220 kV母線保護(hù)系統(tǒng)中母聯(lián)、分段開(kāi)關(guān)典型死區(qū)保護(hù)分析

鄒 瑜，陳宏元，李凡紅，陳 勇

(四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

母線是變電站連接變壓器等電氣設(shè)備和相應(yīng)配電設(shè)備的重要電氣元件，它承擔(dān)著匯集、分配和傳送電能的重要責(zé)任。因此，母線保護(hù)也尤其重要，它必須在短時(shí)間內(nèi)快速判斷故障區(qū)域，選擇性地跳開(kāi)部分?jǐn)嗦菲鳎M快地使系統(tǒng)與故障點(diǎn)隔離，且盡可能減小事故影響范圍。目前國(guó)內(nèi)220 kV母線差動(dòng)保護(hù)已基本微機(jī)化，電流是判斷母線是否故障的最重要判據(jù)，保護(hù)裝置通過(guò)各間隔電流互感器獲取電流量按區(qū)域進(jìn)行矢量合計(jì)算，再加之其他的輔助判據(jù)進(jìn)行綜合判斷來(lái)確定母線故障區(qū)間，在故障時(shí)通過(guò)作用于斷路器跳閘的方式來(lái)隔離故障。由于電流互感器與斷路器是兩個(gè)設(shè)備，在它們之間發(fā)生故障時(shí)會(huì)使母差保護(hù)裝置產(chǎn)生誤判，雖然裝置中的死區(qū)保護(hù)邏輯最終可以切除故障點(diǎn)且死區(qū)故障的概率極低，但隨著電網(wǎng)的日趨復(fù)雜，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行變得愈加重要，在死區(qū)故障發(fā)生時(shí)繼電保護(hù)的選擇性和速動(dòng)性將會(huì)大打折扣。這里就220 kV母線保護(hù)系統(tǒng)中母聯(lián)、分段開(kāi)關(guān)典型死區(qū)故障存在的問(wèn)題進(jìn)行探討，提出針對(duì)性的建議，在一定程度上能夠大大降低此類(lèi)故障的事故影響范圍。

1 母聯(lián)、分段死區(qū)保護(hù)邏輯分析(以雙母線接線方式為例)

下面以雙母線接線方式的南瑞繼保RCS915系列保護(hù)裝置(其母聯(lián)TA極性指向I母)為例，對(duì)目前母差保護(hù)裝置死區(qū)故障的動(dòng)作行為進(jìn)行分析。其母聯(lián)開(kāi)關(guān)和母聯(lián)TA之間發(fā)生故障時(shí)的示意圖如圖1所示。

圖1 母聯(lián)死區(qū)故障示意圖

為了便于分析，圖1僅表示出母聯(lián)、Ⅰ母及Ⅱ母分支，母線各線路分支的TA極性指向線路，而母聯(lián)的TA極性指向母線，各母小差計(jì)算公式如式(1)所示。

當(dāng)出現(xiàn)上述故障時(shí)，根據(jù)母差保護(hù)動(dòng)作邏輯:大差元件啟動(dòng)，同時(shí)由于Ⅱ母小差也將滿(mǎn)足動(dòng)作條件，在復(fù)壓條件開(kāi)放的條件下，母差將動(dòng)作跳開(kāi)母聯(lián)及Ⅱ母上所有支路，其動(dòng)作邏輯如圖2所示。當(dāng)其跳開(kāi)后故障點(diǎn)依然存在，保護(hù)必須通過(guò)啟動(dòng)死區(qū)邏輯才能隔離故障點(diǎn)，其動(dòng)作邏輯如圖3所示。

圖2 RCS915系列母差主保護(hù)邏輯框圖(以Ⅰ母為例)

