王寅，李森茂，張鵬，盛曉文，董尚陽

（國(guó)網(wǎng)駐馬店供電公司，河南駐馬店，463000）

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220kV電網(wǎng)保護(hù)死區(qū)動(dòng)作分析與改進(jìn)

王寅，李森茂，張鵬，盛曉文，董尚陽

（國(guó)網(wǎng)駐馬店供電公司，河南駐馬店，463000）

摘要：隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)愈來愈復(fù)雜，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行越來越重要。電網(wǎng)保護(hù)死區(qū)故障時(shí)由后備保護(hù)動(dòng)作，隔離故障點(diǎn)時(shí)間長(zhǎng)，不利于電網(wǎng)安全。本文分析了地區(qū)電網(wǎng)220kV變電站高壓側(cè)幾種常見的保護(hù)死區(qū)故障及邏輯問題，結(jié)合現(xiàn)有電網(wǎng)典型保護(hù)死區(qū)的繼電保護(hù)方案，根據(jù)保護(hù)死區(qū)的故障特點(diǎn)，提出封故障間隔開關(guān)CT構(gòu)成死區(qū)故障的快速保護(hù)方案。該方案可有效地提高繼電保護(hù)裝置的可靠性和電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：保護(hù)死區(qū)；母差保護(hù)；線路保護(hù)；后備保護(hù)；快速保護(hù)

引言

隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，也越來越強(qiáng)大，基本滿足N-1要求。按照國(guó)網(wǎng)公司“大運(yùn)行”建設(shè)要求，地市供電公司將電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與設(shè)備監(jiān)控運(yùn)行值班集中融合，實(shí)現(xiàn)“大值班”工作模式，優(yōu)化人力資源配置，提升運(yùn)行工作效率，基本統(tǒng)一采用“集中監(jiān)控、分設(shè)操作隊(duì)”運(yùn)行管理模式，此時(shí)不僅要求運(yùn)行人員具備較高技能素質(zhì)，對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電力系統(tǒng)保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性也提出了更高的要求。

目前220k V變電站內(nèi)220k V母線均配置母差保護(hù)，母線發(fā)生故障時(shí)，母差保護(hù)能準(zhǔn)確判斷出故障母線并切除故障點(diǎn)。但母線各間隔出線斷路器和CT之間發(fā)生故障時(shí)（稱為死區(qū)故障），母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開故障間隔所在母線各出線開關(guān)后故障點(diǎn)并未隔離，只能通過上級(jí)元件后備保護(hù)較長(zhǎng)時(shí)限的將故障切除，不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1-5]。對(duì)于值班調(diào)度員而言，死區(qū)故障使故障范圍擴(kuò)大，難以判斷。因此，文中分析了地區(qū)電網(wǎng)中常見的幾種死區(qū)故障，并根據(jù)保護(hù)死區(qū)故障特點(diǎn)提出了相應(yīng)的快速保護(hù)方案。

1　地區(qū)220kV電網(wǎng)典型死區(qū)故障分析

1.1線路開關(guān)與CT之間的死區(qū)故障

目前，220kV變電站一般采用雙母線接線方式，如圖1所示。

當(dāng)出線開關(guān)與出線電流互感器之間的保護(hù)死區(qū)k3點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)跳開母線上各出線間隔開關(guān)，故障點(diǎn)未隔離，對(duì)側(cè)線路繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，因該故障點(diǎn)處于線路兩側(cè)電流互感器之外，對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)來說是外部短路，線路差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，當(dāng)對(duì)側(cè)電流互感器檢測(cè)到故障電流后，由線路后備保護(hù)啟動(dòng)跳開對(duì)側(cè)開關(guān)，將故障切除，故障隔離時(shí)間較長(zhǎng)。

圖1　某地區(qū)電網(wǎng)局部系統(tǒng)

1.2母聯(lián)開關(guān)與CT之間的死區(qū)故障

母聯(lián)開關(guān)保護(hù)死區(qū)k2發(fā)生短路故障時(shí)，母差保護(hù)啟動(dòng)，大差動(dòng)元件動(dòng)作判斷母線故障，小差動(dòng)元件動(dòng)作選擇其中II母故障，跳開母聯(lián)開關(guān)和II母上各出線開關(guān)，但故障點(diǎn)未被隔離，I母上各出線間隔繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，此時(shí)大差動(dòng)元件沒有返回，經(jīng)過0.15s跳開故障段母線所有出線開關(guān)，從而切除了母聯(lián)斷路器死區(qū)故障，與此同時(shí)使無故障II母失壓，減輕了大量負(fù)荷。

1.3變壓器開關(guān)與CT之間的死區(qū)故障

220kV母線各出線開關(guān)配置失靈保護(hù)，當(dāng)變壓器220kV高側(cè)死區(qū)k1短路故障時(shí)，220kV側(cè)母差保護(hù)動(dòng)作跳開220kVI母上各出線開關(guān)，但不能切除故障，220kV變壓器側(cè)高壓開關(guān)啟動(dòng)失靈保護(hù)將主變?nèi)齻?cè)開關(guān)斷開隔離故障點(diǎn)。

2　現(xiàn)有保護(hù)死區(qū)方案

220kV線路開關(guān)死區(qū)故障時(shí)，母差保護(hù)動(dòng)作跳開故障點(diǎn)所在母線上所有出線開關(guān)的同時(shí)，光纖縱聯(lián)電流保護(hù)采取發(fā)遠(yuǎn)跳信號(hào)，高頻保護(hù)停、起信加速對(duì)端開關(guān)跳閘，快速切除故障，保證系統(tǒng)穩(wěn)定[6]。

