李津津

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，云南 昆明 650011)

110 kV線路變壓器組接線電廠繼電保護(hù)關(guān)鍵問(wèn)題探討

李津津

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，云南 昆明 650011)

分析了110 kV線路變壓器組接線電廠與常規(guī)接線廠站在繼電保護(hù)功能配置及二次回路設(shè)計(jì)存在的不同之處，對(duì)存在的關(guān)鍵問(wèn)題、注意事項(xiàng)進(jìn)行了梳理和總結(jié)，提出了幾種實(shí)用的方案，為繼電保護(hù)回路設(shè)計(jì)、施工調(diào)試、運(yùn)行整定提供了借鑒。

線變組；電廠；繼電保護(hù)；設(shè)計(jì)

0 引 言

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，地區(qū)電網(wǎng)不斷有電廠接入。為了節(jié)省投資，越來(lái)越多的電廠采用線路變壓器組的主接線方式。由于接線方式的特殊性，其保護(hù)功能配置與二次回路設(shè)計(jì)與常規(guī)接線的廠站也不盡相同[1- 3]，而這些不同之處往往成為設(shè)計(jì)、施工、整定工作中容易忽略的關(guān)鍵因素，稍不注意便有可能出錯(cuò)，甚至運(yùn)行中發(fā)生保護(hù)不正確動(dòng)作事件。

1 電廠接線方式與保護(hù)配置

1.1 一次接線方式

如圖1所示，某電廠110 kV并網(wǎng)線路僅通過(guò)1臺(tái)斷路器與110 kV主變壓器直接連接, 形成獨(dú)立的接線單元, 線路與主變壓器之間無(wú)110 kV 母線及110 kV 橋斷路器連接；10 kV側(cè)裝有1段母線，連接有發(fā)電機(jī)、TV等元件。電廠一次接線的特殊之處在于：110 kV線路與主變壓器共用1臺(tái)斷路器，且110 kV側(cè)僅有1組電壓互感器。

1.2 保護(hù)配置

110 kV并網(wǎng)線電廠側(cè)為電源點(diǎn)，故配置1套線路保護(hù)，為了利于保護(hù)整定配合，兼顧繼電保護(hù)的靈敏性與選擇性，除距離、零序(方向)及自動(dòng)重合閘外，線路保護(hù)還集成了光纖電流差動(dòng)功能，此外操作箱插件也配置在線路保護(hù)裝置中。主變壓器配置差動(dòng)、后備及非電量保護(hù)，均按分箱配置；主變壓器各側(cè)控制回路集成在同一臺(tái)操作箱裝置中，與保護(hù)獨(dú)立配置并組于同一面屏柜[4]。

圖1 某110 kV電廠一次主接線圖

2 電流二次回路問(wèn)題

2.1 TA配置及繞組分配問(wèn)題

由于電廠主變壓器與110 kV線路均配置了能快速切除故障的差動(dòng)保護(hù)，為充分發(fā)揮保護(hù)的性能，消除保護(hù)死區(qū)，主變壓器差動(dòng)保護(hù)與線路保護(hù)范圍應(yīng)盡量交叉[5]?？紤]到高壓側(cè)斷路器TA配置可能有1臺(tái)或2臺(tái)，應(yīng)分2種不同的方案進(jìn)行考慮。

2.1.1 方案1

如圖2(左)所示，高壓側(cè)斷路器僅線路側(cè)裝設(shè)1臺(tái)TA，主變壓器差動(dòng)保護(hù)與線路保護(hù)均取自該TA。為盡可能滿足主保護(hù)范圍交叉的原則，主變壓器差動(dòng)保護(hù)所用繞組1LH應(yīng)位于110 kV線路保護(hù)所用繞組2LH靠外側(cè)(線路側(cè))，在1LH與2LH繞組之間發(fā)生短路時(shí)，主變壓器差動(dòng)保護(hù)與110 kV線路保護(hù)將同時(shí)動(dòng)作，跳開主變壓器兩側(cè)斷路器與線路對(duì)側(cè)斷路器將故障快速切除。

