電網典型“死區”故障保護動作分析

陳 霄，徐荊州

（南京供電公司，江蘇 南京 210009）

“死區”指的是本保護保護不到的地方。“死區”故障往往造成事故擴大，且故障點較難判斷，對電力調度員來說是故障處理的難點，但同時一旦確定故障點，隔離故障卻很容易（將“死區”故障開關轉冷備用即可隔離）。電網運行中如果發生“死區”故障，必須及時、準確根據故障現象判斷出故障點,迅速隔離故障，使故障、事故的影響面和損失減小到最低程度，恢復電網的安全穩定運行。

1 母差保護閉鎖裝置

母差保護有復合電壓閉鎖和電流互感器（TA）斷線閉鎖。復合電壓閉鎖主要為了防止差動繼電器誤動作或誤碰出口中間繼電器造成母差保護誤動，電壓閉鎖元件利用接在每條母線上的電壓互感器（TV）二次側的低電壓繼電器和零序電壓繼電器實現，3只低電壓繼電器反應各種相間短路故障，零序過電壓繼電器反應各種接地故障；TA斷線閉鎖防止斷路器母差TA斷線造成母差回路有較大的不平衡電流而引起母差保護誤動。

2 線路斷路器與TA之間的“死區”

對單母線、雙母線等接線方式，當斷路器與TA之間發生故障，該故障是在母差保護保護范圍內，但母差保護動作跳開相關斷路器后故障仍然存在，即斷路器與TA之間的“死區”。這是由于對于本側出線的線路保護來說是反方向故障，本側不停信，線路高頻閉鎖保護不動作。

對此故障，一般解決方法是采用母差保護動作停信（或允許跳閘）。以高頻閉鎖保護為例，母差保護、失靈保護動作均通過啟動各線路保護中分相操作箱的永跳繼電器TJR，將永跳繼電器TJR接點來驅動收發信機停信，確保判斷為正方向的對側高頻閉鎖保護的可靠動作，來消除該“死區”。220kV線路一般配有雙套高頻保護和單相重合閘，因此，對于正常線路，若發生單相接地故障（據統計，南京供電公司2010年全年所發生線路故障中單相接地故障占87%，因此分析單相接地故障具有典型意義），對側高頻閉鎖保護動作后，重合閘動作重合成功。

如圖1所示，對圖1中BA1斷路器（運行狀態和熱備用狀態）和TA之間“死區”故障保護動作情況進行分析。

2.1 故障斷路器運行狀態

如果B站BA1斷路器和TA之間發生永久性單相接地故障，故障現象為母差保護動作跳開Ⅰ段母上所有斷路器，此時故障仍存在，母差保護動作停信，跳開對側A站AB1，AB2斷路器，AB2斷路器重合成功。從以上現象調度員即可判斷出故障點，將BA1斷路器轉冷備用后，即可恢復正常方式。

2.2 故障斷路器熱備用狀態

BA1斷路器熱備用時，若BA1斷路器和TA之間發生故障，差流回路中存在總差和正母小差不平衡，此時要按以下2種情況分析。

（1）AB1，AB2是短線路，則故障時B站母線電壓降低，電壓閉鎖元件開放，B站220kV母差保護動作；

（2）AB1，AB2不是短線路，則故障時B站母差保護復合電壓閉鎖，母差保護不動作，需要靠線路后備保護來動作跳開A站AB1來隔離故障。處理原則同上面2.1。

3 母聯斷路器與TA之間的“死區”

3.1 母聯斷路器與TA之間的“死區”分析

如圖1所示，對雙母線接線方式，母聯斷路器僅在一側安裝一組TA。當母聯斷路器與TA之間發生故障，依靠各類原理構成的母差保護均不能有效地切除故障，這就是母聯斷路器與TA之間存在保護“死區”。當發生此類型的“死區”故障時，母差保護動作，造成兩段運行母線全部斷路器跳閘。因此，一般當發生雙母線上所有斷路器都跳開時，需檢查2條母線和母聯，若發現是“死區”故障，將母聯轉冷備用后，即可對2條母線檢查正常后恢復送電。

3.2 預防措施

母聯“死區”故障發生，可能造成變電站110kV全停甚至變電站全停，影響范圍大，一般可采取以下2種方法解決。（1）發生母聯斷路器與TA之間的故障，經對故障判斷后跳開母聯斷路器和靠近母聯斷路器TA側母線 （通過二次解決）；（2）母聯斷路器TA兩側均安裝TA（通過一次解決）。

