(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

近年來(lái)，隨著負(fù)荷密度增大，部分220 kV變電站深入負(fù)荷中心，演變成為終端站。為節(jié)省投資，220 kV電氣部分采用內(nèi)橋接線。由于內(nèi)橋主接線220 kV母差保護(hù)被取消，220 kV開(kāi)關(guān)失去失靈保護(hù)。

失去失靈保護(hù)帶來(lái)的問(wèn)題已逐漸引起工程技術(shù)人員的重視。文獻(xiàn)[1]討論了220 kV內(nèi)橋接線變電站保護(hù)基本配置，但只簡(jiǎn)要分析了合環(huán)運(yùn)行方式下橋開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)配置，未對(duì)橋開(kāi)關(guān)失靈的危害進(jìn)行分析，對(duì)進(jìn)線開(kāi)關(guān)失靈情況并未提及，且其失靈保護(hù)的配置已不能夠適應(yīng)當(dāng)前電網(wǎng)的要求。文獻(xiàn)[2]提及了220 kV內(nèi)橋變電站開(kāi)關(guān)失靈時(shí)可能對(duì)主變壓器造成的危害，并據(jù)此提出了失靈保護(hù)配置方案，但筆者認(rèn)為對(duì)開(kāi)關(guān)失靈的危害分析不夠全面，尤其是對(duì)失靈保護(hù)的邏輯分析不夠。根據(jù)保護(hù)整定規(guī)程的調(diào)整和“六統(tǒng)一”的要求，應(yīng)重新梳理開(kāi)關(guān)失靈危害，并有針對(duì)性地提出解決方案。

1 保護(hù)配置與運(yùn)行方式

圖1為一個(gè)220 kV內(nèi)橋變電站與系統(tǒng)接線示意圖。1DL為進(jìn)線1開(kāi)關(guān)，2DL為進(jìn)線2開(kāi)關(guān)，3DL為橋開(kāi)關(guān)。R1、R2、R3、R4為安裝于對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)處的保護(hù)。保護(hù)配置通常為：線路全線速動(dòng)主保護(hù)、相間距離Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段、接地距離Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段、零序Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段。主變壓器保護(hù)通常包括差動(dòng)保護(hù)、高后備、中后備、低后備保護(hù)。

運(yùn)行方式有4種。方式1：3DL分位，1DL、2DL合位，220 kV側(cè)開(kāi)環(huán)運(yùn)行，220 kV投分段備自投；方式2：1DL、2DL、3DL均合位，通過(guò)3DL轉(zhuǎn)供負(fù)荷；方式3：1DL分位，2DL、3DL合位，進(jìn)線2帶全站運(yùn)行；方式4：2DL分位，1DL、3DL合位，進(jìn)線1帶全站運(yùn)行。主接線采用內(nèi)橋或擴(kuò)大內(nèi)橋接線形式的變電站在系統(tǒng)中一般為終端變電站，除特殊運(yùn)行方式外，一般要開(kāi)環(huán)運(yùn)行[3]。

圖1 系統(tǒng)接線圖

2 開(kāi)關(guān)失靈的危害

2.1 失靈致主變壓器熱穩(wěn)定破壞

變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備，設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行各環(huán)節(jié)都應(yīng)注意其安全性。

假設(shè)主變壓器中壓側(cè)套管處K1發(fā)生相間故障，此時(shí)主變壓器承受非常大的事故過(guò)電流。區(qū)內(nèi)故障，主變壓器差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作于跳主變壓器三側(cè)開(kāi)關(guān)。如果橋開(kāi)關(guān)3DL和主變壓器中、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)正確跳開(kāi)，進(jìn)線開(kāi)關(guān)1DL失靈拒動(dòng)，主變壓器后備保護(hù)動(dòng)作也不能使其脫離故障，只有通過(guò)安裝于進(jìn)線1對(duì)側(cè)A站保護(hù)R1的后備保護(hù)動(dòng)作隔離故障。如果發(fā)生失靈拒動(dòng)的是橋開(kāi)關(guān)3DL，則只有通過(guò)進(jìn)線2對(duì)側(cè)B站保護(hù)R2的后備保護(hù)動(dòng)作隔離故障。因后備保護(hù)帶延時(shí)動(dòng)作，所以變壓器必然要承受一定時(shí)間段內(nèi)的事故過(guò)電流，在此時(shí)間段內(nèi)變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩(wěn)定性。對(duì)稱短路電流i的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)使用部門(mén)未提出其他要求時(shí)，用于計(jì)算承受短路耐熱能力的電流i的持續(xù)時(shí)間為2 s[4]。