圖2 高壓側(cè)TA繞組分配方案1

采用方案1時(shí)需要注意的事項(xiàng)如下：

1)由于高壓側(cè)斷路器僅有1臺(tái)TA，當(dāng)TA最靠近斷路器的繞組與斷路器之間發(fā)生短路時(shí)，對(duì)于線路保護(hù)屬于區(qū)外短路，主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開主變壓器兩側(cè)斷路器后，系統(tǒng)將繼續(xù)向故障點(diǎn)輸送短路電流，然后由110 kV線路對(duì)側(cè)Ⅱ段保護(hù)(如距離Ⅱ段、零序Ⅱ段)經(jīng)短延時(shí)動(dòng)作隔離故障：所以當(dāng)斷路器與TA之間短路時(shí)，故障無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速切除。220 kV及以上電壓等級(jí)的線變組可采用主變壓器保護(hù)出口時(shí)啟動(dòng)遠(yuǎn)跳的方法實(shí)現(xiàn)快切故障；110 kV及以下線路無(wú)快切要求，主變壓器保護(hù)動(dòng)作無(wú)需啟動(dòng)遠(yuǎn)跳。

2)當(dāng)斷路器TA在吊裝時(shí)造成了一次側(cè)反向(即P1、P2顛倒)，則1LH將位于2LH靠主變壓器側(cè)，若一、二次繞組均不作調(diào)整，將導(dǎo)致1LH 與2LH之間存在死區(qū)，如圖2(右)所示。故當(dāng)TA吊裝顛倒時(shí)，應(yīng)將1LH用于線路保護(hù)，2LH用于主變壓器差動(dòng)(此時(shí)二次側(cè)應(yīng)反向接線進(jìn)行方向糾正)，或?qū)A一次側(cè)倒轉(zhuǎn)方向后進(jìn)行重新吊裝，以解決TA一次側(cè)反向帶來(lái)的保護(hù)死區(qū)問(wèn)題。

2.1.2 方案2

如圖3所示，高壓側(cè)斷路器配置2臺(tái)TA，線路側(cè)、主變壓器側(cè)各1臺(tái)，主變壓器保護(hù)取靠線路側(cè)TA，線路保護(hù)取靠主變壓器側(cè)TA。此方案的好處在于，無(wú)論哪一側(cè)TA與斷路器之間(圖中的K1、K2點(diǎn))短路，或是任一側(cè)TA吊裝顛倒(二次側(cè)反向接線進(jìn)行方向糾正)，線路與主變壓器差動(dòng)保護(hù)均會(huì)同時(shí)動(dòng)作快速切除故障，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的保護(hù)范圍無(wú)死區(qū)。然而方案2的缺點(diǎn)在于多裝設(shè)了1臺(tái)TA，不利于節(jié)省投資。

2.2 電流極性、方向問(wèn)題

電流互感器一般按減極性原則設(shè)置，即一次側(cè)從P1流入，P2端流出，則二次側(cè)從S1端流出。通常TA一次繞組P1端位于靠出線側(cè)，P2端位于靠母線側(cè)，電流以流出母線為正方向[6]。然而線變組接線電廠110 kV側(cè)無(wú)母線，造成了該側(cè)TA一次P1、P2朝向該如何布置沒有明確的參照點(diǎn)。若TA二次側(cè)S1、S2朝向與一次側(cè)P1、P2朝向不對(duì)應(yīng)導(dǎo)致電流極性接反，將存在以下風(fēng)險(xiǎn)：1)110 kV線路區(qū)外故障時(shí)，線路差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)；110 kV線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)，線路距離保護(hù)、帶方向的零序保護(hù)拒動(dòng)；2)主變壓器區(qū)外故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)；主變壓器后備保護(hù)所指向的正方向故障時(shí)，后備保護(hù)拒動(dòng)；3)110 kV線路正方向故障時(shí)，故障錄波測(cè)距將錯(cuò)誤地認(rèn)為是區(qū)外故障，導(dǎo)致正向故障時(shí)無(wú)錄波測(cè)距信息；110 kV線路反方向故障時(shí)，故障錄波測(cè)距將錯(cuò)誤地認(rèn)為是區(qū)內(nèi)故障。

