不同高廠變接線方式的故障位置及改進方法探究

梁凱

（國家能源集團大渡河流域生產指揮中心，四川 成都 610000）

0 引言

大渡河流域生產指揮中心自2008年投產以來，截止目前所控電站已達8個，電站高廠變、機組、主變、開關站接線方式不盡相同，為集控運行帶來了難度，本文主要針對高廠變的不同接線方式進行論述，提出相應的故障處理原則與改進方法[1]。

流域電站高廠變接線方式共分兩種，分別為廠變開關配置在高低壓側和廠變開關配置在低壓側，不同接線方式下的高廠變保護配置、運行規定、動作結果有著很大區別。文章主要針對大渡河流域電站兩種類型的高廠變接線進行對比分析，提出改進措施，并對不同的保護動作情況做出相應的分析，確保運行人員能夠及時發現故障，進行有效的事故處理[2]。

1 高廠變開關配置在高低壓側

1.1 接線方式

此接線方式應用于龔嘴電站和銅街子電站，高廠變保護所用電流互感器裝設在廠變高壓側開關靠母線側，主保護為電流速斷保護。以銅街子電站為例，其接線方式見圖1左。

圖1 不同高廠變接線方式圖

1.2 保護運作情況

當流經電流互感器的電流達到動作定值，電流速斷保護動作切除故障，跳開DL4和DL5開關。保護整定值計算公式如下：

式中：為保護動作電流，單位安培；K為可靠系數； 為最大負荷電流，單位安培。

系統的運行方式分為最大運行方式和最小運行方式，在最小運行方式下，系統發生故障會產生最小的短路電流，此時電流速斷保護的范圍最小，最小短路電流計算公式如下：

式中： 為最小短路電流，單位安培；E為相電壓，單位伏特； 為系統最大阻抗，單位歐姆； 為短路點與電流互感器之間的最大阻抗，單位歐姆。

因此，當短路故障發生在高廠變低壓側繞組或出線附近時，在變壓器阻抗的影響下， 會非常小，則：

式中：為靈敏系數。

可以得出，當短路故障發生在高廠變低壓側繞組或出線處時，高廠變的電流速斷保護靈敏性會大幅降低，保護可能無法動作。此時，將由DL5開關的電流速斷保護動作跳開DL5開關，再通過聯跳保護壓板跳開DL4開關。

1.3 故障位置分析及處理原則

當高廠變電流速斷保護動作，DL4與DL5開關跳閘時，應立即安排人員首先檢查DL4開關與高廠變之間的導線以及高廠變高壓側繞組、套管等區域是否有短路故障，隔離故障點，并做好廠用電的監視與恢復工作。

當高廠變后備保護動作、DL5的斷路器保護動作，DL4與DL5開關跳閘時，應立即安排人員首先檢查DL5開關與高廠變之間的導線以及高廠變低壓側繞組、套管等區域是否有短路故障，隔離故障點，并做好廠用電的監視與恢復工作。

當高廠變電流速斷保護與機組、主變相關保護動作，DL1、DL2、DL3、DL4、DL5開關均跳閘時，應立即安排人員首先檢查DL4開關靠母線側附近的導線、刀閘是否有短路故障，隔離故障點，并做好廠用電的監視與恢復工作。

當檢查為保護誤動時，若為一套保護誤動，應立即恢復設備正常運行，并保持正常套保護啟用，故障套保護停用；若為兩套保護誤動，應立即安排人員檢查二次回路是否故障、定值是否有誤等，待檢查正常后，方可恢復其運行[3]。

1.4 改進方法

針對高廠變開關配置在高低壓側的接線方式，保護所用電流互感器安裝于高壓側開關靠變壓器側，主保護為電流速斷保護。根據前文的分析，當故障發生在高廠變低壓側繞組或出線處時，高廠變電流速斷保護的靈敏性會大幅降低導致其無法動作，那么此時的保護動作過程為：高廠變低壓側開關的斷路器保護動作跳開低壓側開關DL5，再通過低壓側開關聯跳高壓側開關壓板的作用，跳開高壓側開關DL4。這樣不僅增加了故障的持續時間，降低了設備的絕緣水平，縮短了設備的使用壽命，而且由于二次回路的增多，降低了保護動作的可靠性。

