關于主變啟動失靈回路存在問題分析

摘要：失靈保護是電網的重要保護，為提高失靈保護的正確動作率，本文以恩平變電站#1主變為例，分析了在變壓器附近的不同位置發生短路接地故障時，使用變壓器套管CT的電流作為變壓器保護啟動失靈的電流判據的做法，可能會導致失靈保護拒動或誤動的嚴重后果，以供設計部門和同行專家進行探討。最后結合現場CT二次繞組的實際，提出整改建議，以達到規范回路接線的目的。

關鍵詞：變壓器保護 失靈回路 誤動 拒動 套管C1 開關CT

0 引言

斷路器失靈保護是在線路或者變壓器發生故障，故障元件的保護動作發出跳閘脈沖而斷路器操作失靈拒絕跳閘時，通過線路或者變壓器的保護作用于相鄰斷路器跳閘的保護。它是在斷路器拒絕動作時，能夠以較短的時限切除其它相關斷路器，使停電范圍限制為最小的一種后備保護，在電力系統中具有很重要的作用。

在實際的工程應用中，失靈保護設備包含失靈啟動、失靈保護兩個概念的產品。同時失靈保護的設計涉及到系統保護、元件保護等兩個專業范疇。因此，一套失靈保護系統的設計往往涉及到多種保護的設備。特別是變壓器的保護和運行方式比較復雜，一旦主變壓器的失靈保護發生誤動或拒動，不但造成全站失壓，而且還會造成主變變形、爆炸等設備事故，給國家帶來巨大的經濟損失。因此對主變的失靈保護回路提出了更高的要求。但是主變失靈啟動回路中，使用開關CT還是使用套管CT二次繞組的電流作為“相電流元件”來判別存在分歧。在我局管轄的2個220kV變電站中，一個變電站使用開關CT，另外一個變電站使用套管CT。本文以使用主變套管CT作為“相電流元件”判別的恩平變電站#1主變為例，分析使用主變套管CT的二次電流來判別斷路器失靈保護啟動這種接線方式所存在的問題。用舉例的方法指出，這種接線方式在一定條件下會導致斷路器失靈保護誤動或拒動的嚴重后果，以供同行專家進行探討，也想通過文章引起有關的設計部門和同行人員對這個回路的高度重視，最后提出本人的意見和整改建議，達到規范回路接線的目的。

1 失靈保護的概念

斷路器失靈保護是指故障電氣設備的繼電保護動作發出跳閘命令而斷路器拒動時，利用故障設備的保護動作信息與拒動斷路器的電流信息構成對斷路器失靈的判別，能夠以較短的時限切除同一廠站內其他有關的斷路器，使停電范圍限制在最小，從而保證整個電網的穩定運行。

2 失靈保護的基本構成

失靈保護由電莊閉鎖元件、保護動作與電流判別構成的啟動回路、時間元件及跳閘出口回路組成。啟動回路是保證整套保護正確工作的關鍵之一，必須安全可靠，應實現雙重判別，防止單一條件判斷斷路器失靈，以及因保護觸點卡澀不返回或誤碰、誤通電等造成斷路器的拒動和誤動。

啟動回路包括啟動元件和判別元件；2個元件構成“與”邏輯。啟動元件通常利用斷路器自動跳閘出口回路本身，可直接用瞬時返回的出口跳閘繼電器觸點，也可與出口跳閘繼電器并聯的、瞬時返回的輔助中間繼電器觸點，觸點動作不復歸表示斷路器失靈。判別元件以不同的方式鑒別故障確未消除。現有運行設備采用相電流、零序電流的“有流”判別方式。保護動作后，回路中仍有電流，說明故障確未消除。時間元件是斷路器失靈保護的中間環節，為了防止單一時間元件故障造成失靈保護誤動，時間元件應與啟動回路構成“與”邏輯后，再啟動出口繼電器。失靈保護的電壓閉鎖一般由母線低電壓、負序電壓和零序龜壓繼電器構成。當失靈保護與母差保護共用出口跳閘回路時，它們也共用電壓閉鎖元件。

3 恩平變電站1號主變現場設備失靈回路介紹

恩平變電站是一個雙母線帶旁路接線方式的220kV變電站，#1主變高壓側和中壓側都有電源存在，低壓側為無功補償設備，主變三側都是三相聯動的開關，旁路是分相動作的開關。#1主變保護配置有兩套國電南自公司的WBZ-500H差動保護，第一套使用開關CT，第二套使用變壓器的套管CT，正常運行時兩套WBZ-500H都投入運行，旁路代路時只投第二套WBZ-500H差動保護：第一套保護屏配置一個失靈啟動電流繼電器，使用套管CT作為相電流判據。主變啟動失靈回路如圖1所示：

主變失靈保護啟動回路是第一套WBZ 500H保護裝置的電氣量保護跳高壓側命令(110K2)和該套保護裝置的失靈保護啟動連接片(40XB)與第二套WBZ-500H保護裝置的電氣量保護跳高壓側命令(110K2)和該套保護裝置的失靈保護啟動連接片(40XB)并聯。然后通過斷路器失靈保護裝置的失靈保護專用電流繼電器出口觸點(201K)串聯，啟動1號主變高壓側斷路器的失靈回路。再經母差保護的電壓閉鎖啟動斷路器的失靈保護。最后通過母差保護的出口回路動作跳閘各失靈回路相關的斷路器。本設計未涉及旁路帶路時的變壓器啟動失靈的回路。

