關(guān)于站用變交流電源系統(tǒng)保護(hù)級(jí)差配合及開(kāi)關(guān)失效事故擴(kuò)大問(wèn)題的探討

胡曉霞++彭岳云

摘??要：主要討論了站用電源系統(tǒng)保護(hù)級(jí)差配合，分析和探討了從設(shè)計(jì)到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的保護(hù)配置和級(jí)差配合普遍存在的問(wèn)題，以期為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：站用電源系統(tǒng);級(jí)差配合;越級(jí);跳閘

中圖分類號(hào)：TM774+.2????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.010

1??案例回顧

案例1：2005-03-06，220?kV象山站生活負(fù)荷發(fā)生接地故障，交流饋線開(kāi)關(guān)、交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)未跳閘，站變零序過(guò)流保護(hù)越級(jí)動(dòng)作跳閘#1站變，380?V備自投動(dòng)作切換，因?yàn)楣收先匀淮嬖冢裕斐?2站變零序過(guò)流保護(hù)越級(jí)動(dòng)作跳閘。全站交流失電后，影響了主變風(fēng)冷電機(jī)，主變被迫停運(yùn)，造成大面積停電。

案例2：2011-07，220?kV交椅變電站發(fā)生了饋線支路BN短路，饋線開(kāi)關(guān)與站用交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)未跳閘，380?V備自投零序過(guò)流保護(hù)因?yàn)檎ㄖ蹬c站變零序過(guò)流保護(hù)不配合，接線原理為接地保護(hù)未動(dòng)作。站變零序過(guò)流保護(hù)越級(jí)動(dòng)作跳閘后，380?V備自投切換擴(kuò)大了事故范圍，使全站站用交流失電。

案例3：2012-01，110?kV羅湖變電站發(fā)生了饋線支路相間短路，饋線開(kāi)關(guān)和站用交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)未跳閘，站變過(guò)流保護(hù)越級(jí)動(dòng)作，不閉鎖380?V備自投動(dòng)作切換，使全站站用交流電源失電。

2??存在的問(wèn)題

該系統(tǒng)中存在的問(wèn)題包括站變定時(shí)限過(guò)流保護(hù)與交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)、主饋電開(kāi)關(guān)定時(shí)限過(guò)流保護(hù)整定配合，站變零序過(guò)流保護(hù)與380?V備自投零序過(guò)流保護(hù)整定配合，備自投有效閉鎖切換、動(dòng)作邏輯設(shè)置不合理等，這些都直接影響了系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

3??解決問(wèn)題的思路

針對(duì)以上問(wèn)題，只有解決了開(kāi)關(guān)與站變保護(hù)的級(jí)差配合，合理、有效地甄別站變過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、380?V備自投過(guò)流保護(hù)和零序過(guò)流保護(hù)等，進(jìn)而決定是否閉鎖備自投。這樣，當(dāng)站用變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，站變保護(hù)動(dòng)作就不會(huì)閉鎖380?V備自投，則380?V備自投的閉鎖、全站交流失電等問(wèn)題就迎刃而解了;反之，對(duì)站變外部故障，采取閉鎖380?V備自投，避免給系統(tǒng)造成更大的事故。

3.1??涉及到的解決技術(shù)

3.1.1??涉及到的380?V備自投技術(shù)

為了確保站用交流電源，主變風(fēng)冷負(fù)荷、直流充電機(jī)等重要負(fù)荷要保證交流母線供電的持續(xù)性。在站變高、低壓開(kāi)關(guān)偷跳，站變內(nèi)部故障，電源異常等情況下，備自投裝置能夠自動(dòng)切換到備用線路，保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性。

圖1為備自投用電系統(tǒng)，工作變壓器提供工作電源，備用變壓器提供備用電源。在正常運(yùn)行的情況下，開(kāi)關(guān)1DL合，1ZKK合，2ZKK分，2DL分（冷備用）或合（熱備用）。當(dāng)工作電源側(cè)發(fā)生故障時(shí)，工作電源開(kāi)關(guān)1ZKK跳開(kāi)，確認(rèn)開(kāi)關(guān)1ZKK分開(kāi)后，此時(shí)，由于不存在原動(dòng)力和勵(lì)磁，所以，殘壓的幅值和頻率會(huì)隨時(shí)間而衰減。當(dāng)母線殘壓小于一定值后，再合上開(kāi)關(guān)2DL和2ZKK。