由于Ⅰ母小差和Ⅱ母小差在母聯(lián)間隔采集的電流量均來(lái)自同一TA，此TA靠近Ⅰ母?jìng)?cè)，在母聯(lián)斷路器處于合閘狀態(tài)下，母聯(lián)開(kāi)關(guān)與TA之間發(fā)生故障時(shí)，由于Ⅱ母小差比差元件動(dòng)作且其余條件均滿(mǎn)足，所以保護(hù)裝置將無(wú)時(shí)限跳開(kāi)Ⅱ母上所有斷路器(包括母聯(lián)斷路器)，跳開(kāi)后故障依然存在，此時(shí)大差比差元件與Ⅱ母小差比差元件仍然動(dòng)作，母聯(lián)開(kāi)關(guān)TWJ置1，通過(guò)死區(qū)保護(hù)邏輯判據(jù)跳開(kāi)Ⅰ母上所有斷路器，故障點(diǎn)被隔離。在母聯(lián)斷路器處于分閘狀態(tài)時(shí)，母聯(lián)TA電流不計(jì)入小差計(jì)算，發(fā)生死區(qū)故障時(shí)母差保護(hù)會(huì)正確選擇故障母線。

由此看出:在母聯(lián)合位死區(qū)發(fā)生時(shí)，理想情況是切除母聯(lián)和Ⅰ母上所有間隔的斷路器即可，而不用切除Ⅱ母，但是現(xiàn)在的母差保護(hù)邏輯卻先切除Ⅱ母，后切除了Ⅰ母上所有間隔的斷路器，使母聯(lián)兩側(cè)的兩段母線全部失壓。

圖3 母聯(lián)死區(qū)保護(hù)邏輯框圖

故障點(diǎn)的切除時(shí)間是在Ⅱ母差動(dòng)跳閘后經(jīng)死區(qū)保護(hù)判據(jù)并延時(shí)出口跳閘的。也就是說(shuō)從故障發(fā)生到故障隔離的時(shí)間為:Ⅱ母差動(dòng)出口時(shí)間+母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置輔助接點(diǎn)閉合時(shí)間+死區(qū)動(dòng)作延時(shí)+開(kāi)關(guān)動(dòng)作滅弧時(shí)間。其中母聯(lián)死區(qū)動(dòng)作延時(shí)定值，應(yīng)大于母聯(lián)開(kāi)關(guān)TWJ動(dòng)作與主觸頭滅弧之間的時(shí)間差，以防止母聯(lián)TWJ開(kāi)入先于開(kāi)關(guān)滅弧動(dòng)作而導(dǎo)致母聯(lián)死區(qū)保護(hù)誤動(dòng)作，即母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置輔助接點(diǎn)閉合時(shí)間+死區(qū)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間＞開(kāi)關(guān)動(dòng)作滅弧時(shí)間。

2 改進(jìn)的措施建議

近兩年新建的變電站一次設(shè)備大多采用室外GIS布置，GIS設(shè)備一般在斷路器兩側(cè)均裝有電流互感器，即將母聯(lián)開(kāi)關(guān)兩側(cè)電流互感器均接入母差保護(hù)裝置，其故障示意圖如圖4所示，其中TAⅠ接入Ⅰ母小差進(jìn)行計(jì)算，而TAⅡ接入Ⅱ母小差進(jìn)行計(jì)算，并且兩小差同樣都加入復(fù)合電壓閉鎖功能(電壓取自220 kV母線TV)，各母線小差計(jì)算公式如式(2)所示。合位死區(qū)故障時(shí)，應(yīng)先使母聯(lián)斷路器跳開(kāi)并封鎖兩組母聯(lián)TA(不計(jì)入小差計(jì)算)，再次進(jìn)行差流計(jì)算來(lái)選擇故障母線(仍然加入復(fù)合電壓閉鎖邏輯)。即當(dāng)A點(diǎn)故障時(shí)，先跳開(kāi)母聯(lián)斷路器后，兩組母聯(lián)TA不再計(jì)入各自小差進(jìn)行計(jì)算，Ⅱ母上電壓恢復(fù)正常且無(wú)小差電流;Ⅰ母復(fù)合電壓開(kāi)放且小差比差動(dòng)作，跳開(kāi)Ⅰ母上所有間隔的斷路器，將系統(tǒng)與故障點(diǎn)隔離。

圖4 雙TA時(shí)的母聯(lián)死區(qū)故障示意圖

為了區(qū)分死區(qū)和其他區(qū)間故障，必須讓裝置在故障發(fā)生時(shí)就鎖定故障區(qū)間，可以加入圖4中TAⅠ與TAⅡ之間是否有差流的一些判據(jù)來(lái)區(qū)分故障區(qū)間，主要判據(jù)如下。