4 主變啟動失靈回路存在問題分析

如圖2所示，#1主變正常運行時，如果故障點發生在主變內部F1處或中壓側F2處、或低壓側F3處時，流過開關CT和流過變壓器高壓側套管CT的一次電流是一樣的，此時不管使用開關CT還是套管CT作為相電流判據，主變保護啟動失靈的行為和結果都是一樣的。但是當故障點發生在開關cT和變壓器高壓側套管cT之間時，問題就出現了，下面將舉兩個例子，分別從誤動和拒動兩種情況進行分析。

4.1 失靈保護誤動分析假設#1主變正常運行時，故障發生在F4處，此時，如果主變110kv中壓側開關失靈，將導致220kV失靈保護誤動。請看下面的分析：當故障發生在F4時，對第二套WBZ－500H差動保護來說是區外故障，因此不動作；對第一套WBZ-500H差動保護來說是區內故障，因此可靠動作，發跳閘命令給主變三側261、161和低壓側開關，由于161開關拒動，因此261和低壓側開關跳開后，故障點F4處仍然存在由1 61開關通過主變中壓側流到高壓測的故障電流，該故障電流流過高壓側套管CT，因此相電流判據元件觸點201K不返回，同時因為故障電流未完全切除，第一套WBZ-500H仍然存在差流，因此其出口觸點110K2不返回，這樣就導致220kV失靈保護被誤啟動；同時主變間隔有一個解除220kV失靈保護復合電壓閉鎖的回路，在上述條件下，220KV失靈保護復合電壓閉鎖已經被解除，因此就造成了220kV失靈保護誤動作。造成事故擴大。實際上高壓側261開關是已經跳開了的，導致這個結果的原因就是相電流判別元件不能準確判斷261開關確已斷開。

4.2 失靈保護拒動分析假設#1主變正常運行時，故障發生在F4處。此時第一套WBZ-500H差動保護是區內故障，出口將主變三側開關跳開。如果此時261開關拒動了，按照電力系統運行方式的要求，應該啟動220kV失靈保護，跳開該母線上的所有開關(含母聯)，將故障隔離，但是，由于失靈保護的相電流判據元件使用套管CT，當中、低壓側開關跳開后，就已經沒有故障電流通過套管CT。因此失靈相電流元件接點201K就會返回，這樣就導致了220kV失靈保護拒動。

從送電的過程來分析，如：更換了高壓側開關261CT之后的送電，在使用高壓側對主變進行充電之前，為確保剛剛更換過的261CT本體及其引出線沒有故障，決定讓開關CT先帶電，因此有以下幾個送電的步驟：①主變保護先按正常運行方式投入運行。即兩套WBZ-500H差動保護已經投入。②合上2611刀閘。(2614刀閘不合上)③合上261開關。④261CT帶電正常后，斷開261開關。⑤合上2614刀閘。⑥接下來就是主變送電的步驟了……

從上面操作的目的來看是為了檢查CT本體及其引出線是否有故障，也就說明存在故障的可能性是比較大的，如果在開關CT靠近主變的這一側有故障，并且261開關失靈了，那么其結果同樣會導致220kV失靈保護拒動。原因和F4處故障相同，在這里就不重復分析了。從上面的幾個例子可以知道，使用變壓器套管CT作為相電流判別元件，220kV失靈保護的動作結果剛好與我們所期望的動作結果相反，即該動時拒動，不該動時誤動，這就是要引起大家高度重視的地方6

5 旁路代主變高時失靈回路設計

當主變高壓側開關由旁路290代路時，261開關CT是沒有電流通過的，也許這就是有些設計者考慮采用套管CT的原因，但主變失靈功能與開關是對應的，當主變高壓側用290代路時，261開關分開，按照規程要求主變失靈回路必須退出運行，因此此時主變保護啟動失靈回路的功能是多余的。實際上，旁路290保護本身已經有了完善的失靈啟動回路，如圖3所示。

主變保護動作后，會作用于290開關操作箱的TJR繼電器，如果290開關任何一相失靈，290開關該相的失靈電流判別觸點就會動作，這樣就可以通過TJR繼電器的觸點啟動失靈保護了。同時290開關也配置有自己的保護，以保護290 CT至變高套管引線故障，290開關的保護也會動作，從而完成啟動失靈的功能，不存在動作死區。

6 結束語

從以上的分析知道，主變啟動失靈的電流判據如果使用變壓器套管CT，那么在一定的條件下，可能導致失靈保護拒動或者誤動，因此我們在設計時，要認真考慮現場可能出現的各種情況，使用更準確代表開關分合狀態的電流作為相電流判據。所以建議現場將失靈電流判據改用開關CT的二次繞組電流。在220kV雙母線配置的線路間隔中，每個CT均有4個二次繞組是給保護用的，其中母差保護用2個，線路保護用2個，失靈啟動裝置與其中一套線路保護共用。在主變間隔中，由于第二套差動保護使用套管CT。這樣還剩余一個保護級別的繞組給失靈判據使用。因此建議現場盡快整改。

失靈保護運行的可靠性是大家都非常關注的問題，為最大限度地杜絕失靈保護的不正確動作，需要我們從接線、操作和設備質量等各環節著手努力。采用高可靠性的失靈保護判別元件或裝置，合理接線、整定，嚴格按規程操作，必將極大地提高失靈保護的正確動作率，為電網的安全運行作出應有的貢獻。

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