4 主變斷路器與TA之間的“死區”

當主變220kV側斷路器發生 “死區”故障時，220kV母差保護動作跳開母線上所有斷路器，故障隔離，查明故障點后將主變220kV側斷路器轉冷備用，即可恢復其他方式；當主變110kV側斷路器發生“死區”故障時，母差保護動作跳開母線上所有斷路器，但故障仍然存在，經一延時后主變后備保護動作，主變失電，查明故障點后將主變110kV側斷路器轉冷備用，即可對主變恢復送電。

5 旁路斷路器代主變側斷路器運行中主變差動保護“死區”

5.1 故障分析

正常運行時，縱差保護（取用斷路器TA）與母差保護所用TA在裝設位置上相互交叉，避免了保護“死區”的問題，即220kV母線、110kV母線及主變各部分均有快速保護。由于變壓器的特殊性，線路保護不能承擔保護變壓器的任務。如圖2所示，當旁路斷路器代變壓器斷路器運行時，為了不失去變壓器差動保護，此時需將主變斷路器TA切換至套管TA，從而使主變差動保護范圍從斷路器TA縮小至主變套管附近，如果旁路保護在代主變側斷路器時是退出的，那么從旁路TA至套管TA處這一段旁母線和引線便是一段“死區”，因為此段范圍母差保護也顧及不到，而且主變保護的后備保護延時較長，如出現此段范圍內的故障，只有靠線路對側的后備保護延時動作切除故障，會造成全站停電。

圖2 旁路帶主變運行方式圖

5.2 預防措施

對于此種“死區”故障，因為發生的概率較小，一般110kV側不采取專門措施預防，故障時由主變后備保護動作跳開主變開關從而隔離故障。而220kV側此類“死區”故障會造成全站停電，事故的影響面大，造成了較嚴重的停電損失，經分析計算，220kV側采取在旁路帶主變斷路器時按要求啟用旁路保護的方法：當高壓側的旁路斷路器代主變斷路器運行時，可利用旁路保護屏中的距離Ⅱ段、零序Ⅱ段來作為旁路母線和引出線的主保護，其他各段及高頻保護仍退出運行。此時距離Ⅱ段的定值應按躲過變壓器其他側母線相間故障時的最小短路阻抗、零序Ⅱ段的定值按躲過變壓器其他側母線接地故障時流過保護裝置的最大零序電流來整定，其時間均與變壓器縱差保護相配合，即取一個時間級差0.5 s。

6 反事故演戲實例分析

如圖3所示，220kV聯絡線均配備雙套高頻保護。事故現象：B站220kV正母線母差保護動作，跳開 220kV 正母線上 4535，4537，2520，2510，2501 斷路器；A站4535斷路器高頻保護動作跳閘，重合成功；C站4537斷路器高頻保護動作跳閘，重合成功。即告B站檢查220kV母線及母線上所有斷路器及保護，并盡量恢復B站損失負荷（將701和301拉開后，考慮用110kV線路轉供B站110kV正母線，35kV合排運行）。后B站匯報母線檢查未發現故障點，跳開斷路器及保護檢查未發現異常。

此時，調度員判斷母線為瞬時故障，同時考慮可能為2501斷路器或者2520斷路器的“死區”故障，因母線及跳開斷路器檢查無異常，考慮對220kV正母線試送，且采取以下處理步驟。

圖3 正常系統圖

（1）B站：拉開1號主變2501主變側閘刀，合上1號主變2501斷路器；（2）B站：合上4535斷路器；（3）B 站：合上 220kV 旁路 2520斷路器；（4）A站：合上4535斷路器 （對B站220kV正母線試送）；B站告：試送失敗，判斷故障為2501斷路器或者2520斷路器的“死區”故障，則2501斷路器與TA之間、2520斷路器與TA之間分別用外來電源進行充電判斷；（5）B站：合上4535斷路器；（6）B站：合上220kV旁路2520斷路器；（7）A站：合上4535斷路器（對B站220kV正母線試送）；B站告：試送成功，判斷故障點為2501斷路器與TA之間的“死區”故障，將2501斷路器轉冷備用后，恢復220kV方式，并通知檢修部門檢查處理。

[1]陳海波.繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]李 堅.電網運行及調度技術問答[M].北京：中國電力出版社，2003.