根據(jù)繼電保護(hù)整定配合原則，保護(hù)R1、R2距離Ⅰ段按本線路全長(zhǎng)之70%～80%整定，距離Ⅱ段按確保線路末端發(fā)生金屬性故障有足夠靈敏度整定，保護(hù)范圍不伸出變壓器中壓側(cè)，距離Ⅲ段按躲線路最大事故過(guò)負(fù)荷電流并確保本線路末故障有足夠靈敏度整定，力爭(zhēng)作為相鄰線路和變壓器的后備保護(hù)。因此，距離Ⅰ段、距離Ⅱ段都不會(huì)動(dòng)作，只能等到距離Ⅲ段動(dòng)作。各地距離Ⅲ段的時(shí)間定值整定原則基本相似，四川電網(wǎng)繼電保護(hù)整定方案要求全網(wǎng)220 kV線路后備保護(hù)相間和接地距離Ⅲ段按統(tǒng)一時(shí)限整定，相間距離Ⅲ段時(shí)間取5.5 s。

顯然，主變壓器是不能經(jīng)受如此長(zhǎng)時(shí)間事故過(guò)電流。不僅會(huì)引起變壓器繞組過(guò)熱，還可能造成動(dòng)穩(wěn)定破壞，誘發(fā)嚴(yán)重的內(nèi)部故障。

2.2 失靈致全站失壓

變電站全站失壓是非常嚴(yán)重的事故。全站失壓是指在電力系統(tǒng)因故障而導(dǎo)致變電站各電壓等級(jí)母線電壓為零。全站失壓不僅可能引起全站一、二次系統(tǒng)崩潰，對(duì)外大面積停電，甚至引發(fā)電網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題，因此應(yīng)極力避免全站失壓發(fā)生。

假設(shè)內(nèi)橋變電站運(yùn)行方式為方式2：1DL、2DL、3DL均合位，220 kV側(cè)合環(huán)運(yùn)行，進(jìn)線1和進(jìn)線2為聯(lián)絡(luò)線，通過(guò)3DL轉(zhuǎn)供負(fù)荷。

如果進(jìn)線1縱聯(lián)主保護(hù)范圍內(nèi)K2點(diǎn)故障，進(jìn)線1縱聯(lián)主保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)線1對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)而1DL失靈拒動(dòng)。此時(shí)進(jìn)線2將持續(xù)通過(guò)3DL向故障點(diǎn)K2注入故障電流，直到進(jìn)線2對(duì)側(cè)R2處后備保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)所在開(kāi)關(guān)隔離故障點(diǎn)。由于進(jìn)線1和進(jìn)線2都已跳開(kāi)失電，內(nèi)橋站220 kV母線均失壓。作為終端站的高壓側(cè)母線均失壓，此時(shí)110 kV母線、10 kV母線隨即失壓，變電站外部的故障導(dǎo)致本站全站失壓事故。另外因?yàn)槁?lián)絡(luò)線被斷開(kāi)，導(dǎo)致局部功率失去平衡，可能發(fā)生局部過(guò)負(fù)荷或低電壓等異常狀態(tài)。

需要指出，主變壓器后備保護(hù)可能并不會(huì)先于B站R2后備保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)3DL將故障點(diǎn)隔離開(kāi)來(lái)。因?yàn)樽鳛槌鞘须娋W(wǎng)終端變電站，主變壓器110 kV與10 kV側(cè)通常沒(méi)有小電源點(diǎn)，主變壓器高后備保護(hù)電流回路來(lái)自套管TA，雖然整定要求高壓側(cè)后備保護(hù)方向指向系統(tǒng)，但系統(tǒng)側(cè)故障時(shí)，若中、低壓測(cè)母聯(lián)開(kāi)關(guān)分裂運(yùn)行，并無(wú)故障電流通過(guò)主變壓器高壓側(cè)套管流向故障點(diǎn)，所以主變壓器高后備不會(huì)動(dòng)作跳開(kāi)3DL將故障點(diǎn)隔離。即使110 kV或10 kV分段(母聯(lián))開(kāi)關(guān)合位運(yùn)行(為增大短路阻抗通常處于分位)，故障電流通過(guò)主變壓器阻抗支路分流，后備保護(hù)也可能因?yàn)殪`敏度不足而不動(dòng)作。

