基于220 kV變電站主變斷路器失靈保護改進方案研究

侯紅衛

摘 要：鑒于220kV 主變失靈保護的特殊性和重要性，根據220kV變電站的實際情況，具體落實改造方案，降低了 220 kV主變壓器受到故障電流沖擊的可能性，保障了電網安全、穩定運行。

關鍵詞：220 kV；變電站；斷路器；失靈保護

引言

隨著電網容量的不斷增大和電網間聯系日趨緊密復雜，保證電網的安全運行就更加重要， 超高壓電力系統中繼電保護的拒動給電網帶來的危害越來越大， 電力系統運行中的任一電力設備均應處在保護范圍中， 并設有后備保護措施。為了保證電網的運行方式更加安全可靠，220kV母差保護均已更換為微機保護的情況下對 220kV主變進行高壓側斷路器失靈保護的接入改造。

某地區3座220kV變電站的主變斷路器失靈保護中，以前均采用繼電保護典型設計，即主變高壓側（220 kV側） 斷路器失靈時啟動失靈保護，到220 kV母差屏上去啟動母差保護模塊內的失靈保護，利用母差保護出口來切除母聯斷路器和本母線上所有相連斷路器。但相對于主變開關來說，這種失靈保護的典型配置不能有效地隔離故障點，另一側進線可通過其他主變和 110kV母聯向故障點反供電，從而會繼續使故障點注入短路電流，因此，改進220kV主變高壓側斷路器失靈保護配置具有重要意義。

1 開關典型失靈保護分析

本220 kV主變壓器均配備有兩套保護，分為保護屏A和B，主保護為差動保護和瓦斯等非電量保護，均零時限跳主變三側開關。220kV變電站系統簡圖如圖 1所示，其忽略了旁路和隔離開關等器件，主變高壓側開關 CT 繞組功能按排列順序分別為：縱差一和后備、縱差二和后備、母差（失靈）一、母差（失靈）二、失靈保護。

兩套主變差動保護裝置均無延時跳主變三側斷路器。

兩套相同原理的220 kV復壓過流保護和零序過流保護均經延時跳主變三側斷路器，投入零序方向保護，經延時跳主變高壓側斷路器。兩套相同原理的110kV復壓過流保護 I段第一時限跳110 kV 母聯斷路器，Ⅰ段第二時限跳本變壓器中壓側 110 kV 斷路器；零序過流一時限經延時跳主變三側斷路器；配置零序方向過流Ⅰ、Ⅱ段，均分為兩個時限，第一時限跳 110 kV 母聯斷路器，第二時限跳本變壓器中壓側 110 kV斷路器。各個繼電保護器相互配合，完成對主變及相鄰線路故障的保護。如圖 1 所示，Ⅰ#主變發生 CT 覆蓋范圍內故

障，即 GZ1 點故障，差動保護動作并零時限跳Ⅰ#主變三側斷路器，但此時高壓側斷路器Ⅰ-DL1失靈拒動，220 kV 進線仍然給Ⅰ#主變供電，差動不返回，失靈啟動開放母線保護裝置內的失靈保護，跳開 220 kV 母聯斷路器及所有與Ⅰ母相連的斷路器，故障點被切除。

雖然經過上述保護動作，切除了故障點，但由于高壓側斷路器拒動導致了故障范圍的擴大，跳開了與Ⅰ母相連的其他線路。

2 非典型性故障失靈保護動作分析

當故障點非為主變保護 CT 覆蓋范圍內時，高壓側斷路器失靈拒動則會帶來其他的影響并使故障擴大化。

（1） 故障發生在 CT 繞組間。出現此類故障時，由于主變兩套差動保護所采用的CT 繞組是互相交叉的，此類故障在差動保護的覆蓋范圍內，因此與上述典型失靈保護故障動作情況是一致的。

（2） 故障發生在 CT 和高壓側斷路器之間。當故障點在 CT 和高壓側斷路器之間時，如圖 1 所示的故障點 GZ2，屬于主變差動保護范圍之外，母線差動保護范圍之內，此時母差保護動作，跳開220 kV母聯斷路器和Ⅰ母上相連的所有出線斷路器。但此時由于高壓側斷路器拒動，則Ⅰ-DL1 不能跳開，系統進線通過Ⅱ#主變、Ⅱ-DL2、中壓側母聯斷路器、Ⅰ-DL2 構成回路向故障點注入短路電流，如圖中標注所示。這時如果短路電流達到 220 kV高后備動作電流，且不考慮投入方向，經 t1延時 （根據新孤變定值延時為 3.9 s）可跳開主變三側開關，切除故障。如果短路電流未達到高后備動作電流，此時Ⅱ#主變中壓側后備保護復壓過流可靠動作，經 t2延時 （根據新孤變定值延時為 3.3 s） 跳 110kV 母聯斷路器，將故障切除。無論上述哪種情況，雖然最終都能將故障切除，但兩臺主變均經過一定延時 （視 t1、t2大小而定） 的短路電流的沖擊，已經對主變造成了很大的損害，并且在故障切除后，也損失了一部分 110 kV的負荷。

（3） 故障點發生在Ⅰ母上。當故障發生在Ⅰ母上時，即為故障點 GZ3，此時扔屬于母差保護的范圍之內，其動作情況與上述第 2種情況基本一致。

3 失靈保護改進方案

為了完善失靈保護措施，防止故障擴大化，降低故障時對主變和相應線路的沖擊，可將失靈保護設定為：當主變高壓側斷路器失靈時，快速跳主變三側開關來有效地隔離故障。

主變本體重瓦斯保護、有載重瓦斯保護等非電量保護可啟動跳主變三側開關，將失靈保護動作節點和母差保護動作節點串接接入非電量啟動繼電器，如圖 2所示。當失靈保護啟動時，相應節點閉合，啟動繼電器，跳開主變三側開關。

4 方案實施

根據上述改進方案，對3座 220kV變電站的主變失靈保護進行了相應完善，改造情況如表1所示。

將各種故障分類，分析各種故障下跳主變三側斷路器的必要性，完善了主變高壓側斷路器失靈保護。改進方案是通過非電量出口繼電器來跳主變三側開關，解決了各種故障情況下，主變 220kV高壓側斷路器失靈拒動時，需要長時間才能切除故障的問題，降低了變壓器受故障電流沖擊的可能性，保證了電網安全、穩定運行。

5結束語

本文從開關典型失靈保護問題入手，分析非典型性故障失靈保護動作，對斷路器失靈保護的啟動回路提出了改進措施。通過實驗驗證了實施改進措施后，斷路器失靈保護動作邏輯正確。該站主變高壓側斷路器失靈保護運行情況良好，有效地保障了變電站的安全穩定運行，對于其它變電站斷路器失靈保護類似問題的解決，具有一定的參考價值。

參考文獻

[1] 賀春，李鑫.220 kV主變壓器高壓側斷路器失靈保護的若干問題分析[J].電力系統保護 與控制，2010，38（1）：17-19.

[2] GB/T 14285-2006，繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].

[3]高浩，張琳.淺談斷路器失靈保護原理及分析[J].科技視界，2013（33）：348.

[4]崔麗杰.斷路器失靈保護[J].科技與企業，2013（6）：317.