一種針對橋斷路器雙TA布置方式的差動保護邏輯

陳錫磊， 胡 彬， 張 思， 陸海清

（1.國網浙江慈溪市供電公司，浙江 慈溪 315300；2.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

一種針對橋斷路器雙TA布置方式的差動保護邏輯

陳錫磊1， 胡 彬1， 張 思1， 陸海清2

（1.國網浙江慈溪市供電公司，浙江 慈溪 315300；2.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

根據橋斷路器雙TA布置的內橋變電站的接線特點，分析了在橋斷路器與兩側TA之間發(fā)生故障時的主變差動保護動作行為，指出在上述位置發(fā)生故障時將出現全站停電的情況。據此，提出了改進的差動保護邏輯，并詳細分析了該差動保護邏輯在變電站不同運行方式下的動作行為，能夠最大程度地避免全站停電，提高橋斷路器雙TA布置的內橋變電站的供電可靠性。

內橋接線；雙TA布置；全站停電；差動保護

0 引言

目前，35 kV與110 kV終端變電站的高壓側多采用內橋接線方式，為了解決橋斷路器單TA（電流互感器）布置方式（即只在橋斷路器一側裝設TA）時存在的保護死區(qū)問題，部分變電站采用了橋斷路器雙TA布置方式[1-4]。這種方式雖然能迅速切除橋斷路器與TA之間的死區(qū)故障，卻會導致停電范圍擴大，出現全站停電事故[5-9]。

以下首先對內橋接線變電站的橋斷路器雙TA布置方式下的保護死區(qū)問題進行分析，進而提出有選擇性切除故障的差動保護邏輯改進方案。不同運行方式下的保護動作行為的分析表明，該邏輯能有效避免變電站全停事故的發(fā)生。

1 橋斷路器雙TA布置方式

如圖1所示，高壓側橋斷路器兩側均裝設TA，1號、2號主變壓器（簡稱主變）差動保護分別使用遠端TA的繞組進行交叉接線，即TA1，TA3，TA5構成1號主變差動保護；TA2，TA4，TA6構成2號主變差動保護。該接線方式的優(yōu)勢是能夠滿足保護范圍交叉的要求，消除橋斷路器與TA之間的保護死區(qū)。但是，在該方式下雖然能快速切除橋斷路器與TA之間的死區(qū)故障，卻同時會導致停電范圍擴大，出現全站停電事故，影響終端變電站的供電可靠性。

1.1 故障位于k1位置

如圖1所示，變電站運行方式為進線二主供、進線一熱備用，主變高壓側并列運行，即橋斷路器3DL合位。k1點（k1和k2點位置均按圖1所示）發(fā)生故障，該點位于2臺主變差動保護的交叉范圍內，因此1號、2號主變差動保護均能動作跳開各側斷路器切除故障，此時將會全站停電。一般，終端變電站高壓側配置有備用電源自動投入裝置（簡稱備自投），在主變差動保護動作后，Ⅰ段母線、Ⅱ段母線均失壓，滿足高壓側進線備自投動作條件，備自投跳開進線二斷路器2DL（原已分開），合上進線一斷路器1DL后，將合于故障點。此時，需由進線一對側的線路距離保護Ⅱ段動作跳開線路，仍造成本站全站停電。

圖1 橋斷路器雙TA布置方式

由分析可知，當k1點發(fā)生故障時，1號主變保護為正確動作隔離故障，但2號主變保護也會動作跳閘，造成事故擴大，最終造成全站停電。

1.2 故障位于k2位置

變電站運行方式與k1點故障時相同。此時，保護動作行為與k1點故障時的差異，僅在于高壓側進線備自投動作合上進線一斷路器1DL后，高壓側Ⅰ段母線能正常帶電，但由于1號主變低壓側斷路器已經由1號主變差動保護跳開，因此實際上也無法送出負荷。

同樣，在運行方式轉換為進線一主供、進線二熱備用時，k2點發(fā)生故障，也會造成全站停電。

因此，在橋斷路器雙TA布置方式下，兩側TA之間的范圍內發(fā)生故障時，2臺主變保護同時跳閘，導致停電范圍擴大，造成全站停電，影響終端變電站的供電可靠性。

2 改進的差動保護動作邏輯

2.1 2組橋TA均接入差動保護

將橋斷路器兩側的橋TA二次繞組均分別接入2臺主變的差動保護裝置，這樣每臺主變可以形成2個差動保護范圍，根據保護范圍的大小可分別稱之為“大差”和“小差”。如圖2所示，TA1，TA3，TA5構成1號主變“大差”保護范圍；TA1，TA4，TA5構成1號主變“小差”保護范圍；同理，TA2，TA4，TA6構成2號主變“大差”保護范圍；TA2，TA3，TA6構成2號主變“小差”保護范圍。

