主變壓器斷路器失靈保護回路與延時定值關系分析

(國網四川省電力公司天府新區供電公司，四川 成都 610041)

0 引 言

當系統發生故障時，故障元件的保護動作但其斷路器操作機構失靈拒絕跳閘時，通過故障元件的保護，作用于同一變電站相鄰元件的斷路器使之跳閘的保護方式，就稱為斷路器失靈保護[1]。失靈保護的動作邏輯一般包含三個要素，即保護跳閘開入、斷路器電流、失靈延時定值，從而構成完整的失靈保護動作邏輯。這三個要素必須同時滿足并且符合現場實際的二次回路接線方式，方可保證失靈保護的正確動作。下面主要研究主變壓器斷路器失靈保護的回路構成與失靈延時定值之間的關系。

1 失靈保護回路與整定延時關系分析

針對主變壓器高壓側或中壓側為220 kV雙母線接線方式的主變壓器斷路器失靈保護回路進行研究，探討其與保護裝置相關失靈延時定值的關系。以500 kV變電站為例，其500kV系統采用3/2接線方式，220 kV系統多采用雙母線接線方式，主變壓器三側接線示意圖如圖1所示。

1.1 非六統一變壓器保護和母線保護配合判別失靈

變壓器保護配置有獨立的電量保護和非電量保護，其中變壓器非電量及輔助保護裝置可實現主變壓器中壓側斷路器的失靈判別及失靈聯跳主變壓器三側斷路器功能，如RCS-974FG。變壓器配置的電量保護本身不具備聯跳主變壓器三側斷路器的功能。

圖1 主變壓器三側接線

RCS-974FG與失靈延時相關的可整定定值見表1[2]。

表1 RCS-974FG失靈延時相關定值

220 kV母線保護配置分兩種情況：一種情況，母線保護專門為主變壓器支路提供了聯跳主變壓器其他各側斷路器的功能。主變壓器斷路器失靈由母線保護裝置判斷后，經一定延時出口聯跳主變壓器其他側斷路器，如RCS-915GC。另一種情況，母線保護不區分主變壓器和線路支路，母線保護動作提供失靈啟動接點，由其他裝置完成失靈判別聯跳主變壓器其他側斷路器，如RCS-915AS。

RCS-915GC、RCS-915AS與失靈延時相關的可整定定值見表2[3]、表3[4]。

表2 RCS-915GC失靈延時相關定值

根據現場保護實際配置情況，分析保護裝置之間的配合關系，明確失靈保護的回路及失靈延時定值的關系。

表3 RCS-915AS失靈延時相關定值

1.1.1 RCS-974FG與RCS-915GC配合

1)母線保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈

220 kV母線發生故障，母差保護動作跳開故障母線連接的所有斷路器，若此時故障母線連接的主變壓器中壓側斷路器失靈，則斷路器失靈保護應跳開主變壓器三側斷路器，隔離故障點。

現場二次回路的實現方式為：RCS-915GC母線保護動作，啟動內部的失靈判斷邏輯，并通過母線保護采集的主變壓器中壓側斷路器電流判據經“失靈保護2時限t2”(可整定)延時，通過聯跳回路開給RCS-974FG裝置的失靈聯跳開入；RCS-974FG收到失靈聯跳開入后，再次進入失靈啟動邏輯，通過其采集的主變壓器中壓側斷路器的電流判斷后經“失靈聯跳時限T2”(可整定)延時,失靈接點SLQD2閉合開給RCS-974非電量開入，通過非電量跳閘回路延時50 ms出口跳主變壓器三側斷路器。

可將上述過程簡化為圖2。

由圖2分析可知，若母線保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈時，斷路器失靈的判斷邏輯在RCS-915GC與RCS-974FG裝置均作判斷。從故障發生到RCS-974FG裝置聯跳主變壓器三側斷路器隔離故障的時間由四部分組成，如圖3所示。

母線保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈，聯跳主變壓器三側斷路器時間應可靠躲過主變壓器中壓側斷路器正常跳開時間Tn(母線保護動作出口10 ms+機構動作40 ms+裕度100 ms=155 ms)。因此針對類似情況，可得出如下結論：

t2+T2+60>Tn

(1)