為避免以上情況的發生，可在高廠變低壓側的出線處增設一組電流互感器，并將高廠變主保護由電流速斷保護改為差動保護，確保高廠變本體或低壓側出線故障時保護可靠動作。

2 高廠變開關配置在低壓側

2.1 接線方式

此接線方式應用于大渡河公司集控電站中的另外6個電站，高廠變保護所用電流互感器裝設在高廠變兩側，主保護為差動保護。以大崗山電站為例，接線方式見圖1右。

2.2 保護運作情況

差動保護通過比較流過兩側電流互感器上的電流大小與方向，來區分區外故障或區內故障，區外故障保護不動作，區內故障保護動作跳開相應斷路器。

當正常運行或區外故障時，流過兩側電流互感器TA1、TA2一次側的電流值I1與I2大小不同、方向一致，根據減極性的接線原則，此時流過TA1、TA2二次側電流值I3與I4分別流入與流出差動繼電器。

此時，有以下公式成立：

式中：為流經差動繼電器的電流，單位安培；為流經TA1二次側的電流向量，單位安培；為流經TA2二次側的電流向量，單位安培；為差動保護動作電流值，單位安培。

因此，在正常運行或外部故障時，的值為電流互感器TA1、TA2二次側電流的差值，近似為零（不考慮兩側電流互感器的差異或外部故障而產生的不平衡電流），小于整定值，差動保護不會動作[4]。

當區內故障時，流過兩側電流互感器TA1、TA2一次側電流值I1與I2的大小、方向均不相同，根據減極性的接線原則，此時流過TA1、TA2二次側電流值I3與I4均流入差動繼電器。

此時，有以下公式成立：

因此在發生區內故障時，的值為電流互感器TA1、TA2二次側電流值的和，大于整定值，差動保護能夠可靠動作。

該接線方式的主保護為差動保護，在兩個電流互感器之間發生故障時能夠迅速隔離，相較于電流速斷保護，對高廠變本身及其出線處的故障具有極高的靈敏性，避免了因靈敏度不高而導致的主保護拒動情況，大大縮短了故障持續時間。

2.3 故障位置分析及處理原則

當高廠變差動保護動作，DL1、DL2、DL3、DL4開關均跳閘時，應立即安排人員檢查兩側電流互感器之間的導線以及高廠變繞組、套管、引出線有無故障。若有故障，立即隔離處理，并做好廠用設備的監視與恢復工作。

當高廠變后備保護動作，DL1、DL2、DL3、DL4開關均跳閘時，應立即安排人員檢查兩側電流互感器外的導線及設備附近是否有故障。若有故障，立即隔離處理，并做好廠用設備的監視與恢復工作。

當檢查為保護誤動時，若為一套保護誤動，應立即恢復設備正常運行，并保持正常套保護啟用，故障套保護停用；若為兩套保護誤動，應立即安排人員檢查二次回路是否故障、定值是否有誤等，待檢查正常后，方可恢復其運行[5]。

2.4 改進方法

針對高廠變開關配置在低壓側的接線方式，保護所用電流互感器安裝于高廠變兩側，主保護為差動保護。根據前文的分析，當在差動保護范圍內發生故障時，保護能夠可靠動作，及時切除故障點，但受高廠變開關安裝位置的影響，只要高廠變保護動作就會跳開DL1、DL2、DL3、DL4開關，導致主變與機組停運，擴大停電范圍，降低供電可靠性。針對以上情況，可在高廠變高壓側處再安裝一個斷路器，當故障發生在保護區內時，僅需跳開高低壓側開關即可隔離故障點，縮小停電范圍，保證電力系統的可靠運行。

3 結語

集控運行人員管理的電站繁多，其中高廠變是保證電站廠用電安全、機組主變穩定運行的重要設備，在故障發生后如何迅速發現故障、隔離故障、恢復送電，是運行人員必須掌握的技能。文章針對大渡河流域電站兩種不同類型的高廠變接線方式，通過對斷路器安裝位置、電流互感器安裝位置、保護配置、保護運作情況及故障處理原則的論述，為電站的安全可靠運行提供了解決思路及改進措施，具有一定的參考性及指導意義。