3.1.2??ATS開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的應(yīng)用

交流系統(tǒng)采用的是ATS（Automatic?Tranfer?Switch）開(kāi)關(guān)，與兩進(jìn)線一母聯(lián)的接線方式相比，其優(yōu)勢(shì)在于：①由于ATS本身的運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)機(jī)械簡(jiǎn)單、緊湊，除了電氣聯(lián)鎖外，還可以通過(guò)機(jī)械齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)完成機(jī)械聯(lián)鎖功能，能有效保證系統(tǒng)的安全性;而兩進(jìn)線一母聯(lián)的接線方式存在兩路交流電源非同期并列的問(wèn)題，目前的機(jī)械閉鎖尚不能保證其有效性。②二次回路簡(jiǎn)單，方便檢修，解決了傳統(tǒng)兩進(jìn)線一母聯(lián)由繼電器等組成的復(fù)雜邏輯回路。③它能夠選擇多種工作模式，實(shí)現(xiàn)本地/遠(yuǎn)程控制。圖2所示為兩進(jìn)線一母聯(lián)的接線方式。

圖1??備自投用電系統(tǒng)示意圖???????圖2??兩進(jìn)線一母聯(lián)的接線方式

3.1.3??使用電子脫扣器

如果供電系統(tǒng)的饋線全部采用輻射供電，與負(fù)荷距離較遠(yuǎn)，影響故障電流幅值，熱磁脫扣器開(kāi)關(guān)將難以快速隔離故障，因此，要實(shí)現(xiàn)饋線開(kāi)關(guān)、進(jìn)線開(kāi)關(guān)與站變保護(hù)的級(jí)差配合，要求饋線開(kāi)關(guān)使用定時(shí)限的電子脫扣器。

南方電網(wǎng)變電站大量應(yīng)用ABB、施耐德等品牌交流開(kāi)關(guān)，其在隔離各種故障方面的能力主要包括以下幾點(diǎn)。

3.1.3.1??接地故障

一般配置漏電保護(hù)，帶漏電保護(hù)的斷路器為成熟產(chǎn)品。

從深圳站用交流電源發(fā)生事故的案例中可以看出，嚴(yán)格執(zhí)行檢修、生活負(fù)荷必須經(jīng)帶漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)接出的規(guī)定，就可以有效地解決接地故障隔離問(wèn)題。

3.1.3.2??相零短路、相間短路故障

相零短路與接地故障下故障電流流經(jīng)的路徑是有區(qū)別的。交流開(kāi)關(guān)針對(duì)的是相零短路、相間短路故障，一般配置熱磁保護(hù)。熱保護(hù)是雙金屬在受熱時(shí)，因?yàn)榕蛎浵禂?shù)不一樣，彎曲推動(dòng)機(jī)構(gòu)，使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，起到了一定的保護(hù)作用。磁保護(hù)是故障電流流經(jīng)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)拉動(dòng)鐵芯瞬間動(dòng)作。

從深圳站用交流電源發(fā)生事故的案例中可以看出，由于開(kāi)關(guān)熱磁保護(hù)在動(dòng)作值、動(dòng)作時(shí)間上有一定的分散性，所以，較難利用熱磁保護(hù)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的級(jí)差選擇性。

交流電源系統(tǒng)使用開(kāi)關(guān)熱磁保護(hù)，因?yàn)槠鋭?dòng)作值、動(dòng)作時(shí)間有較大的分散性，所以，很難精確整定其相關(guān)數(shù)值，難以實(shí)現(xiàn)與站用變壓器保護(hù)的級(jí)差配合。針對(duì)這種情況，ABB、施耐德、良信電器等品牌交流開(kāi)關(guān)開(kāi)發(fā)商開(kāi)發(fā)出了電子脫扣式開(kāi)關(guān)。電子脫扣器是用電子元件構(gòu)成的電路，用來(lái)檢測(cè)主電路電流，放大、推動(dòng)漏電保護(hù)器動(dòng)作。這就相當(dāng)于在開(kāi)關(guān)上做保護(hù)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇帶定時(shí)限過(guò)流保護(hù)的電子脫扣器開(kāi)關(guān)作為進(jìn)線開(kāi)關(guān)和主饋電開(kāi)關(guān)。