式中：t2為RCS-915GC的可整定失靈保護2時限；

圖2 母線保護動作啟動主變壓器中壓側斷路器失靈跳主變壓器三側回路

圖3 母線保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈，聯跳主變壓器三側斷路器時間構成

T2為RCS-974FG的失靈聯跳時限；Tn為主變壓器中壓側斷路器正常跳開時間。

2)主變壓器保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈

主變壓器保護動作跳主變壓器中壓側斷路器，若斷路器失靈時，既需聯跳主變壓器三側斷路器，同時需跳開主變壓器中壓側斷路器所連接母線上的其他斷路器。

現場聯跳主變壓器三側斷路器二次回路為：當主變壓器電量保護動作跳主變壓器中壓側斷路器時，主變壓器電量保護開給母線保護主變壓器三相失靈和解除復壓閉鎖開入，啟動母線保護的失靈判別邏輯；母線保護根據所采集主變壓器中壓側斷路器電流進行判別后，經“失靈保護1時限t1” (可整定)跳母聯，經“失靈保護2時限t2(可整定)延時，通過聯跳回路開給RCS-974FG裝置的失靈聯跳開入；RCS-974FG收到失靈聯跳開入后，再次進入失靈啟動邏輯，通過其采集的主變壓器中壓側斷路器的電流判斷后，時經“失靈聯跳時限T2”(可整定)延時,失靈接點SLQD2閉合開給RCS-974非電量開入，通過非電量跳閘回路延時50 ms出口跳主變壓器三側斷路器。

可將上述過程簡化為圖4。

由圖4分析可知，當主變壓器中后備保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈時，斷路器失靈的判斷邏輯在RCS-915GC和RCS-974FG內均作判斷。從故障發生到母線保護跳開連接母線上所有斷路器的時間由兩部分組成，而從故障發生到RCS-974FG裝置聯跳主變壓器三側的時間由4部分組成，如圖5所示。

主變壓器電量保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈，跳同一母線相鄰斷路器和聯跳主變壓器三側斷路器時間需可靠躲過主變壓器中壓側斷路器正常跳開時間Tn。因此針對類似情況，可得出如下結論：

t2+10>Tn
t2=T2+60>Tn

(2)

3)結論

結合式(1)和式(2)所得結論及繼電保護整定計算技術規范[5]，建議將RCS-915GC的失靈保護2時限t2整定為0.3 s，RCS-974的失靈聯跳時限T2整定為0.01 s。若RCS-915GC的失靈保護2時限t2整定過短，無法躲過斷路器正常跳開時間可能導致誤動，擴大事故范圍。若RCS-974的失靈聯跳時限T2整定時間過長，可能造成失靈保護無法及時動作，影響系統的穩定運行。

1.1.2 RCS-974FG與RCS-915AS配合

1)母線保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈

現場二次回路的實現方式為：RCS-915AS母線保護動作，啟動主變壓器中壓側斷路器失靈接點TJ經10 ms延時閉合，通過失靈啟動回路將中壓側斷路器失靈開入給RCS-974FG裝置的失靈聯跳開入；RCS-974FG收到失靈聯跳開入后，進入失靈啟動邏輯，通過其采集的主變壓器中壓側斷路器的電流判斷經“失靈聯跳時限T2”(可整定),失靈接點SLQD2閉合開給RCS-974非電量開入，通過非電量跳閘回路延時50 ms出口跳主變壓器三側斷路器。

可將上述過程簡化為圖6。

圖4 主變壓器保護動作跳中壓側斷路器并啟動失靈跳相鄰開關

圖5 主變壓器保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈，聯跳同一母線相鄰斷路器及主變壓器三側斷路器時間構成

圖6 母線保護動作啟動主變壓器中壓側斷路器失靈跳主變壓器三側回路

由圖6分析可知，若母線保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈時，斷路器失靈的判斷邏輯在RCS-974FG裝置內完成。從故障發生到RCS-974FG裝置聯跳主變壓器三側斷路器的時間由3部分組成，如圖7所示。

母線保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈，聯跳主變壓器三側斷路器時間需可靠躲過主變壓器中壓側斷路器正常跳開時間Tn。因此針對類似情況，可得出如下結論：

圖7 母線保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈，聯跳主變壓器三側斷路器時間構成

T2+60>Tn

(3)

2)主變壓器保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈

現場聯跳主變壓器三側斷路器二次回路為：當主變壓器電量保護動作跳主變壓器中壓側斷路器時，主變壓器電量保護開給RCS-974FG“變壓器保護跳閘起動失靈”；RCS-974FG收到開入后，進入失靈啟動邏輯，通過其采集的主變壓器中壓側斷路器的電流判斷經“失靈聯跳時限T2”(可整定),失靈接點SLQD1閉合開給RCS-974非電量開入，通過非電量跳閘回路延時50 ms出口跳主變壓器三側斷路器。

現場跳主變壓器中壓側斷路器所連接母線上的其他斷路器二次回路為：當主變壓器電量保護動作跳中壓側斷路器時，主變壓器電量保護開給母線保護解除復壓閉鎖開入，同時開給RCS-974FG“變壓器保護跳閘起動失靈”；此時RCS-974FG收到失靈聯跳開入后，進入失靈啟動邏輯，由本裝置所采集到的主變壓器中壓側斷路器電流判斷經“失靈時限T1”(可整定),將失靈開給220 kV母線保護；當母線保護的失靈保護檢測到此開入時，根據其采集到的主變壓器中壓側斷路器電流判斷，經過失靈保護電壓閉鎖起動失靈保護；失靈保護經跟跳延時Tgt(可整定)再次動作于該線路斷路器，經跳母聯延時Tml(可整定)動作于母聯，經失靈保護動作延時Tsl(可整定)切除該元件所在母線的各個連接元件。

