復(fù)壓閉鎖引起的變壓器后備保護死區(qū)分析

劉滬平，陳恒祥，田輝，湯大海，劉建民

（1.南京供電公司，江蘇南京210008；2.鎮(zhèn)江供電公司，江蘇鎮(zhèn)江212000；3.濱海供電公司，江蘇濱海224500）

為反映變壓器外部短路故障引起的過電流以及作為縱差動保護和瓦斯保護的后備，變壓器應(yīng)裝設(shè)反映相間或接地短路故障的后備保護，帶延時跳開相應(yīng)的斷路器。根據(jù)變壓器容量和保護靈敏度要求，變壓器后備保護宜選用過電流保護、復(fù)合電壓（負序電壓和線間電壓）啟動的過電流保護或復(fù)合電流保護（負序電流和單相式電壓啟動的過電流保護）[1]。經(jīng)復(fù)壓閉鎖的過流保護能夠降低動作電流，靈敏度較高，在主變后備保護裝置中得到了普遍的應(yīng)用。

1 復(fù)合電壓閉鎖過流保護原理分析

復(fù)合電壓閉鎖過流保護（簡稱復(fù)壓閉鎖）由復(fù)合電壓元件、過電流元件和時間元件組成，作為主變及相鄰設(shè)備短路故障的后備保護，該保護的接入電流為主變某側(cè)電流互感器（TA）二次三相電流，接入電壓為主變該側(cè)或其他側(cè)電壓互感器（TV）二次三相電壓。

目前常用的幾種變壓器后備保護有南瑞繼保的RCS-978、國電南自的PST-1200、南瑞中德的NSP772、南瑞科技的NSR695R等。

以兩圈變?yōu)槔行┖髠浔Ｗo裝置將高壓側(cè)后備保護和低壓側(cè)后備保護進行分別配置，接入電流為主變本側(cè)TA二次三相電流，接入電壓為主變本側(cè)TV二次三相電壓，典型的如南瑞繼保的RCS-978、國電南自的PST-1200等。

保護邏輯框圖如圖1所示，本側(cè)復(fù)壓元件可由復(fù)壓閉鎖投退控制字選擇是否投入。

由圖1可以看出，當本側(cè)電壓降低，或負序電壓大于整定值及本側(cè)過電流時，本側(cè)后備保護即動作，經(jīng)延時切除變壓器。其他側(cè)復(fù)壓啟動也可開放本側(cè)過流保護。當設(shè)置本側(cè)電壓退出時，該側(cè)復(fù)壓元件開放，過流保護可不經(jīng)復(fù)壓閉鎖直接出口。

有些變壓器后備保護只配置高壓側(cè)后備保護，一般情況下，接入電流為主變高壓側(cè)TA二次三相電流，接入電壓為主變低壓側(cè)TV二次三相電壓，例如南瑞中德的NSP772、南瑞科技的NSR695R等。其保護邏輯框圖如圖2所示。

對于只配置高壓側(cè)后備保護的裝置，當復(fù)壓閉鎖功能投入時，只有在低壓側(cè)母線電壓滿足復(fù)壓閉鎖開放條件后，過流保護才能出口跳閘。而同時配置高低后備保護的裝置，當故障產(chǎn)生時，即使低壓側(cè)復(fù)壓不開放，高壓側(cè)后備在檢測到故障且復(fù)壓閉鎖開放的同時，也會將低壓側(cè)后備保護的復(fù)壓閉鎖開放，這能夠保證故障可靠切除。

2 保護死區(qū)產(chǎn)生的運行方式背景

某110kV變電站一次系統(tǒng)簡圖如圖3所示。該110kV變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為江蘇省110kV終端變電站的典型配置，有主變2臺，電壓等級為110/10kV，110kV為內(nèi)橋接線，2回進線，10kV為單母線分段接線。