圖3??相零短路、相間短路故障

3.1.4??零序過(guò)流保護(hù)

站用變壓器零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作的故障可能是站用變壓器的內(nèi)部故障，也可能是外部故障。使用站變零序保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)閉鎖380?V備自投切換，將限制備自投的作用。但是，站變零序保護(hù)動(dòng)作不閉鎖380?V備自投切換，將導(dǎo)致備自投誤切換后引起另一站用變壓器零序過(guò)流保護(hù)越級(jí)跳閘，從而發(fā)生全站站用交流電源失電的事故。

380?V備自投裝置設(shè)置零序過(guò)流保護(hù)，其采集的電流在站變以下，則判斷為故障在站變之外，必須閉鎖380?V備自投。在開(kāi)關(guān)與站變保護(hù)失配的情況下，利用380?V備自投裝置零序過(guò)流保護(hù)先于站變零序保護(hù)動(dòng)作，并閉鎖380?V備自投，可以有效避免事故擴(kuò)大化。

380?V備自投裝置零序過(guò)流保護(hù)接線方法如圖4所示。

由基爾霍夫定律可知，在站變低壓線圈中性點(diǎn)畫(huà)1個(gè)圈，則（^Ia+^Ib+^Ic）=-（^In）.?即將A＼B＼C三相電流合成零序電流，其幅值與站變零序電流相等，相位相反。所以，380?V備自投裝置零序電流接線方法如圖5所示。

圖4??380?V備自投裝置零??????圖5??380?V備自投裝置零序電流接線方法

序過(guò)流保護(hù)接線方法

前期采用A＼B＼C＼N線合成接地電流接線，與站變零序保護(hù)原理不一致，難以進(jìn)行級(jí)差配合整定，需更改為正確的接線方式?，F(xiàn)場(chǎng)更改方法如圖6所示。

圖6??正確的現(xiàn)場(chǎng)更改接線方式

將零序CT接端子一端接地，拆除N412線即可。

3.2??具體實(shí)施方案

方案1：利用斷路器電子脫扣器實(shí)現(xiàn)有選擇性地快速隔離故障，并通過(guò)精確整定，實(shí)現(xiàn)與站變保護(hù)的級(jí)差配合。具體的工作步驟是：①將負(fù)荷分類，采用“主饋開(kāi)關(guān)+分饋開(kāi)關(guān)”的設(shè)計(jì)。②站用交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)和主饋電開(kāi)關(guān)選用帶定時(shí)限過(guò)流保護(hù)的電子脫扣器，同時(shí)，要檢修電源、生活電源等饋線開(kāi)關(guān)，并為其配置漏電保護(hù)。③ABB開(kāi)關(guān)可選用Tmax系列的塑殼開(kāi)關(guān)，電子脫扣型號(hào)為PD222DS。施耐德開(kāi)關(guān)可選用NSX系列塑殼開(kāi)關(guān)，電子脫扣型號(hào)5.2?A。

如果在開(kāi)關(guān)隔離故障失效的情況下，可能會(huì)使系統(tǒng)事故擴(kuò)大化，因此，先要判斷故障是否為站用變壓器內(nèi)部故障。

從一次接線分析中可以看出，站變保護(hù)動(dòng)作故障可能為站變內(nèi)部故障，也可能是站變低壓開(kāi)關(guān)以下故障。380?V備自投裝置電流采自站變以下，如果裝置內(nèi)部設(shè)置“定時(shí)限過(guò)流保護(hù)”“零序過(guò)流保護(hù)”，即可依據(jù)保護(hù)動(dòng)作判定故障是站變外部故障，需要閉鎖備自投;反之，則為站變內(nèi)部故障，無(wú)需閉鎖備自投。