以上所述表明，合理、正確地設(shè)置TA二次繞組接線的方向?qū)τ诖_保保護(hù)正確動(dòng)作起到了極為關(guān)鍵的作用。僅以高壓側(cè)開關(guān)配置1組TA的情況為例，TA一、二次繞組布置有2種方案可供選擇。

2.2.1 方案1

如圖4所示，TA一次繞組P1位于線路側(cè)，P2位于主變壓器側(cè)。主變壓器差動(dòng)、后備保護(hù)以指向主變壓器為正，故二次側(cè)電流應(yīng)從S1端流出；線路保護(hù)、故障錄波以指向線路為正，故二次側(cè)電流應(yīng)從S2端流出。

圖4 TA極性設(shè)置方案1

2.2.2 方案2

如圖5所示，TA一次繞組P1位于主變壓器側(cè)，P2位于線路側(cè)。主變壓器差動(dòng)、后備保護(hù)二次電流從S2端流出；線路保護(hù)、故障錄波二次側(cè)電流從S1端流出。

圖5 TA極性設(shè)置方案2

需要特別說(shuō)明的是：1)主變壓器差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)的電流均應(yīng)以流入主變壓器為正，或均以流出主變壓器為正。但為了規(guī)范統(tǒng)一和避免出錯(cuò)，建議采用前者。2)主變壓器后備保護(hù)電流原則上亦可按照以流出主變壓器為正的顛倒布置，通過(guò)定值整定來(lái)明確保護(hù)的方向。但為了規(guī)范統(tǒng)一，防止整定人員因忽略此細(xì)節(jié)導(dǎo)致實(shí)際方向設(shè)置與定值單要求不一致，不建議采用此做法。

3 110 kV并網(wǎng)線重合閘問(wèn)題

3.1 重合閘方式選擇

為縮短線路故障后恢復(fù)送電的操作步驟和時(shí)間，110 kV并網(wǎng)線路的電廠側(cè)可考慮投入自動(dòng)重合閘。為防止非同期并列，110 kV并網(wǎng)線路系統(tǒng)側(cè)重合閘應(yīng)選擇檢線路無(wú)壓方式，電廠110 kV線路重合閘可考慮2種方式：檢同期方式和等待發(fā)電機(jī)解列后的檢無(wú)壓方式。由于升壓站無(wú)110 kV母線，故僅在110 kV線路側(cè)裝設(shè)了1組TV，無(wú)論重合閘采用檢同期或檢無(wú)壓方式，唯一的選擇是取10 kV母線某單相電壓或相間電壓作為抽取電壓Ux。

3.1.1 檢同期方式

電廠主變壓器為Y/△-11接線方式，即低壓側(cè)電壓超前高壓側(cè)電壓30°，如圖6所示。若在110 kV線路保護(hù)跳閘啟動(dòng)重合閘時(shí)直接進(jìn)行檢同期比較，將存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

1)線路跳閘后若發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)一次系統(tǒng)始終保持同期，則二次電壓將存在一定的角度差，最終將導(dǎo)致重合閘檢同期不成功而動(dòng)作失敗；

2)線路跳閘后若發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)一次系統(tǒng)始終不能保持同期但未解列，若在某一時(shí)刻低壓側(cè)一次電壓滯后高壓側(cè)一次電壓約30°時(shí)，二次電壓恰好能滿足同期條件，從而重合閘順利地“檢同期”成功而動(dòng)作，將可能帶來(lái)非同期并列的后果。