2.3 失靈致越級(jí)跳閘

盡管變壓器各側(cè)短路電流大于熱穩(wěn)定電流時(shí)，各側(cè)設(shè)有不大于2 s的不經(jīng)任何閉鎖的過(guò)流保護(hù)，該保護(hù)作用于延時(shí)跳開(kāi)變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān)。但是當(dāng)主變壓器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)失靈時(shí)，仍不得不由相鄰線路對(duì)側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作隔離故障點(diǎn)。由于500 kV、220 kV線路保護(hù)配置較為完善，主保護(hù)均采用雙重化配置，所以后備保護(hù)按與主保護(hù)配合的原則整定，相鄰線路的后備保護(hù)之間不完全配合。就圖1舉例而言，當(dāng)內(nèi)橋站220 kV母線故障而1DL失靈時(shí)，A站R1后備Ⅱ段可能動(dòng)作、C站R3后備Ⅱ段也可能越級(jí)動(dòng)作，R1和R3后備Ⅱ段也可能存在“接點(diǎn)競(jìng)賽”的情況而同時(shí)動(dòng)作。同理，如果發(fā)生的是2DL失靈，B站R2與D站R4后備保護(hù)也存在類(lèi)似的動(dòng)作關(guān)系。尤其是零序保護(hù)只作為高阻接地的后備保護(hù)，在系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，其保護(hù)范圍也不穩(wěn)定，越級(jí)跳閘導(dǎo)致停電范圍擴(kuò)大，已有類(lèi)似事故案例發(fā)生。

3 失靈解決方案

鑒于內(nèi)橋接線變電站一次設(shè)備并無(wú)安裝母差保護(hù)的設(shè)備條件，而開(kāi)關(guān)失靈又可能帶來(lái)嚴(yán)重危害，故應(yīng)對(duì)220 kV開(kāi)關(guān)按開(kāi)關(guān)配置獨(dú)立的失靈保護(hù)裝置。

3.1 進(jìn)線開(kāi)關(guān)失靈解決方案

以進(jìn)線1開(kāi)關(guān)1DL為例進(jìn)行說(shuō)明，2DL與之類(lèi)似。在1DL處配置一套斷路器失靈保護(hù)裝置。TA電流取自1DL開(kāi)關(guān)電流互感器，即進(jìn)線1線路TA繞組，若電流互感器保護(hù)級(jí)繞組不足，則可串接于故障錄波電流回路之后。線路保護(hù)各分相跳閘接點(diǎn)應(yīng)按相接入失靈保護(hù)裝置，如果220 kV進(jìn)線備自投裝置配有合閘于故障后加速保護(hù)，則保護(hù)動(dòng)作跳1DL接點(diǎn)應(yīng)和主變壓器電氣量保護(hù)跳閘接點(diǎn)并聯(lián)接入失靈保護(hù)裝置發(fā)變?nèi)_(kāi)入。

1DL失靈保護(hù)動(dòng)作后，以第一時(shí)限跳1DL，第二時(shí)限跳橋開(kāi)關(guān)3DL和本主變壓器中、低壓側(cè)總路開(kāi)關(guān)，跳閘出口回路均接開(kāi)關(guān)操作箱TJR繼電器。進(jìn)線1區(qū)外故障而1DL失靈時(shí)，需要遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)。線路保護(hù)采用光纖電流差動(dòng)保護(hù)時(shí)，可將1DL開(kāi)關(guān)操作箱TJR接點(diǎn)接入線路保護(hù)裝置遠(yuǎn)跳開(kāi)入，通過(guò)線路保護(hù)發(fā)遠(yuǎn)跳命令跳開(kāi)對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)；在采用允許式縱聯(lián)保護(hù)時(shí)，通過(guò)TJR接點(diǎn)向?qū)?cè)發(fā)允許命令使對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘；采用閉鎖式保護(hù)時(shí)，通過(guò)TJR接點(diǎn)停信使對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘。