通過(guò)以上分析可知，從站變保護(hù)拉動(dòng)作接點(diǎn)閉鎖380?V備自投是不妥當(dāng)?shù)?，而?yīng)由380?V備自投裝置“定時(shí)限過(guò)流保護(hù)”“零序過(guò)流保護(hù)”來(lái)判斷并動(dòng)作后閉鎖備自投。

方案2：交流監(jiān)控裝置增加繼電保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)選擇性動(dòng)作。具體的工作步驟是：①將負(fù)荷分類，采用“主饋開(kāi)關(guān)+分饋開(kāi)關(guān)”的設(shè)計(jì)。②站用交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)選用帶電子脫扣的塑殼開(kāi)關(guān)。380?V備自投裝置增加定時(shí)限過(guò)流保護(hù)作為交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)保護(hù)備用。③主饋塑殼開(kāi)關(guān)配置常規(guī)5倍脫扣的熱磁保護(hù)，并利用饋線監(jiān)控裝置定時(shí)限過(guò)流保護(hù)，實(shí)現(xiàn)主饋開(kāi)關(guān)與進(jìn)線開(kāi)關(guān)的級(jí)差配合。④終端饋線開(kāi)關(guān)配置常規(guī)5倍脫扣的熱磁保護(hù)，并利用饋線監(jiān)控裝置定時(shí)限過(guò)流保護(hù)，實(shí)現(xiàn)終端饋線開(kāi)關(guān)與主饋開(kāi)關(guān)的級(jí)差配合。

以上2種方案都涉及保護(hù)整定配合問(wèn)題，下面簡(jiǎn)要闡述整定配合工作。

2011-09，在深圳供電局召開(kāi)的“站用交流電源繼電保護(hù)整定配合研討會(huì)”上，以1個(gè)典型的220?kV變電站站用電系統(tǒng)為案例，提出了整定配合圖，具體如圖7所示。

圖7??400?kVA站變整定配合圖

保護(hù)配合整定建議主要有以下兩點(diǎn)：①保護(hù)配合整定建議優(yōu)先考慮快速切除故障。②發(fā)生故障最多的是饋線回路，饋線開(kāi)關(guān)配合是關(guān)鍵。進(jìn)線開(kāi)關(guān)動(dòng)作隔離后，則會(huì)增加站變保護(hù)后備的危險(xiǎn)系數(shù)。

站用交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)是級(jí)差選擇的最后防線。交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)除了采用電子脫扣器并將事故跳閘節(jié)點(diǎn)閉鎖備自投以外，還在380?V備自投裝置上配置了“定時(shí)限過(guò)流保護(hù)”“零序過(guò)流保護(hù)”。這樣做，一方面，將380?V備自投裝置“定時(shí)限過(guò)流保護(hù)”作為電子脫扣器備份;另一方面，監(jiān)控裝置“零序過(guò)流保護(hù)”，可以判斷故障為站變外部故障，動(dòng)作即閉鎖備自投，避免事故擴(kuò)大化。

• 實(shí)際應(yīng)用

3.3.1??新建變電站

新建變電站時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：①進(jìn)線開(kāi)關(guān)、塑殼開(kāi)關(guān)要

圖8??新建變電站示意圖

配置帶定時(shí)限過(guò)流保護(hù)的電子脫扣器。②采用“饋線采用主饋電+分饋電”的設(shè)計(jì)方案，主饋電塑殼開(kāi)關(guān)配置帶定時(shí)限過(guò)流保護(hù)的電子脫扣器，終端饋電開(kāi)關(guān)配置5倍脫扣的熱磁保護(hù)。③設(shè)計(jì)站用交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)事故跳閘接點(diǎn)閉鎖380?V備自投。④在380?V備自投裝置中設(shè)置零序過(guò)流保護(hù)。在開(kāi)關(guān)隔離故障失效的情況下，可靈敏地實(shí)行站變保護(hù)動(dòng)作并閉鎖備自投。在380?V備自投裝置中，設(shè)置定時(shí)限過(guò)流保護(hù)，以此作為進(jìn)線開(kāi)關(guān)電子脫扣器定時(shí)限過(guò)流保護(hù)后備，并動(dòng)作閉鎖備自投。