考慮到以上因素，在電壓同期比較時(shí)可在微機(jī)保護(hù)程序中對(duì)同期電壓Ux進(jìn)行-30°的轉(zhuǎn)角處理，使高壓側(cè)線路與低壓側(cè)母線一、二次電壓相位差始終相等。

圖6 同期電壓相角差與相位補(bǔ)償

3.1.2 檢無(wú)壓方式

110 kV線路跳閘，發(fā)電機(jī)解列后，若10 kV母線無(wú)壓，則主變壓器110 kV側(cè)必然也滿足無(wú)壓，故可采用判斷110 kV線路電壓滿足有壓條件且10 kV母線電壓Ux滿足無(wú)壓條件的方式重合。在此有一點(diǎn)需要特別注意，由于保護(hù)功能的需要，110 kV線路三相電壓接入線路保護(hù)裝置的“母線電壓”開入，裝置將110 kV線路電壓視為“母線電壓”，10 kV母線電壓視為“線路電壓”，故應(yīng)選擇“檢母線有壓線路無(wú)壓”方式而非“檢線路有壓母線無(wú)壓”方式。當(dāng)重合閘方式整定顛倒時(shí)，可能存在以下兩類問(wèn)題：

1)線路跳閘后發(fā)電機(jī)解列，若重合閘方式整定顛倒，將因“線路有壓”條件不滿足而無(wú)法動(dòng)作；

2)線路跳閘后發(fā)電機(jī)未解列，若重合閘方式整定顛倒，電廠側(cè)斷路器將先重合，從而線路有壓，110 kV并網(wǎng)線系統(tǒng)側(cè)將不滿足檢無(wú)壓條件而動(dòng)作失敗。若110 kV并網(wǎng)線為T接有用電負(fù)荷的公用線路，則將導(dǎo)致供電可靠性降低。

3.2 重合閘閉鎖回路設(shè)計(jì)

線變組接線的電廠，由于110 kV線路與主變壓器高壓側(cè)共用1臺(tái)斷路器，為防止主變壓器故障時(shí)“不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)重合閘”動(dòng)作而導(dǎo)致斷路器重合于永久故障，在二次回路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮主變壓器保護(hù)動(dòng)作時(shí)閉鎖110 kV并網(wǎng)線路重合閘。

3.2.1 直接閉重方式

對(duì)于操作箱無(wú)TJR永跳繼電器的110 kV線路保護(hù)，通常采取直接閉重的方式，即主變壓器主保護(hù)、后備保護(hù)及非電量保護(hù)出口接入保護(hù)跳閘回路，同時(shí)各開出1副接點(diǎn)并聯(lián)后接入110 kV線路保護(hù)閉鎖重合閘開入回路。

圖7 直接閉重方式

3.2.2 間接閉重方式

對(duì)于操作箱設(shè)有TJR永跳繼電器的110 kV線路保護(hù)，宜采取間接閉重的方式[6]，即主保護(hù)、后備保護(hù)及非電量保護(hù)出口并聯(lián)后直接接入110 kV線路保護(hù)操作箱TJR永跳回路，TJR繼電器的1副接點(diǎn)通過(guò)裝置內(nèi)部回路閉鎖線路保護(hù)重合閘。若出口接入主變壓器保護(hù)屏操作箱TJR回路，將無(wú)法直接達(dá)到閉鎖線路重合閘的效果，4套主變壓器保護(hù)裝置仍需各輸出第2副接點(diǎn)至線路保護(hù)閉重開入。

圖8 間接閉重方式

另有1種方案與方案2類似，同樣屬于間接閉重方式，不同是采用保護(hù)出口并聯(lián)后直接接入110 kV線路保護(hù)操作箱手跳回路，手跳啟動(dòng)時(shí)合后位置返回，即KKJ由1變?yōu)?，將線路保護(hù)重合閘閉鎖。此方案的不足之處在于，啟動(dòng)手跳繼電器時(shí)合后位置返回，高壓側(cè)斷路器的“事故總”信號(hào)接點(diǎn)將無(wú)法動(dòng)作，從而事故音響將不會(huì)啟動(dòng)，不利于運(yùn)行人員及時(shí)、警覺地發(fā)現(xiàn)事故[7]，故不推薦采用此方案。

