220kV電網保護死區動作分析與改進

王寅，李森茂，張鵬，盛曉文，董尚陽

（國網駐馬店供電公司，河南駐馬店，463000）

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220kV電網保護死區動作分析與改進

王寅，李森茂，張鵬，盛曉文，董尚陽

（國網駐馬店供電公司，河南駐馬店，463000）

摘要：隨著電網結構愈來愈復雜，電力系統安全穩定運行越來越重要。電網保護死區故障時由后備保護動作，隔離故障點時間長，不利于電網安全。本文分析了地區電網220kV變電站高壓側幾種常見的保護死區故障及邏輯問題，結合現有電網典型保護死區的繼電保護方案，根據保護死區的故障特點，提出封故障間隔開關CT構成死區故障的快速保護方案。該方案可有效地提高繼電保護裝置的可靠性和電網運行的穩定性。

關鍵詞：保護死區；母差保護；線路保護；后備保護；快速保護

引言

隨著電力工業的快速發展，地區電網結構越來越復雜，也越來越強大，基本滿足N-1要求。按照國網公司“大運行”建設要求，地市供電公司將電網調度運行與設備監控運行值班集中融合，實現“大值班”工作模式，優化人力資源配置，提升運行工作效率，基本統一采用“集中監控、分設操作隊”運行管理模式，此時不僅要求運行人員具備較高技能素質，對電網結構和電力系統保護裝置運行可靠性也提出了更高的要求。

目前220k V變電站內220k V母線均配置母差保護，母線發生故障時，母差保護能準確判斷出故障母線并切除故障點。但母線各間隔出線斷路器和CT之間發生故障時（稱為死區故障），母線差動保護動作跳開故障間隔所在母線各出線開關后故障點并未隔離，只能通過上級元件后備保護較長時限的將故障切除，不利于系統的安全穩定運行[1-5]。對于值班調度員而言，死區故障使故障范圍擴大，難以判斷。因此，文中分析了地區電網中常見的幾種死區故障，并根據保護死區故障特點提出了相應的快速保護方案。

1　地區220kV電網典型死區故障分析

1.1線路開關與CT之間的死區故障

目前，220kV變電站一般采用雙母線接線方式，如圖1所示。

當出線開關與出線電流互感器之間的保護死區k3點發生短路故障時，母線差動保護啟動跳開母線上各出線間隔開關，故障點未隔離，對側線路繼續向故障點提供短路電流，因該故障點處于線路兩側電流互感器之外，對電流差動保護來說是外部短路，線路差動保護不會動作，當對側電流互感器檢測到故障電流后，由線路后備保護啟動跳開對側開關，將故障切除，故障隔離時間較長。

圖1　某地區電網局部系統

1.2母聯開關與CT之間的死區故障

母聯開關保護死區k2發生短路故障時，母差保護啟動，大差動元件動作判斷母線故障，小差動元件動作選擇其中II母故障，跳開母聯開關和II母上各出線開關，但故障點未被隔離，I母上各出線間隔繼續向故障點提供短路電流，此時大差動元件沒有返回，經過0.15s跳開故障段母線所有出線開關，從而切除了母聯斷路器死區故障，與此同時使無故障II母失壓，減輕了大量負荷。

1.3變壓器開關與CT之間的死區故障

220kV母線各出線開關配置失靈保護，當變壓器220kV高側死區k1短路故障時，220kV側母差保護動作跳開220kVI母上各出線開關，但不能切除故障，220kV變壓器側高壓開關啟動失靈保護將主變三側開關斷開隔離故障點。

2　現有保護死區方案

220kV線路開關死區故障時，母差保護動作跳開故障點所在母線上所有出線開關的同時，光纖縱聯電流保護采取發遠跳信號，高頻保護停、起信加速對端開關跳閘，快速切除故障，保證系統穩定[6]。

220kV母聯開關死區故障時，大差動元件動作沒有返回，先跳開母聯開關，再封母聯開關CT，此時小差動元件對死區故障有了選擇性，啟動跳開故障段母線所有斷路器，切除了母聯斷路器死區故障，避免了兩條母線都失壓，縮小了事故停電范圍[7]。