該變電站110kV主變后備保護只配置高后備保護，接入電流為主變110kV側(cè)TA二次三相電流，接入電壓為10kV母線TV二次三相電壓。相過流Ⅰ段保護、相過流Ⅱ段保護投入，相過流Ⅰ段復(fù)壓閉鎖投入、相過流Ⅱ段復(fù)壓閉鎖投入。復(fù)壓閉鎖定值低電壓、負序過壓投入。

當1號主變停運檢修時，10kV I段母線通過母聯(lián)110開關(guān)由2號主變供電。1號主變檢修完成后，進行送電投運操作，常規(guī)的操作流程如下：投入主變差動保護和后備保護，合上701開關(guān)，1號主變帶電，101開關(guān)處于分位；1號主變充電完成后合上101開關(guān)，斷開110開關(guān)，10kV I段母線、10kV II段母線分列運行。

如圖3所示，在此送電操作過程中，在1號主變變二側(cè)TA與101開關(guān)之間存在一個保護死區(qū)。若在該死區(qū)內(nèi)發(fā)生三相短路故障，1號主變差動保護判區(qū)外故障，不動作，1號主變后備保護過流保護啟動，但由于此時10kV I段母線正常帶電，電壓為額定值，經(jīng)低壓側(cè)母線電壓復(fù)壓閉鎖，1號主變后備保護也不動作。站內(nèi)110kV線路未安裝任何保護，此時，該短路故障無法切除，需上級變電站的線路保護經(jīng)延時后動作切除此短路故障。

一般，主變壓器的熱穩(wěn)定時間不能超過2s，該死區(qū)引起的后備保護拒動事故將可能造成主變損壞。

3 避免保護死區(qū)的措施

在上述1號主變停運檢修后送電投運的運行操作過程中，10kV I段母線一直處于正常帶電運行狀態(tài)，此時后備保護中的過流保護仍經(jīng)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖是不合理的，這也是產(chǎn)生后備保護死區(qū)的根本原因。

因此，應(yīng)設(shè)法在此運行操作過程中增加一個將后備保護低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖功能退出的環(huán)節(jié)。所增加的這個操作應(yīng)當易于運行操作人員執(zhí)行，或可以自動執(zhí)行復(fù)壓閉鎖退出。

一般的主變后備保護裝置都會引出一個復(fù)壓閉鎖投退接點，如RCS-978裝置有“退低壓側(cè)電壓”接點，PST-1200裝置各側(cè)后備保護模塊都有相應(yīng)側(cè)的“投入復(fù)壓閉鎖”接點，NSP772裝置有“本側(cè)復(fù)壓閉鎖解除”接點，NSR695R裝置有“本側(cè)TV退出”接點。通過操作這些接點的通斷，即可將后備保護裝置的低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖功能退出。

若沒有低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出接點，可通過更改保護程序，使用某種方法將“低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”控制字置“1”，主變后備保護過流動作將不經(jīng)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖即可直接出口。

幾種改進措施如下。

（1）增設(shè)“復(fù)壓閉鎖退出”壓板。為了使得此項操作易于運行操作人員執(zhí)行，通過增設(shè)功能壓板來實現(xiàn)便是一個簡單易行的方法，而且可以明確到運行操作票中。具體方法是為主變后備保護設(shè)置一個“后備保護低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板，將其引入主變后備保護裝置的相應(yīng)功能接點。當該壓板投入時，保護裝置將低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖功能退出，當后備保護裝置檢測到過流啟動后，可不經(jīng)復(fù)壓閉鎖直接出口跳閘。主變后備保護“低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板回路如圖4所示。

圖4 主變后備保護“低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板回路

這樣，在對1號主變進行充電時，將該“后備保護低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板投入，若發(fā)生圖3中的死區(qū)短路故障，后備保護仍可通過過流保護啟動保護動作出口，跳701開關(guān)。改進后的1號主變送電投運操作流程如下：投入1號主變差動保護和后備保護，投入1號主變后備保護“低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板，合上701開關(guān)，1號主變帶電，101開關(guān)處于分位，退出1號主變后備保護“低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板，然后合上101開關(guān)，斷開110開關(guān)，10kV I段母線、10kV II段母線分列運行。

