護”臨時接于CT（套管）處時，唯一的切除故障方法就只有依靠主變后備保護來進行了，根據其通常的方向性和保護設置，應首先將220kV（分段）側母聯斷路器跳開，其次再將主變高側斷路器跳開，如果此刻主變中/低壓側仍未跳開，且中壓側是強度較大的電流或者這個主變中性點在接地時導致故障電流流過CT（套管），致使尚未返回保護出口繼電器的情況發生，進而導致失靈保護的錯誤跳閘，其危害程度也是相當高的。完善方案應如圖3，把電流（起斷路器啟動失靈保護）調制至CT（主變斷路器）即可避免上述問題。

圖3 主變啟動失靈電流的改進

3 主變啟動失靈判據的斷路器中位置

在設計主變啟動失靈時，防范誤動對應的策略：閉鎖引入，是避免誤啟動失靈（引起原因通常是誤碰或者單一元件的異常）的方法之一，因此實務中經常利用如下方式來啟動失靈：“高壓側斷路器‘有流（相電流/零序電流/負序電流）+‘保護當作+‘高壓側斷路器位置”所構成的“與門”。上述做法有效增強避免失靈保護被誤啟動的能力，但是也需要對同時產生的負面效應保持警惕，即該驅動實質也提高了其拒動的可能性（比如，對于啟動失靈邏輯，絕不能采用可以把“斷路器位置”反映出來的如下觸點：跳閘位置觸點/合閘位置觸點）。其原因在于：若本體機械存在問題，上述觸點恐怕會使失靈保護發生拒動。現實中，各省電網發生“斷路器連桿脫落”，進而致使其失靈的情形不算少見，雖然此刻的斷路器主觸頭尚沒有分離，但是輔助觸點已經分離，前文所述的“禁用觸點”亦不能對斷路器主觸頭進行準確的位置反映，這種判定“斷路器斷開”的做法是不可取的。

4 旁路代運的主變啟動失靈回路問題

在“旁路代運著主變高壓側開關”的情形下，若主變電流并非切至CT（主變套管）而是CT（旁路），倘若采用旁路保護來啟動失靈，便會出現如下所述問題：如圖4，主變的“非電量保護動作觸點”+“電量保護動作觸點”（并聯）以啟動“旁路保護操作箱”中的TJR（永跳繼電器），促使“出口跳旁路開關”的實現，TJR出于啟動“斷路器失靈保護”，而重動“觸點串接旁路開關”的零序電流觸點，這時的旁路代運主變就會形成圖4的保護，從而啟動失靈保護。然而非電量保護是不能啟動失靈的，所以此時只有通過“主變保護屏”，才能使主變啟動失靈的回路實現。但是，由于Ⅰ母和Ⅱ母都處于斷開的位置，盡管故障發生在主變范圍，在其他動作正常的情況下，高壓側斷路器也會發生拒動，即如圖2所示的01和05發生回路接通后，1YQJ和2YQJ均處于斷開，05和024或者05和025均無法接通，裝置的應有作用也就無法發揮。圖5則演示了改進的辦法，也就是增添一個壓板（用于旁路代運時啟動失靈）于主變保護屏，動作觸點依舊不變，同時將主變/旁路開關切換之后的電流當作電流判據，將旁路隔離開關的重動觸點作為主變母線判據即可。要注意的是，若旁路代運線路進行開關的過程中沒有將上述壓板脫出，會導致主變或旁路的斷路器在相異的母線上運行。比如：主變和旁路斷路器分別在Ⅰ母和Ⅱ母上運行，若前者失靈，會分別經過1YQJ和2YQJ來接通024和025，致使Ⅰ母和Ⅱ母同時失靈并同時誤跳。

圖4 旁路保護啟動失靈保護原理圖

圖5 旁路代運時主變啟動失靈回路改進原理圖

5 結語

本文分析了現實中220kV斷路器“失靈保護啟動回路”的弊端并提出有關的應對措施，由此期望能給各部分（包括設計、制造、安裝、維護、調試、運行等）的專業人員提供對于改進該方面問題的參考意見，以確保電網運行的安全性和穩定性。

參考文獻

[1] 尚晉.斷路器失靈保護的配置與反措的探討[J].電工技術，2010，（8）.

[2] 凌征玉，趙金寶.雙母線接線斷路器失靈保護特性分析[J].電工技術，2007，（12）.

[3] 王杰.220kV斷路器失靈保護誤啟動事故分析[J].湖北電力，2011，（2）.

作者簡介：張東寅（1973-），男，廣東汕頭人，廣東省輸變電工程公司工程師，研究方向：電力建設。

（責任編輯：蔣建華）