顯然，使用間接閉重方式且使用線路保護(hù)操作箱的控制回路時(shí)，由于閉鎖重合閘通過(guò)裝置內(nèi)部回路實(shí)現(xiàn)，故可達(dá)到簡(jiǎn)化外部回路、節(jié)省二次電纜的目的。

4 110 kV斷路器控制回路問(wèn)題

由于110 kV線路與主變壓器高壓側(cè)共用1臺(tái)斷路器，且110 kV線路保護(hù)自帶操作插件，同時(shí)主變壓器保護(hù)屏配有1臺(tái)操作箱裝置，因此了高壓側(cè)控制回路可有兩種選擇：使用線路保護(hù)操作箱或主變壓器保護(hù)屏操作箱。

當(dāng)高壓側(cè)斷路器使用線路保護(hù)自帶操作箱的控制回路時(shí)，保護(hù)裝置可通過(guò)內(nèi)部回路監(jiān)視其自帶操作箱采集到的斷路器位置，當(dāng)HWJ=0且TWJ=0時(shí)認(rèn)為斷路器控制回路斷線并發(fā)告警信號(hào)。

當(dāng)高壓側(cè)斷路器使用主變壓器保護(hù)屏獨(dú)立操作箱的控制回路時(shí)，線路保護(hù)將無(wú)法監(jiān)視到斷路器的合位與跳位(直接滿足了HWJ=0且TWJ=0的條件)，為防止正常運(yùn)行時(shí)裝置將誤告警信號(hào)對(duì)運(yùn)行人員產(chǎn)生誤導(dǎo)，應(yīng)退出線路保護(hù)裝置的“控制回路斷線”告警功能。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜合以上分析可知，線變組接線的電廠盡管一次接線布置與繼電保護(hù)配置都較為簡(jiǎn)單，然而與常規(guī)接線的廠站相比，其特殊性也是顯而易見的。在保護(hù)設(shè)計(jì)、調(diào)試、整定等工作中應(yīng)對(duì)以上列舉的關(guān)鍵問(wèn)題引起重視，根據(jù)需求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的取舍，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)方案的最優(yōu)化。

[1] 劉文．淺析發(fā)電機(jī)-變壓器-線路組保護(hù)配置特點(diǎn)[J]．繼電器，2005，33(15)：18-20．

[2] 王晶晶．發(fā)電機(jī)-變壓器-線路組保護(hù)的配置特點(diǎn)及實(shí)例分析[J]．華北電力技術(shù)，2007，8：37-52．

[3] 鄭太一，馬麗紅，王建勛，等．終端線路變壓器組繼電保護(hù)配置及變壓器中性點(diǎn)接地方式研究[J]．吉林電力，2009，37(5)：5-7．

[4] Q/CSG110039-2012，南方電網(wǎng)繼電保護(hù)配置技術(shù)規(guī)范[S]．

[5] 國(guó)家電力調(diào)度通信中心．國(guó)家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[Z]．2009．

[6] 張鵬．淺談電流互感器二次繞組極性[J]．云南電力技術(shù)，2013，41(3)：61-63．

[7] 王媛婷，郭志彬．變電站調(diào)度事故總信號(hào)改進(jìn)方案[J]．電力與電工，2012，32(4)：86-88．

The differences between the power plant connected with 110 kV line-transformer group and the power plant with the conventional connection are analyzed in the function deployment of relay protection and the design of secondary circuit. The existing key problems and matters needing attention are summarized, and several practical solutions are proposed, which provides a reference for the design, construction and calculation of relay protection circuit.

line-transformer group; power plant; relay protection; design

TM773

A

1003-6954(2015)03-0042-04

2015-01-14)

李津津(1988)，主要從事電網(wǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算及運(yùn)行管理工作。