圖2 主變“大差”和“小差”保護范圍

值得注意的是，上述差動回路接入方式中每套保護裝置均需要4路差動電流采樣，而目前常見的主變回路差動保護裝置一般均具備4路交流采樣的功能，因此該接入方法并不需要對保護裝置的硬件進行改造。

2.2 差動保護邏輯改進

2.2.1 判斷故障區(qū)域

改進后的差動保護動作邏輯，首先通過判斷大差和小差是否動作來判斷故障所處的位置。如果差動保護的大差和小差同時動作，可以判斷故障位置不是發(fā)生在橋斷路器兩側TA之間的范圍內，即非交叉保護區(qū)域內。保護動作邏輯與常規(guī)的差動保護一致，只需要差動保護不經延時跳開主變各側斷路器隔離故障即可。

若差動保護的大差動作而小差不動作，則判斷故障發(fā)生在上述的交叉保護范圍內，此時保護邏輯第一步不經延時跳開橋斷路器3DL。

2.2.2 判斷故障的主變

第一步跳橋斷路器3DL的指令經50 ms的延時后，差動保護再封鎖橋TA的電流（2個橋TA均封鎖），再判斷主變小差保護是否動作，以此來判斷故障位置屬于哪臺主變的范圍內。由于此時采取了封鎖橋TA電流的措施，所以實際上差動保護判斷的是主變高低壓兩側TA之間是否存在故障。若小差保護動作表明故障位置在該主變，立即出口跳開該主變各側斷路器，若差動不動作則保護返回。

需要指出的是，該差動保護動作邏輯即使在第一步發(fā)生橋斷路器3DL拒動的情況下，也能跳開主變各側斷路器隔離故障，具體動作行為詳見第4節(jié)的分析。詳細的保護邏輯見圖3。

圖3 改進的差動保護動作邏輯

3 不同運行方式時保護動作行為分析

內橋接線的終端變電站運行方式靈活，最常見的運行方式為“一線帶兩變”，即一條進線帶2臺主變運行，另一條進線熱備用。此外，內橋接線變電站還存在主變分列運行等其他運行方式。以下將對內橋接線變電站常見的3種不同運行方式下橋斷路器兩側TA之間發(fā)生故障時的差動保護動作行為進行分析。

3.1 運行方式一

一線帶兩變，進線一運行，進線二熱備用，主變高低壓側均并列運行，即2DL分位，其余斷路器合位。

3.1.1 k1點故障

短路電流由進線一通過橋TA4與故障位置形成回路，2臺主變的大差保護動作而小差不動作，根據上述保護邏輯，跳開橋斷路器3DL，并延時封鎖差動保護的橋TA電流。由于3DL跳開后故障并未隔離，此時1號主變的高低壓兩側差動保護動作，跳開各側斷路器，而2號主變差動保護不動返回。此時，高壓側進線備自投條件滿足，跳開進線一斷路器1DL（已跳開），合上進線二斷路器2DL，2號主變向低壓側兩段母線正常供電，最大程度地避免了變電站全停事故的發(fā)生。

3.1.2 k2點故障

橋斷路器3DL跳開前，短路電流路徑與k1點故障時一致，如圖4（a）中的Ik1所示。當差動保護第一步跳開3DL后，短路電流路徑發(fā)生變化，如圖4（b）中的Ik2所示。由于已經封鎖了橋TA的電流，該短路電流對于1號主變而言是穿越性故障，1號主變差動保護不會動作；對于2號主變是區(qū)內故障，差動保護將動作跳開2號主變各側斷路器，從而成功隔離故障，保障1號主變正常運行。

圖4 運行方式一時的短路電流

由上述分析可知，在一線帶兩變、主變高低壓側均并列運行的方式下，該差動保護邏輯能有選擇性地切除故障，保障正常變壓器的運行，避免變電站全停。

3.2 運行方式二

一線帶兩變，進線一運行，進線二熱備用，主變高壓側并列運行，低壓側分列運行，即2DL和6DL分位，其余斷路器合位。

3.2.1 k1點故障

在該運行方式下，k1點故障時保護動作行為與運行方式一時一致，最終2號主變能夠正常供電。

3.2.2 k2點故障

橋斷路器3DL跳開前，短路電流路徑如圖4（a）中的Ik1所示，當差動保護跳開3DL后，由于6DL處于分位系統(tǒng)短路電流將消失，1號、2號主變的差動保護均返回。此時，低壓側Ⅱ段母線失壓，低壓側母分備自投經延時跳開2號主變低壓側斷路器5DL，合上低壓側母分斷路器6DL，使得1號主變向低壓側兩段母線正常供電。

由上述分析可知，在一線帶兩變、高壓側并列運行、低壓側分列運行的方式下，該差動保護邏輯通過與備自投裝置的配合，有選擇性地切除故障，保障正常變壓器的運行，避免變電站全停事故。