2 20 k V變壓器高、中壓側死區故障時，220kV側母差保護先動作跳開高/中壓側開關所在母線各出線開關，差動保護未返回，故障電流仍存在，文獻[8]提出的快速保護跳開主變另外兩側開關，切除了變壓器開關死區故障，保證變壓器的安全。

3　保護死區快速保護方案

對現有的針對死區故障的保護方案進行總結，發現電網保護死區大都位于各出線開關CT處，故障點本身位于下級元件保護范圍之內，下級元件的快速保護動作之后，故障點未被隔離，進而使上級元件的后備保護動作將故障切除，動作時間較長，不利于系統穩定，同時擴大了停電范圍，其本質就是保護死區缺乏快速保護。

因此，除設置后備保護外，增設快速保護，縮短保護動作時間。下級元件保護動作，開關斷開一定時限后封出線開關CT，當母線差動保護大差元件動作，先跳開母聯開關，封母聯開關CT，若為母聯開關死區故障，小差動元件和大差動元件共同保死區故障所在母線隔離，其保護動作邏輯圖如圖2所示。

圖2　母聯開關死區保護邏輯方案

若220kV線路開關死區故障，母線差動保護動作后，將故障點隔離，然后封各出線線路開關CT，判別為線路，線路差動保護啟動，差動電流大于判別電流，迅速跳開線路對側開關，故障快速切除，若死區無故障，線路縱聯保護不會啟動；若220kV變壓器高/中壓側開關CT死區故障，220kV母線差動保護動作后，封高壓側開關CT，主變差動保護動作快速切除故障，若主變高/中壓側開關死區無故障，主變差動保護不啟動，其保護動作邏輯圖如圖3所示。

圖3　出線開關死區保護邏輯方案

4　實用性分析

母聯開關死區快速保護在傳統母差保護的基礎上，使母聯開關第一時限跳開，再短接母聯開關CT，以此判別并跳開故障母線；出線開關死區快速保護本質是利用對側元件的快速保護，短接本側開關CT使對側檢測到故障電流，可作為220kV變壓器和線路開關死區的快速保護。采用短接開關CT接線方式簡單、可靠性高，能滿足工程要求，快速隔離死區故障。

5　結束語

地區電網迅速發展，保護死區故障造成的危害會越大。本文分析了典型保護死區故障的特點，通過封母聯開關CT，可避免母聯開關死區故障，減少雙母線失壓減供負荷；通過封出線開關CT，可利用線路和變壓器本身差動保護快速切除該類死區故障，可以減輕死區短路故障對電力設備的沖擊和損傷，有利于電網安全穩定運行。

本文的研究將對實際工作具有指導作用。

參考文獻

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王寅(1986-)，男，碩士研究生，工程師，現從事電力系統及其自動化工作。

Analysis and Improved Design for Protection's Dead-zone of 220kV Grid

Yin Wang,SenMao Li,Peng Zhang,XiaoWen Sheng,ShangYang Dong
(Zhumadian Power Supply Company,Zhumadian Henan,463000,China)

Abstract:As the grid structure become more and more complicated,the problem of safe and stable operation of power system becomes increasingly prominent.Backup protection operates when failure occurs in the dead zone,which is unfavorable for grid security because of long time action.This paper analyzes several common failures in dead zone and logic problems in regional power grid,and then introduces some typical relay protection schemes about dead zone protection at present,finally put forward that the CT is connected to constitute a fast protection for Dead-zone fault,which can effectively improve the reliability of relay protection device and the stability of power grid operation.

Key words:Protection dead-zone;Bus differential protection;Pilot protection;Backup protection;Rapid protection

作者簡介：

DOI:工業技術創新 URL:http//www.china-iti.com10.14103/j.issn.2095-8412.2016.01.013

中圖分類號：TM772

文獻標識碼：B

文章編號：2095-8412(2016)01-644-03