(大差啟動(dòng))AND(母聯(lián)開(kāi)關(guān)合位且TAⅠ與TAⅡ之間有差流)AND(Ⅰ、Ⅱ母小差均有差流)AND(兩段母線復(fù)壓條件均開(kāi)放)=母聯(lián)TAⅠ與TAⅡ之間死區(qū)發(fā)生故障

(大差啟動(dòng))AND(母聯(lián)開(kāi)關(guān)合位且TAⅠ與TAⅡ之間無(wú)差流)AND(Ⅰ母小差有差流)AND(Ⅰ母復(fù)壓條件開(kāi)放)=Ⅰ母發(fā)生故障

圖5 雙TA時(shí)的母聯(lián)死區(qū)邏輯示意圖(I母為例)

若判斷為死區(qū)故障，則先跳開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)后再判斷故障區(qū)間來(lái)選擇母線，母聯(lián)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，兩段小差均封鎖母聯(lián)TA電流分別進(jìn)行差流計(jì)算，選擇死區(qū)故障點(diǎn)(此時(shí)選擇母線是需要一個(gè)延時(shí)，與目前的母差死區(qū)保護(hù)時(shí)間要求一致，防止母聯(lián)TWJ開(kāi)入先于開(kāi)關(guān)滅弧動(dòng)作而導(dǎo)致另一段正常母線誤動(dòng)作，延時(shí)整定值應(yīng)大于開(kāi)關(guān)滅弧時(shí)間與輔助接點(diǎn)動(dòng)作之間的差值);若判斷為非死區(qū)的其余區(qū)間故障(如B點(diǎn)故障)，則不提前跳開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)，按照原有的母差邏輯模式執(zhí)行但小差計(jì)算較之于傳統(tǒng)小差計(jì)算略微差異，如式(2)所示。其邏輯流程如圖5所示。

與目前的母差保護(hù)裝置相比較，在非死區(qū)故障區(qū)間短路時(shí)，多加入了一個(gè)判母聯(lián)兩個(gè)TA之間差流的邏輯判據(jù)，在時(shí)間上與大差、小差同時(shí)進(jìn)行邏輯判斷，保護(hù)出口時(shí)間與目前的母差保護(hù)出口時(shí)間沒(méi)有大的差別;在死區(qū)故障時(shí)，故障切除時(shí)間為:判死區(qū)故障母聯(lián)開(kāi)關(guān)出口時(shí)間+母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置輔助接點(diǎn)閉合時(shí)間+選擇死區(qū)故障點(diǎn)延時(shí)+開(kāi)關(guān)動(dòng)作滅弧時(shí)間，死區(qū)故障切除時(shí)間與目前的母差死區(qū)故障動(dòng)作時(shí)間沒(méi)有大的差別。

3 改進(jìn)措施的優(yōu)劣勢(shì)

改進(jìn)措施的優(yōu)勢(shì):在母聯(lián)、分段分位與合位死區(qū)發(fā)生故障時(shí)能夠正確地判斷故障區(qū)間，杜絕了保護(hù)裝置在合位死區(qū)故障時(shí)誤跳一段非故障母線的情況，且在各區(qū)間故障的動(dòng)作時(shí)間與目前保護(hù)裝置相當(dāng)。

改進(jìn)措施的劣勢(shì):增大了死區(qū)區(qū)間范圍;增大了保護(hù)裝置的運(yùn)算量和復(fù)雜程度;在母聯(lián)開(kāi)關(guān)只有一組TA的情況下需增加一組互感器設(shè)備成本。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析研究，對(duì)母聯(lián)、分段死區(qū)故障提出了有針對(duì)性的解決方法，即在母聯(lián)、分段開(kāi)關(guān)兩側(cè)各安裝一組TA并引入母差保護(hù)裝置，通過(guò)兩組TA之間差流計(jì)算來(lái)區(qū)分死區(qū)故障和一般區(qū)間故障。在死區(qū)故障的時(shí)候不會(huì)錯(cuò)誤地動(dòng)作非故障母線段，有效降低了事故影響范圍。

［1］朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1995.

［2］南瑞繼保股份有限公司.RCS-915系列母線差動(dòng)保護(hù)裝置說(shuō)明［M］.