可將上述過程簡化為圖8。

由圖8分析可知，當主變壓器中后備保護動作跳主變中壓側斷路器失靈時，斷路器失靈的判斷邏輯在RCS-974FG和RCS-915AS內均做判斷。從故障發生到母線保護跳開連接母線上所有斷路器的時間和到RCS-974FG裝置聯跳主變壓器三側的時間均由3部分組成，如圖9所示。

圖8 主變壓器保護動作跳中壓側斷路器并啟動失靈跳相鄰開關

圖9 主變壓器保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈，聯跳同一母線相鄰斷路器及主變壓器三側斷路器時間構成

主變壓器電量保護動作跳主變壓器中壓側斷路器失靈，跳同一母線相鄰斷路器和聯跳主變壓器三側斷路器時間需可靠躲過主變壓器中壓側斷路器正常跳開時間Tn。因此針對類似情況，可得出如下結論：

T2+60>Tn

T1+Ts1+10>Tn

(4)

式中：T1為RCS-974FG的失靈時限；Ts1為RCS-915AS的失靈保護動作時間。

3)結論

結合式(3)和式(4)所得結論及繼電保護整定計算技術規范[5]，建議將RCS-974的失靈時限T1整定為0.01 s，失靈聯跳時限T2整定為0.3 s。若失靈聯跳時限整定過短可能造成保護誤動而擴大事故范圍。由于RCS-915AS母線保護的失靈保護動作時間Ts1為母線保護裝置失靈保護的公共定值，需兼顧連接母線的所有間隔，一般整定為0.3 s。

1.2 六統一主變壓器保護和母線保護配合

按照國家電網公司六統一的要求，母線保護具備區分主變壓器支路和線路支路功能，可判失靈并啟動主變壓器聯跳。

主變壓器中壓側斷路器失靈由母線保護來判斷，有兩種情況可以啟動母線保護判主變壓器中壓側開關失靈：一是母差保護動作；二是主變壓器電量保護動作，開給母差保護啟動失靈和解除復壓閉鎖。變壓器支路失靈保護動作，經失靈短延時跳開母聯開關，長延時跳開相應母線，同時啟動變壓器支路跳三側功能。其邏輯框圖如圖10所示。

母線保護專門提供變壓器失靈跳三側啟動接點，直接開給變壓器保護中壓側失靈聯跳開入，由變壓器保護完成跳主變壓器三側斷路器功能。變壓器中壓側斷路器失靈保護動作開入后，應經靈敏的、不

圖10 六統一母線保護斷路器失靈保護邏輯圖

需整定的電流元件并帶50 ms延時后跳變壓器各側斷路器[6]。其邏輯框圖如圖11所示。

圖11 六統一變壓器保護失靈聯跳邏輯圖

六統一主變壓器保護和母線保護之間配合判斷主變壓器中壓側斷路器失靈回路變得相對簡單。主變壓器電量保護中不存在可整定的失靈延時，而母線保護涉及失靈延時的僅有兩個定值，即失靈出口短延時和長延時，如圖10所示。

2 結 語

失靈保護是高壓電網中一種近后備保護，對電網的故障隔離和穩定運行有非常重要的作用。但是因接線方式、保護配置等不同，失靈保護的實現方式存在較大差異。前面介紹了主變壓器斷路器失靈保護在實際工程中的三種實現方式，即：由變壓器非電量及輔助保護裝置單獨實現；由變壓器非電量及輔助保護裝置與母線保護裝置配合實現；以及由母線保護裝置單獨實現。具體的實現方式要根據工程中所配置的保護裝置類型以及二次回路的接線決定。失靈保護的整定計算需建立在充分了解二次回路及保護裝置原理的基礎上，否則可能因誤整定造成繼電保護誤動或拒動。

[1] 王梅義. 高壓電網繼電保護運行與設計[M].北京：中國電力出版社，2007：139-140.

[2] 南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-974FG型變壓器非電量及輔助保護裝置技術說明書[Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司.

[3] 南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-915GC型母線保護裝置技術說明書[Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司.

[4] 南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-915AS型母線保護裝置技術說明書[Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司.

[5] 國家電網公司.國家電網繼電保護整定計算技術規范：Q/GDW 422-2010[S].北京：中國電力出版社，2010.

[6] 國家電網公司.變壓器、高壓并聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規范：Q/GDW 1175-2013 [S].北京：中國電力出版社，2013.