電力系統中110 kV 備自投閉鎖及聯切回路的應用

田恩勇 ，吳玉柱 ，張 霖，陳世丹，王 亮

（貴州電網有限責任公司貴陽供電局，貴州 貴陽 550081）

0 引 言

電力系統中，大部分用戶使用的電能都是通過10 kV 或35 kV 配網供應，因此需要保障電壓等級供電的可靠性。在某次110 kV 線路故障跳閘中，110 kV 變電站110 kV 側采用單母分段的內橋常規接線方式，備自投采用進線備自投方式。由于主供電源進線發生永久性故障，線路差動保護動作后加速跳閘，110 kV 變電站備自投依據動作邏輯發送一次跟跳主供進線電源斷路器命令，101 ms 后發送合備用電源進線命令，備用電源斷路器合于故障，備用進線差動保護9 ms 跳閘，因重合閘充電時間不足，無法重合，該站失壓。該站10 kV 側有風電小電源上網，而備自投動作后未聯切小電源進線斷路器，小電源通過10 kV 母線、主變壓器帶10 kV 負荷、35 kV 負荷及110 kV 母線運行，10 kV 上網孤網運行，功率缺額嚴重，3 min 后風電解網[1-2]。因此，對于通過低電壓等級小電網向高電壓等級電網送電的變電站，必須嚴格審查把關相關二次設備在實現保護或備自投動作中的聯切問題。基于此，文章分析研究運行中關于110 kV 備自投的有關聯切及閉鎖問題。

1 閉鎖邏輯分析與研究

在有小電源上網的變電站，主變壓器故障后主變壓器保護動作，母線故障母線保護動作，這兩種保護動作后需考慮閉鎖110 kV 備自投裝置，并完善回路以實現其功能。

1.1 主變保護動作閉鎖邏輯分析與研究

主變保護動作邏輯在內橋接線與外橋接線的不同接線情形下對于備自投的閉鎖邏輯存在一些區別，在進線備自投與橋備自投的不同備自投方式下也存在一些差別[3-5]。

1.1.1 橋備自投方式下的閉鎖分析與研究

內橋接線如圖1 所示。內橋接線情況下，橋備自投分析與研究主要內容如下。

圖1 內橋接線

如果在K1點發生故障，將由線路保護動作跳開斷路器DL1，從而隔離故障點，橋備自投滿足動作邏輯合上斷路器DL3，無須閉鎖備自投。

如果變壓器K2點發生故障，主變差動保護或非電量保護跳開斷路器DL1、斷路器DL7，若主變差動保護或非電量保護拒動，則由變壓器高后備保護出口。此時，I 母失壓，進線1 無流，且Ⅱ母有壓，滿足備自投啟動條件，如果此時備自投合上斷路器DL3，則進線2 將與故障點連接。保護動作跳開斷路器DL2，將會造成全站失壓，擴大停電范圍。因此，主變差動保護、非電量保護及高后備保護動作須閉鎖內橋備自投。如果故障點在低壓母線上的K3點時，主變低后備保護跳開斷路器DL6、斷路器DL7，此時主變高壓側及其母線仍有電壓，備自投不滿足啟動條件，不動作。如果低后備保護或斷路器DL7拒動，則由高后備保護動作，跳開斷路器DL1、斷路器DL7，此時#1 號主變壓器高壓側及其母線失壓，備自投滿足啟動條件，如果備自投動作合上斷路器DL3，則1 號主變空載運行，沒有實際意義。如果斷路器DL7拒動導致高后備動作，備自投啟動合上斷路器DL3，則進線2 與故障點K3連接，保護動作跳開斷路器DL1，將會造成全站失壓。因此，主變高后備保護動作應閉鎖橋備自投。

單母分段外橋接線如圖2所示。外橋接線情況下，橋備自投分析與研究主要內容如下。若K4點發生故障，將由線路保護動作跳開DL1，從而隔離故障點，橋備自投滿足動作邏輯合上斷路器DL3，無須閉鎖備自投。

圖2 單母分段外橋接線

若變壓器K5點發生故障，主變差動保護、非電量保護或高后備保護跳開斷路器DL4、斷路器DL7，隔離故障點，高壓側母線并未失壓，不滿足備自投啟動條件，無須閉鎖備自投。

若低壓側K6點發生故障，主變低后備保護跳開斷路器DL6、斷路器DL7，此時主變高壓側及其母線仍有電壓，備自投不滿足啟動條件，不動作。如果低后備保護或DL7拒動，則由高后備保護動作，跳開斷路器DL4、斷路器DL6、斷路器DL7，跳開斷路器DL4、斷路器DL7后，高壓側母線并未失壓，不滿足備自投啟動條件，無須閉鎖備自投。

在內橋與外橋不同的接線情形下，不同的故障點位置對橋備自投的閉鎖方式不同，能有效防止備自投合于故障設備上，減少二次沖擊，如表1 所示。

表1 不同接線方式下對橋備自投的閉鎖情況

1.1.2 進線備自投方式下的閉鎖分析與研究

由圖1 可知，內橋接線情況下，進線備自投分析與研究主要內容如下。

如果在K1點發生故障，將由線路保護動作跳開斷路器DL1，從而隔離故障點，進線備自投滿足動作邏輯合上斷路器DL2，無須閉鎖備自投。如果進線1保護或斷路器DL1拒動，那么將由進線1 對側線路保護跳閘切除對側斷路器隔離故障，此時由進線備自投跟跳一次斷路器DL1，如果斷路器DL1跳開，將進行合進線2 的斷路器DL2備自投邏輯。如果斷路器DL1仍然拒動，由于斷路器DL1位置為合閘位置，不滿足備自投檢主供進線斷路器位置分位且110 kV Ⅱ母線無壓及進線2 有壓的狀態之一，備自投不滿足動作條件，不動作，以此防止備自投合于永久性故障造成二次沖擊。