3.3 運行方式三

2條進線各帶1臺主變運行，主變高壓側分列運行，低壓側并列運行，即3DL分位，其余斷路器合位。

3.3.1 k1點故障

當k1點故障時，2條進線分別提供1路短路電流，如圖5所示。該運行方式下橋斷路器3DL本身已處于分位，因此差動保護第一步出口跳開3DL不會對短路電流產生影響。封鎖橋TA的電流后，對于1號主變而言Ik1是區(qū)內故障，對2號主變而言Ik2是穿越性故障，因此1號主變差動保護動作跳開各側斷路器隔離故障，2號主變正常向低壓側兩段母線供電。

圖5 運行方式三時的短路電流

3.3.2 k2點故障

k2與k1點對稱，保護動作行為與上述一致，最終由1號主變正常向低壓側兩段母線供電。

由上述分析可知，2條進線各帶1臺主變運行、主變高壓側分列運行、低壓側并列運行的方式下，該差動保護邏輯能有選擇性地切除故障，保障正常變壓器的運行，避免變電站全停事故。

4 3DL拒動時的保護行為分析

運行方式三的橋斷路器3DL本身就處于分位，不存在拒動問題。運行方式一和二區(qū)別僅在于低壓側母分斷路器6DL是否斷開，而當3DL拒動時6DL的狀態(tài)對短路電流不會有影響。因此，以運行方式一為例分析橋斷路器3DL拒動時的保護動作行為。

如圖4（a）所示，如果橋斷路器3DL拒動，則無論是k1點還是k2點故障，短路電流Ik1一直存在，即便封鎖了橋TA后，1號主變的高低壓兩側差動保護仍然能夠動作跳開1號主變各側斷路器，此時將出現全站停電。但在橋斷路器兩側TA之間的這個特殊范圍內出現故障而同時橋斷路器3DL拒動時，全站停電本就已經無法避免。

因此，改進后的差動保護邏輯不會因為橋斷路器3DL拒動而無法隔離故障。

5 結語

部分內橋變電站為了解決橋斷路器與橋TA之間存在的保護死區(qū)問題，采用了橋斷路器兩側均配置TA，同時主變差動保護采用交叉接線的方式。該種方式雖然能迅速切除橋斷路器與TA之間的死區(qū)故障，但會導致停電范圍擴大，出現全站停電事故?；诟倪M的差動保護邏輯，通過與備用電源自投裝置的配合，能夠在不同運行方式下最大程度地避免全站停電，提高橋斷路器雙TA布置的內橋終端變電站的供電可靠性。

[1]張自偉.變電站內橋接線方式下的保護死區(qū)問題探討[J].浙江電力，2013，32（1）∶27-30.

[2]葉志剛.兩種差動保護中的死區(qū)問題及其解決[J].供用電，2008，25（5）∶32-34.

[3]李斌，馬超，商漢軍，等.內橋接線主變壓器差動保護誤動原因分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33（1）∶99-102.

[4]金山紅.淺談110 kV內橋接線變電所主變差動保護的接線與選型[J].浙江電力，2003，22（1）∶50-51.

[5]李雙偉.一起線路保護裝置異常報警的分析處理[J].浙江電力，2016，35（8）∶39-41.

[6]蔣道乾，余榮強，李君.變電站內橋接線方式下備自投動作的可靠性探討[J].南方電網技術，2014，8（4）∶77-81.

[7]王建成，張濤，張建成，等.500 kV主變差動保護TA問題分析及改進[J].浙江電力，2015，34（10）∶12-16.

[8]陸振芬，王徐延.110 kV內橋接線變電站的安全運行分析[J].江蘇電機工程，2009，28（6）∶37-39.

[9]姜正馳，屈晗煒，施偉成.內橋接線變電站主變差動保護死區(qū)問題分析[J].電力安全技術，2015，17（5）∶58-60.

（本文編輯：趙曉明）

A Differential Protection Criterion for Double TA Distribution of Bridge Circuit Breaker

CHEN Xilei1，HU Bin1，ZHANG Si1，LU Haiqing2
（1.State Grid Cixi Power Supply Company，Cixi Zhejiang 315300，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Aiming at the wiring characteristics of inner bridge substation with double TA distribution of bridge circuit breaker，the paper analyzes differential protection action of main transformer when faults occur between bridge circuit breaker and TA at its both sides.It is indicates that there will be outage when faults occurs in the aforementioned location.Therefore，the paper presents an improved differential protection logic and expounds its protection action under different operation modes，for the purpose of avoiding outage of the entire substation to the maximum extent and improving power supply reliability of inner bridge substation with bridge circuit breaker equipped with double TA.

inner bridging wiring；double TA distribution；substation outage；differential protection

TM561

B

1007-1881（2017）02-0018-04

2016-08-26

陳錫磊（1986），男，工程師，從事繼電保護檢修工作。