220kV母聯(lián)開關(guān)死區(qū)故障時(shí)，大差動(dòng)元件動(dòng)作沒有返回，先跳開母聯(lián)開關(guān)，再封母聯(lián)開關(guān)CT，此時(shí)小差動(dòng)元件對(duì)死區(qū)故障有了選擇性，啟動(dòng)跳開故障段母線所有斷路器，切除了母聯(lián)斷路器死區(qū)故障，避免了兩條母線都失壓，縮小了事故停電范圍[7]。

2 20 k V變壓器高、中壓側(cè)死區(qū)故障時(shí)，220kV側(cè)母差保護(hù)先動(dòng)作跳開高/中壓側(cè)開關(guān)所在母線各出線開關(guān)，差動(dòng)保護(hù)未返回，故障電流仍存在，文獻(xiàn)[8]提出的快速保護(hù)跳開主變另外兩側(cè)開關(guān)，切除了變壓器開關(guān)死區(qū)故障，保證變壓器的安全。

3　保護(hù)死區(qū)快速保護(hù)方案

對(duì)現(xiàn)有的針對(duì)死區(qū)故障的保護(hù)方案進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)保護(hù)死區(qū)大都位于各出線開關(guān)CT處，故障點(diǎn)本身位于下級(jí)元件保護(hù)范圍之內(nèi)，下級(jí)元件的快速保護(hù)動(dòng)作之后，故障點(diǎn)未被隔離，進(jìn)而使上級(jí)元件的后備保護(hù)動(dòng)作將故障切除，動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)擴(kuò)大了停電范圍，其本質(zhì)就是保護(hù)死區(qū)缺乏快速保護(hù)。

因此，除設(shè)置后備保護(hù)外，增設(shè)快速保護(hù)，縮短保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。下級(jí)元件保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)斷開一定時(shí)限后封出線開關(guān)CT，當(dāng)母線差動(dòng)保護(hù)大差元件動(dòng)作，先跳開母聯(lián)開關(guān)，封母聯(lián)開關(guān)CT，若為母聯(lián)開關(guān)死區(qū)故障，小差動(dòng)元件和大差動(dòng)元件共同保死區(qū)故障所在母線隔離，其保護(hù)動(dòng)作邏輯圖如圖2所示。

圖2　母聯(lián)開關(guān)死區(qū)保護(hù)邏輯方案

若220kV線路開關(guān)死區(qū)故障，母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，將故障點(diǎn)隔離，然后封各出線線路開關(guān)CT，判別為線路，線路差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)，差動(dòng)電流大于判別電流，迅速跳開線路對(duì)側(cè)開關(guān)，故障快速切除，若死區(qū)無故障，線路縱聯(lián)保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)；若220kV變壓器高/中壓側(cè)開關(guān)CT死區(qū)故障，220kV母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，封高壓側(cè)開關(guān)CT，主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作快速切除故障，若主變高/中壓側(cè)開關(guān)死區(qū)無故障，主變差動(dòng)保護(hù)不啟動(dòng)，其保護(hù)動(dòng)作邏輯圖如圖3所示。

圖3　出線開關(guān)死區(qū)保護(hù)邏輯方案

4　實(shí)用性分析

母聯(lián)開關(guān)死區(qū)快速保護(hù)在傳統(tǒng)母差保護(hù)的基礎(chǔ)上，使母聯(lián)開關(guān)第一時(shí)限跳開，再短接母聯(lián)開關(guān)CT，以此判別并跳開故障母線；出線開關(guān)死區(qū)快速保護(hù)本質(zhì)是利用對(duì)側(cè)元件的快速保護(hù)，短接本側(cè)開關(guān)CT使對(duì)側(cè)檢測(cè)到故障電流，可作為220kV變壓器和線路開關(guān)死區(qū)的快速保護(hù)。采用短接開關(guān)CT接線方式簡(jiǎn)單、可靠性高，能滿足工程要求，快速隔離死區(qū)故障。

5　結(jié)束語

地區(qū)電網(wǎng)迅速發(fā)展，保護(hù)死區(qū)故障造成的危害會(huì)越大。本文分析了典型保護(hù)死區(qū)故障的特點(diǎn)，通過封母聯(lián)開關(guān)CT，可避免母聯(lián)開關(guān)死區(qū)故障，減少雙母線失壓減供負(fù)荷；通過封出線開關(guān)CT，可利用線路和變壓器本身差動(dòng)保護(hù)快速切除該類死區(qū)故障，可以減輕死區(qū)短路故障對(duì)電力設(shè)備的沖擊和損傷，有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本文的研究將對(duì)實(shí)際工作具有指導(dǎo)作用。

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王寅(1986-)，男，碩士研究生，工程師，現(xiàn)從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化工作。

Analysis and Improved Design for Protection's Dead-zone of 220kV Grid

Yin Wang,SenMao Li,Peng Zhang,XiaoWen Sheng,ShangYang Dong
(Zhumadian Power Supply Company,Zhumadian Henan,463000,China)

Abstract:As the grid structure become more and more complicated,the problem of safe and stable operation of power system becomes increasingly prominent.Backup protection operates when failure occurs in the dead zone,which is unfavorable for grid security because of long time action.This paper analyzes several common failures in dead zone and logic problems in regional power grid,and then introduces some typical relay protection schemes about dead zone protection at present,finally put forward that the CT is connected to constitute a fast protection for Dead-zone fault,which can effectively improve the reliability of relay protection device and the stability of power grid operation.

Key words:Protection dead-zone;Bus differential protection;Pilot protection;Backup protection;Rapid protection

作者簡(jiǎn)介：

DOI:工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL:http//www.china-iti.com10.14103/j.issn.2095-8412.2016.01.013

中圖分類號(hào)：TM772

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-8412(2016)01-644-03