3.3.2??老站改造

在老站改造時(shí)，要注意以下幾方面的內(nèi)容：①檢查站用交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)是否為電子脫扣開(kāi)關(guān)，如果不是，則將其更換為帶定時(shí)限過(guò)流保護(hù)電子脫扣器的塑殼開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)的選型和整定值與新建站方案相同。②檢查檢修、生活負(fù)荷饋線開(kāi)關(guān)是否帶漏電保護(hù)，如果沒(méi)有，則要求整改。③檢查饋線開(kāi)關(guān)熱磁保護(hù)脫扣的電流是否為5倍脫扣，不是則需整改。④檢查站用交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)事故跳閘接點(diǎn)閉鎖備自投接線是否正確，未接或不正確則需整改。⑤檢查380?V備自投裝置中是否設(shè)置零序過(guò)流保護(hù)，接線是否正確，是否具備動(dòng)作定值和動(dòng)作延時(shí)的整定功能。如果380?V備自投裝置不符合這些要求，則要求整改。

3.4??方案驗(yàn)證

3.4.1??試驗(yàn)室測(cè)試

根據(jù)提供的ABB、施耐德、良信電器品牌開(kāi)關(guān)樣品和試驗(yàn)平臺(tái)，測(cè)試方案的合理性。

3.4.2??變電站測(cè)試

在條件允許的情況下，在變電站進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。試驗(yàn)方案為：①檢查站變保護(hù)、交流進(jìn)線監(jiān)控裝置是否正常;②斷開(kāi)試驗(yàn)站變高壓側(cè)開(kāi)關(guān);③斷開(kāi)ATS與非試驗(yàn)站變連接的進(jìn)線開(kāi)關(guān)，合上ATS與試驗(yàn)站變連接的進(jìn)線開(kāi)關(guān);④斷開(kāi)380?V試驗(yàn)?zāi)妇€段所有的饋線開(kāi)關(guān);⑤合上試驗(yàn)用饋線開(kāi)關(guān);⑥使用大電流發(fā)生器加在試驗(yàn)用饋線開(kāi)關(guān)的下端，加載各種故障電流，模擬各種故障情況，判斷試驗(yàn)開(kāi)關(guān)的級(jí)差選擇性、開(kāi)關(guān)保護(hù)與交流監(jiān)控保護(hù)配合和在開(kāi)關(guān)失效的情況下，閉鎖備自投的情況。具體情況如圖9所示。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，改造后的保護(hù)系統(tǒng)能有效解決開(kāi)關(guān)與站變保護(hù)的級(jí)差配合問(wèn)題，并能根據(jù)各級(jí)保護(hù)裝置的動(dòng)作情況判斷站用變壓器的故障原因。如果動(dòng)作均正確，則表現(xiàn)出良好的配合特性。

圖9??變電站測(cè)試方案示意圖

4??結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)對(duì)站用電源系統(tǒng)保護(hù)級(jí)差配合的認(rèn)識(shí)和研究不夠全面、細(xì)致的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，保護(hù)配置和級(jí)差配合不合理的問(wèn)題普遍存在，這給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)了較大威脅。因此，開(kāi)展站用交流電源系統(tǒng)開(kāi)關(guān)保護(hù)和站變保護(hù)級(jí)差配合的研究學(xué)習(xí)，消除了系統(tǒng)運(yùn)行的安全隱患，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有非常重要的意義。

〔編輯：白潔〕

Discussion?on?Station?Accident?and?Failure?to?Protect?the?Differential

Transformer?with?AC?Power?System?Switch?to?Expand?Issue

Hu?Xiaoxia，?Peng?Yueyun

Abstract：?The?main?discussion?of?the?station?with?differential?power?system?protection，?analysis?and?discussion?from?design?to?field?applications?and?differential?protection?configuration?with?common?problems，?in?order?to?provide?a?reference?for?related?work.

Key?words：?station?power?supply?system;?differential?tie;?leapfrog;?trip