（2）通過主變二側(cè)開關(guān)的常閉接點自動退出復(fù)壓閉鎖功能。方法（1）中的“后備保護低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板只在進行主變停運檢修后送電投運的特定運行操作過程中使用，運方改變后再將壓板退出。這種方法將該壓板專用化，且需運行人員手動操作。一旦出現(xiàn)誤操作，將該壓板在不應(yīng)投入時投入或忘記退出該壓板時，還會導致正常運行時復(fù)壓閉鎖功能失效。方法（2）將方法（1）中的“后備保護低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板取消，直接通過主變變二側(cè)開關(guān)的常閉接點接入保護裝置來實現(xiàn)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖功能的自動退出，無需運行人員進行操作?？紤]到可能會有其他將復(fù)壓閉鎖退出的回路，比如其他保護的動作或某功能壓板的投入也可以將復(fù)壓閉鎖功能退出。方法（2）將其他接點或壓板并聯(lián)接入后備保護裝置，實現(xiàn)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出功能。這種方法有一定的常效性和自適應(yīng)性，具體回路如圖5所示。

（3）低壓側(cè)二次電壓回路中串入重動接點實現(xiàn)電壓自動切除。用主變變二側(cè)開關(guān)常閉接點來啟動中間繼電器，通過該中間繼電器來控制低壓側(cè)母線TV的二次回路的通斷，進而可以控制復(fù)壓閉鎖功能的自動投退。這種方法不需要保護裝置帶有低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出接點，也不需要改動保護裝置的程序，但是由于增加了一個中間繼電器，回路上的更改也較多，其整體可靠性和穩(wěn)定性可能不如方法（2）。具體實現(xiàn)回路如圖6所示。

（4）直接拉合低壓側(cè)母線TV的二次電壓回路空氣開關(guān)。實現(xiàn)101開關(guān)在分位時退出復(fù)壓閉鎖最簡單的方法是在合701開關(guān)之前，將低壓側(cè)母線TV的二次回路電壓空氣開關(guān)拉開，此時后備保護復(fù)壓閉鎖開放，當在死區(qū)處發(fā)生短路故障時，后備保護能夠可靠動作。然后，在合上101開關(guān)后再將此電壓空氣開關(guān)推上，復(fù)壓閉鎖功能即可恢復(fù)。

這種方法無需改動任何回路，操作也很簡單。但是，此方法需要拉合二次電壓空氣開關(guān)，實施起來不太符合運行操作規(guī)范。另外，在拉開該二次電壓空氣開關(guān)后，合上101開關(guān)時（此時110在合位），若在1號主變和2號主變之間短時內(nèi)出現(xiàn)沖擊環(huán)流，且環(huán)流很大時（見圖3），由于1號主變后備保護復(fù)壓閉鎖開放，過流保護會直接出口，這將造成主變后備保護誤動和事故擴大。而前面幾種方法無此隱患，因此，不建議采用方法（4）。

（5）增加一段過流保護定值不啟用該段復(fù)壓閉鎖[2，3]。某些情況下，尤其是變壓器短路阻抗較大且系統(tǒng)電源較強的情況下，低壓側(cè)發(fā)生短路故障時，高壓側(cè)電壓可能跌落不多，高壓側(cè)復(fù)合電壓元件也不一定能夠滿足閉鎖條件。當主變后備保護只配置高壓側(cè)復(fù)壓元件時，也會造成保護裝置拒動。針對這種情況，需要提出更可靠、有效的辦法來解決。從定值整定的角度來考慮，可采用增加一段過流保護的方法，即已有的過流保護啟用復(fù)壓元件按正常整定，增加的這段過流保護不啟用復(fù)壓元件并按適當提高該保護的過流定值整定。