在變壓器K2點發生故障，主變差動保護或非電量保護跳開斷路器DL1、斷路器DL3、斷路器DL7。此時，I 母失壓，進線1 無流，且Ⅱ母有壓，但斷路器DL3位置分位，不滿足備自投啟動條件，備自投不啟動，無須閉鎖。若因差動保護、非電量保護、高后備保護拒動或斷路器斷路器DL3拒動時，由于斷路器DL3位置滿足合位狀態要求，備自投滿足啟動條件，動作合上斷路器DL2，此時將合于故障，2#主變后備保護動作，造成全站失壓。若斷路器DL7拒動時，進線備自投將通過另一臺主變與故障點K2連接，將通過另一臺主變后備保護跳閘，因此主變后備保護動作應閉鎖備自投。

如果在低壓母線上的K3點發生故障，主變低后備保護跳開斷路器DL6、斷路器DL7，此時主變高壓側及其母線仍有電壓，備自投不滿足啟動條件，不動作。

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如果低后備保護或DL7拒動，則由高后備保護動作，跳開斷路器DL1、斷路器DL3、斷路器DL7。此時主變高壓側及其母線失壓，但DL3位置分位，不滿足備自投啟動條件，不動作。如果斷路器DL6拒動導致2 號主變高后備保護或低后備保護動作，則進線1 通過#2 主變與故障點K3連接，2 號主變保護動作，造成低壓側失壓。同時，如果備自投動作，也會使進線2 通過2 號主變壓器與故障點K3連接，因此主變高后備保護動作應閉鎖進線備自投。

1.2 110 kV 母線保護動作閉鎖邏輯分析與研究

當母線保護動作時，說明母線上發生故障。在110 kV 變電站中采用內橋接線方式時，由于主變差動保護可以保護母線，通常不再配置母線保護。

而對于采用單母線分段的外橋接線方式時，由于母線都不在線路保護和母線保護的快速保護范圍中，此時通常需要配置母線保護。這種情況下當母線保護動作時，通常要跳開與母線有連接的各斷路器間隔。無論采用分段備自投方式還是采用進線備自投方式，當出斷路器位置問題滿足備自投動作條件時，備自投動作都會再次連接電網與故障點，形成二次沖擊。因此，需要閉鎖備自投。

2 聯切邏輯分析與研究

有小電源通過10 kV或35 kV母線上送至電網時，該變電站相應的保護設備動作，如果聯切回路考慮不周到，未切除應該切除的小電源斷路器，很容易形成孤網運行，導致重合閘或備自投動作不成功。

2.1 主變保護動作聯切分析與研究

主變保護動作時，通常屬于永久性故障，在將相應電壓等級的分段和主變低壓側斷路器切除后，其他負荷間隔斷路器仍然處于合閘狀態，如果不切除小電源系統間隔斷路器，小電源系統將帶被隔離的各間隔負荷繼續運行。此時，由于是孤網運行，很容易造成功率缺額或功率過剩，從而引起過頻或欠頻的情況，使發電機產生震蕩甚至損壞。

2.2 10 kV 或35 kV 小電阻動作聯切邏輯分析與研究

小電阻動作時，在切除低壓側斷路器DL6或斷路器DL7后，如果未考慮聯切小電源間隔，此時存在的問題與主變保護動作時的情形相似。

2.3 110 kV 主供線路保護動作聯切邏輯分析與研究

2.4 110 kV 母線保護動作聯切邏輯分析與研究

110 kV 母線保護動作時，將高壓側與母線連接的斷路器全部切除后，如果不切除小電源間隔斷路器，此時存在的問題與主變保護動作時的情形相似。

2.5 110 kV 備自投動作聯切邏輯分析與研究

110 kV 備自投動作需要聯切小電源系統間隔斷路器，主要是基于跳開主供進線斷路器后，由于系統頻率與小電源系統頻率不同步引起合備用進線斷路器合閘不成功，從而造成孤網運行。

如果在10 kV 裝設弧光保護和10 kV 母線保護，按保護設計邏輯小電源是要切除的間隔之一，此時不用考慮聯切的問題。對于主變保護、110 kV 母線保護、10 kV 或35 kV 小電阻保護、110 kV 主供線路保護及110 kV 備自投的動作，在有小電源通過10 kV 或35 kV 上網的變電站，如果在項目可行性研究、設計及施工階段都沒有考慮、審查或發現聯切小電源的隱患，使得存在缺陷的回路投入運行，那么就會造成相應問題。因此，在各個階段應針對實際的電網運行方式做好項目可行性研究、設計與審查，避免問題回路投入運行電網，確保聯切回路的實現。動作時需要聯切小電源間隔的保護如表2 所示。

3 結 論

電力系統中各種接線形式都有，因此針對不同的接線形式和網絡連接，在有小電源上網的變電站，對其配置的保護或安自設備在其功能實現中，應結合具體情況，完善對應的二次回路。對于會造成二次沖擊的合閘設備設置閉鎖回路、會造成孤網運行的小電源系統、會造成重合閘或備自投合閘不成功的應考慮切除。未來，主要研究小電源上網變電站備自投合閘是否考慮同期合閘的方式，主變保護差動、高壓側、中壓側及低壓側分體的保護裝置與主后一體的保護裝置之間，不同組合的主變保護在保護動作時對備自投閉鎖的差別和是否都要閉鎖的問題。