220kV變電站母線并列運行方式研究及應用

張帥 徐海龍 梁博

摘要：根據電網網架結構，結合不同電壓等級系統保護的不同配置，針對220 kV變電站母線并列運行方式，研究斷路器失靈后，其保護動作可靠性及停電范圍。通過數據對比，合理調整母線運行方式，從而達到提高電網供電穩定性、縮短故障處理時間及減少經濟損失的目的。

關鍵詞：變電站;母線;保護配置;斷路器;失靈保護

0 引言

隨著電網網架結構越來越復雜，大容量、長距離的交直流線路并列運行方式應用越來越廣泛，人們對電網穩定運行的要求也越來越高。電網出現連鎖故障是影響其穩定運行的重要因素。連鎖故障會給電網帶來很大的沖擊和破壞，造成設備損壞，甚至導致系統瓦解。而不同的母線運行方式，在發生故障時的連鎖故障現象也不同。本文通過研究不同電壓等級下母線并列運行過程中，其斷路器失靈引起的連鎖故障現象，來合理調整母線并列運行方式。

1 220 kV電壓等級斷路器失靈分析

1.1? ? 斷路器失靈原因及工作原理

當電力設備發生接地或相間短路故障時，保護裝置動作并發出跳閘命令，而故障設備的斷路器并未動作分閘時，稱之為斷路器失靈[1]。斷路器失靈的原因很多，如斷路器操作機構故障、斷路器跳閘線圈損壞、控制回路的直流電源消失等。

一般在220 kV及以上電壓等級系統設置斷路器失靈保護，其他電壓等級系統斷路器不配置失靈保護。

1.2? ? 斷路器失靈保護的基本組成

失靈保護由保護動作與電流判別構成的啟動回路、復合電壓閉鎖元件、時間元件及跳閘出口回路組成[1]，如圖1所示。

啟動回路包括啟動元件和判別元件，將兩個元件設計成“與”邏輯，實現雙重判別，以此來保證其運行安全、可靠。啟動元件通常利用保護裝置及操作箱可瞬時返回的出口跳閘繼電器接點，接點動作不返回表明斷路器失靈。有流判別元件通常采用相電流、零序電流的“有流”方式進行判別。

時間元件是為了保證各級保護正確動作的順序，采用雙母接線方式時，每條母線設一個具有兩段延時的時間元件，以較短時限跳母聯斷路器與分段斷路器，以較長時限跳其他相鄰斷路器。

復合電壓閉鎖元件由母線低電壓、負序電壓和零序電壓構成，任一電壓達到整定值則閉鎖元件開放動作[2]。采用復合電壓閉鎖是為了防止因誤碰或保護中單一元件異常而造成的失靈保護誤動作。

1.3? ? 斷路器失靈保護啟動回路

220 kV線路斷路器失靈保護的啟動回路如圖2所示。

220 kV線路斷路器的失靈啟動回路為通過線路主一或主二保護的保護動作接點及外部保護跳操作箱TJR接點，結合斷路器輔助保護的失靈電流判別，啟動失靈并開入母線失靈屏，失靈屏根據輸入的母線側刀閘輔助接點判別所接母線，再經母線復合電壓閉鎖。220 kV失靈保護的動作時間要求：以第一時限（0.25 s）切除母聯斷路器和分段斷路器，以第二時限（0.4 s）切除故障母線上剩余的所有斷路器。失靈動作邏輯如圖3所示[3]。

2 110 kV電壓等級斷路器失靈分析

當前電網220 kV變電站110 kV母線接線方式均采用雙母接線的標準設計方式，且220 kV母線、主變、110 kV母線均采用并列運行方式;站內有且僅有一臺主變高壓側及中壓側中性點地刀合上，其他設備間隔按運行方式分別掛在不同母線上。各類線路運行方式安排原則如下：

（1）雙回線路、同方向線路若開環運行，則此兩條110 kV線路不應掛在同一母線上;

（2）雙回線路、同方向線路若環網運行，則此兩條110 kV線路須掛在同一母線上。

現以雙回線路、同方向線路環網運行，但兩條110 kV線路掛在不同母線上為研究背景，當線路發生故障而斷路器拒動時，研究其各級保護動作、斷路器的狀態及其停電范圍。并列雙回線掛不同母線如圖4所示。

由圖4可知，110 kV B站由110 kV甲線、乙線同供，且110 kV甲線、乙線分別掛220 kV A站110 kV#1、#2母線。

當110 kV丙線發生故障，且110 kV丙線220 kV A站側開關失靈拒分時，110 kV線路不配置斷路器失靈保護，而故障點在母差保護范圍以外，因此故障只能由主變中后備保護動作切除故障，其第一時限（一般為0.9 s）斷開110 kV母聯1012開關，動作后各開關狀態如圖5所示。

由圖5可知，當主變中后備保護（第一時限）動作斷開110 kV母聯1012開關后，110 kV甲線、乙線分別掛220 kV A站110 kV

#1、#2母線，而110 kV B站110 kV母線可看成220 kV A站的另一個”母聯開關”，則110 kV甲線、乙線和110 kV B站110 kV母線構成完整回路。所以220 kV A站兩條110 kV母線上所有運行的主變都有故障電流流過，但是故障點為主變的區外故障，只能靠主變的中后備第二時限動作（一般為1.2 s），斷開220 kV A站所有的主變變中開關以隔離故障[4]，動作過后造成220 kV A站兩條110 kV母線全部失壓，擴大了電網停電范圍，主變中后備第二時限動作后各開關狀態如圖6所示。

3 結果對比分析

一般情況下，220 kV及以上電壓等級系統至少配有兩套相對獨立的保護裝置，保護拒動的概率非常小，而且還配備了斷路器失靈保護[5]，因此其運行穩定性較高。將220 kV線路斷路器及110 kV線路斷路器失靈情況進行對比，其結果如表1所示。

從表1對比數據中可以看出，220 kV及以上電壓等級系統所配置的保護，當出現斷路器失靈時，隔離故障時間少，停電范圍小，對系統的沖擊都偏小。因此，110 kV雙回或多回線路環網運行時，應按上述原則（2）調整運行方式。

4 結語

220 kV變電站母線運行方式的確定，要通過綜合分析，充分考慮可能發生的各種故障、現有的電網網架結構、正確評估事故事件等級、負荷恢復的難易、事故處理的難度等各種情況，才能確定母線運行的最優方式。

[參考文獻]

[1] 成云云，王玥婷.雙母線接線斷路器失靈保護的應用分析及優化[J].供用電，2011，28（3）：49-52.

[2] 鄧云書.斷路器失靈保護功能解析[J].云南電力技術，2016，44（Z1）：8-9.

[3] 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）：102-106.

[4] 鄭春生.220 kV變壓器高壓側斷路器失靈保護的改進[J].油氣田地面工程，2016，35（2）：59-60.

[5] 秦瑞兵.關于主變壓器 220 kV側斷路器失靈保護的探討[J].科技風，2017（24）：160.