本例中，增加Ⅲ段過流保護，并退出其復(fù)壓元件。當在上述死區(qū)中出現(xiàn)短路故障而造成復(fù)壓閉鎖不開放時，或低壓側(cè)出現(xiàn)短路故障而變壓器短路阻抗較大且系統(tǒng)電源較強造成高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖無法開放時，則在過流Ⅰ段、Ⅱ段保護經(jīng)復(fù)壓閉鎖無法出口的情況下，能通過Ⅲ段過流保護動作不經(jīng)復(fù)壓閉鎖直接出口，可靠切除故障。而在正常運行狀態(tài)下，由于過流Ⅰ段、Ⅱ段保護定值低于Ⅲ段過流保護定值，經(jīng)復(fù)壓開放，能夠率先出口動作。這樣就可以同時解決上述死區(qū)問題和因變壓器短路阻抗較大且系統(tǒng)電源較強造成高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖無法開放的問題。

4 結(jié)束語

只有一側(cè)后備保護的配置方式在現(xiàn)行的110kV變電站主變保護中普遍存在。在充分研究復(fù)壓閉鎖的邏輯原理和具體主變后備保護裝置功能的基礎(chǔ)上，對某典型110kV變電站1號主變停電檢修后送電操作過程中出現(xiàn)的主變后備保護死區(qū)進行了深入的分析，找出了保護死區(qū)的產(chǎn)生原因，并提出了5種簡單易行的改進方法。通過分析和對比，方法（2）所采取的措施既能夠?qū)崿F(xiàn)避免死區(qū)的功能，自適應(yīng)能力較強，實現(xiàn)起來也很簡單，具有一定的推廣價值。方法（5）提出的定值整定方法適用于只配置一側(cè)后備保護的場合，同時還可以有效解決因變壓器短路阻抗較大且系統(tǒng)電源較強造成高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖無法開放的問題，該方法實現(xiàn)起來簡單可靠，經(jīng)過調(diào)度部門批準可以執(zhí)行。保護配置方面，繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程中指出對于單側(cè)電源雙繞組變壓器和三繞組變壓器，其相間短路后備保護宜裝于各側(cè)，該保護宜考慮能反映TA與斷路器之間的故障[1]。因此，在條件允許的情況下，應(yīng)盡量為主變的各側(cè)都安裝后備保護，可徹底解決這一保護死區(qū)問題。

日常的生產(chǎn)工作中類似于該主變后備保護死區(qū)的情況可能會經(jīng)常出現(xiàn)，這從一定程度上暴露出生產(chǎn)維護工作中的保護配置和運行操作存在的一些缺陷。在新的變電站設(shè)計環(huán)節(jié)，進行保護功能配置時，很容易只考慮到正常運行時的功能需要，而忽視了一些特殊運行方式下的情況。運行調(diào)度人員在編制操作票時，如果未能充分考慮到不同保護裝置在不同運行方式下保護覆蓋范圍發(fā)生的變化，也容易造成操作缺陷。因此，在討論新投保護裝置的技術(shù)協(xié)議時，應(yīng)嚴格按照保護規(guī)程的各項規(guī)定，并充分考慮到一些特殊的功能要求，比如分段備自投的檢合流閉鎖功能、3臺主變系統(tǒng)中低頻低壓減載裝置的電壓取值、110kV母聯(lián)穿越性電流對主變差動保護接線方式的影響等。保護人員對運行操作票和保護定值的合理性也需多把關(guān)，在進行重要操作前需要和運行人員共同研究、完善操作流程，減小操作風險。

[1] GB/T14285－2006，繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程[S].

[2] DL/T584－2007，3～110kV電網(wǎng)繼電保護運行整定規(guī)程[S].

[3] DL/T559－94，220～500kV電網(wǎng)繼電保護運行整定規(guī)程[S].

[4] 江蘇省電力公司.電力系統(tǒng)繼電保護原理與實用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2006.