3.2 內(nèi)橋開(kāi)關(guān)失靈解決方案

內(nèi)橋開(kāi)關(guān)3DL配置一套斷路器失靈保護(hù)裝置，電流回路引自橋開(kāi)關(guān)電流互感器。因內(nèi)橋開(kāi)關(guān)多為三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)，涉及跳橋開(kāi)關(guān)的保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)均接入失靈保護(hù)裝置發(fā)變?nèi)鴨?dòng)失靈。如果220 kV分段備自投裝置配有合閘于故障后加速保護(hù)，則保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)同樣接入3DL失靈保護(hù)裝置發(fā)變?nèi)鴨?dòng)失靈。失靈保護(hù)動(dòng)作后，第一時(shí)限跳橋開(kāi)關(guān)，第二時(shí)限跳1DL、2DL，跳閘出口均接相應(yīng)開(kāi)關(guān)操作箱TJR繼電器。

需要指出，如果失靈保護(hù)動(dòng)作后需要閉鎖備自投裝置，應(yīng)增設(shè)相應(yīng)的二次回路。

3.3 失靈邏輯

RCS-921A斷路器失靈保護(hù)邏輯已經(jīng)比較完善，只需將其做部分修改以適應(yīng)內(nèi)橋變電站主接線的情況，圖2為失靈邏輯圖。邏輯圖中“失靈電流高定值動(dòng)作”表示 A、B、C 三相任一相失靈電流大于失靈高電流定值，“失靈電流低定值動(dòng)作”則表示 A、B、C 三相任一相失靈電流大于失靈低電流定值，“零序電流滿足”表示三倍零序電流大于失靈零序電流定值。

內(nèi)橋開(kāi)關(guān)適用發(fā)變?nèi)ъ`邏輯，進(jìn)線開(kāi)關(guān)失靈則包括故障相失靈、非故障相失靈、發(fā)變?nèi)ъ`3個(gè)邏輯。對(duì)于含有重合閘功能的線路保護(hù)，取消線路三相跳閘命令[5]，因此應(yīng)取消線路三跳啟動(dòng)失靈邏輯。

應(yīng)根據(jù)TV的安裝位置，具體考慮是將電壓回路接入裝置。發(fā)變?nèi)饎?dòng)失靈的低功率輔助判據(jù)必須同時(shí)滿足過(guò)流及低功率因數(shù)，任一相電壓低于30%額定相電壓時(shí)，退出該相低功率因數(shù)判據(jù)。

圖2 失靈邏輯圖

失靈動(dòng)作經(jīng)失靈跳本開(kāi)關(guān)時(shí)間(第一時(shí)限)延時(shí)跳本開(kāi)關(guān)，以失靈跳相鄰開(kāi)關(guān)時(shí)間(第二時(shí)限)延時(shí)跳相鄰開(kāi)關(guān)。

4 結(jié) 論

在220 kV內(nèi)橋接線作為終端變電站考慮時(shí)，繼電保護(hù)配置方面，不再配置220 kV母差保護(hù)。為了避免開(kāi)關(guān)失靈時(shí)可能帶來(lái)主變壓器熱穩(wěn)定性破壞、變電站全站失壓、保護(hù)越級(jí)跳閘等問(wèn)題，應(yīng)按開(kāi)關(guān)配置失靈保護(hù)。失靈保護(hù)的邏輯包括故障相失靈、非故障相失靈、發(fā)變?nèi)ъ`3種情形。進(jìn)線開(kāi)關(guān)失靈邏輯包括以上3種情況，而橋開(kāi)關(guān)失靈邏輯只包括發(fā)變?nèi)ъ`，根據(jù)線路保護(hù)“六統(tǒng)一”規(guī)范，摒棄線路三跳啟動(dòng)失靈邏輯。另外如果開(kāi)關(guān)失靈裝置不引入電壓回路，則不啟用失靈低功率因數(shù)判據(jù)。

[1] 金樂(lè)敏,何雪峰.高壓輸電線路內(nèi)橋接線方式的保護(hù)配置分析及方案[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,1997(12):48-50.

[2] 韓柳,談順濤.220 kV終端變電所的220 kV繼電保護(hù)配置方案探討[J].繼電器，2005(11)：74-76.

[3] 曹琥,汪若慧.220 kV變電站避免保護(hù)死區(qū)設(shè)計(jì)方案探討[J].云南電力技術(shù)，2007(4)：29-30.

[4] GB 1094.5-85,電力變壓器[S].

[5] Q/GDW 161-2007,線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范[S].