110 kV母差失靈一體化保護改造方案研究及應用

陳祎亮，王世祥，張 琳

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518020)

0 引言

失靈保護是作用于斷路器跳閘的近后備保護。當線路或主變等保護動作發出跳閘指令后，由于某種原因(如跳閘線圈斷線或壓力低閉鎖等)造成斷路器拒動時，失靈保護啟動回路會啟動站內的失靈保護系統，經失靈保護邏輯判別后，迅速跳開母聯斷路器，并把與故障斷路器接于同一段母線的其他所有斷路器跳開，以實現故障隔離。根據GB14285—93《繼電保護和安全自動裝置技術規程》的要求，220 kV及以上電壓等級電網均應配置失靈保護。110 kV電壓等級通常未配置失靈保護功能。然而，隨著電網發展規模越來越大，受短路電流水平和系統穩定性的影響，對電網運行方式以及供電可靠性的要求越來越高，在現有220 kV變電站的110 kV側配置失靈保護將是未來保護配置的趨勢。

目前，國內對220 kV及以上系統的失靈保護的相關研究已趨于成熟。某些失靈保護能自行實現開關電流的監測與間隔所屬母線的判別功能，即各保護間隔僅提供跳閘接點作為母差保護失靈開入，因其大幅簡化了接線而便于維護，現已廣泛應用于220 kV及以上的變電站。當220 kV變電站110 kV系統的電氣主接線為雙母帶旁母時，考慮到主變變中代路情況的失靈回路設計，較常規220 kV變電站220 kV系統雙母接線的失靈回路更為復雜，不適用于新型的母線保護裝置。因此，現以某公司220 kV變電站的改造經驗為例，研究適應于新型母線的保護裝置，并考慮在最復雜接線方式下的110 kV系統上增配失靈保護的設計方案。

1 變電站110 kV母線失靈保護介紹

110 kV母差失靈一體化保護改造是在原有110 kV母線保護的基礎上，增加失靈回路以實現斷路器失靈保護功能的改造。該220 kV變電站的110 kV母線保護采用南京南瑞繼保電氣有限公司的PCS-915系列微機母線保護，具備母線差動保護、母聯過流保護、母聯非全相保護、母聯死區保護、母聯失靈保護及斷路器失靈保護功能。

1.1 母聯失靈保護邏輯

母聯失靈保護邏輯如圖1所示。當保護向母聯發出跳閘指令后，經整定延時母聯電流仍然大于母聯失靈電流定值時，母聯失靈保護經各母線電壓閉鎖分別跳相應的母線。母差保護、母聯過流保護、母聯非全相保護以及外部啟動母聯失靈開入均可以啟動母聯失靈保護。母聯失靈保護功能固定投入。

1.2 斷路器失靈保護邏輯

斷路器失靈保護邏輯如圖2，3所示。斷路器失靈保護由母線上各連接元件保護裝置提供的保護跳閘接點啟動。輸入110 kV母線保護裝置的跳閘接點有2種。

(1)分相跳閘接點。分別對應各元件保護裝置的跳A相、跳B相、跳C相，當失靈保護保護檢測到此接點動作時，若該元件的對應相電流大于失靈相電流定值，則經過失靈保護電壓閉鎖啟動失靈保護。

(2)三相跳閘接點TJ。當失靈保護檢測到此接點動作時，若該元件的任一相電流大于失靈相電流定值(或零序電流大于零序電流定值，或負序電流大于負序電流定值)，則經過失靈保護電壓閉鎖啟動失靈保護。

失靈保護啟動后經跟跳延時再次動作于該元件斷路器，經跳母聯延時動作于母聯，經失靈延時切除該元件所在母線的各個連接元件。

圖1 母聯失靈保護邏輯

圖2 斷路器失靈保護邏輯(線路支路)

圖3 斷路器失靈保護邏輯(主變支路)

由圖3可見，對于主變支路的斷路器失靈保護邏輯，裝置另設“失靈解除電壓閉鎖”開入。為防止主變低壓側故障且中壓側開關失靈時，中壓側母線的電壓閉鎖靈敏度有可能不夠的情況，可同時將主變另一對跳閘接點接至“失靈解除電壓閉鎖”開入，該接點動作時允許解除電壓閉鎖。

同時，失靈保護還為主變支路提供了聯跳主變其他各側開關的功能。220 kV主變110 kV側開關失靈時，220 kV系統將經過220 kV主變向110 kV母線故障點提供很大的短路電流，若僅依靠主變的后備保護經一定延時去切除220 kV和10 kV斷路器，在此延時的時間內可能造成220 kV主變燒毀的嚴重后果，因此110 kV失靈保護需要具備主變變中失靈聯跳三側的功能。

2 線路及母聯支路失靈改造方案研究

2.1 線路支路

受110 kV斷路器三相式控制方式的限制，110 kV線路保護無法提供分相跳閘接點，僅能提供三相跳閘接點作為三相失靈開入。由前述可知，當母線保護檢測到三相失靈開入置“1”后，若該間隔的任一相電流大于定值，則均可經復壓判據啟動失靈保護,故僅使用三相跳閘接點即能夠滿足失靈保護要求。

該220 kV變電站的110 kV線路間隔多采用南京南瑞繼保電氣有限公司RCS941B或RCS943B型保護裝置，應采用1組備用跳閘接點作為三相跳閘啟動失靈開入母差保護，該線路的失靈回路如圖4所示。

圖4 線路支路啟動失靈回路

2.2 母聯支路

由前述可知，對于PCS-915型母線保護裝置，外部啟動母聯失靈開入并非母聯失靈保護的必要條件。當一次系統發生故障且出現母聯斷路器拒動的情況時，可通過母差保護或母聯過流保護動作啟動母聯失靈保護。

結合現場實際，雖然母聯1012開關單獨配備了南京南瑞繼保電氣有限公司的RCS9611AII型保護裝置，但其長期退出運行。母聯充電及母聯過流保護均由PCS-915母線保護實現。因此，單獨設計外部啟動母聯失靈回路并無意義,本次失靈改造未設計相關回路。

3 主變支路失靈改造方案研究

主變支路的失靈改造方案應包括啟動失靈回路、失靈解除復壓閉鎖回路以及失靈聯跳主變三側回路，對于一次電氣主接線具備旁路母線的，還應考慮主變變中旁路代路時的相關失靈回路。以該變電站1號主變支路失靈改造方案為例，對上述回路進行介紹。

3.1 啟動失靈回路

220 kV主變保護采用南京南瑞繼保電氣有限公司RCS-978G2型保護裝置，啟動失靈回路應采用電氣量保護的備用跳閘接點作為三相跳閘啟動失靈開入母差保護。現場保護跳閘出口及矩陣如表1所示。

表1 主變保護跳閘出口及矩陣

由表1可知，跳1101啟動失靈應與跳1101取自同一出口，故可選用D2的1A27-1A29節點用于跳變中啟動失靈回路。由于220 kV主變保護為雙重化配置，而110 kV系統僅配置1套母線保護，故可采用主一與主二保護跳閘節點并聯方式(即“二對一”方式)啟動主變失靈，其失靈回路如圖5所示。

3.2 失靈解除復壓閉鎖回路

按照國網公司《十八項反措》要求，為提高可靠性，失靈解除復壓閉鎖與跳1101開關啟動失靈所用接點應分別取自不同的繼電器。由表1可見，D9位控制字未被占用，故采用D9的1B22-1B24接點作為失靈解除復壓閉鎖開入母差保護。同時在整定主變保護定值時，跳閘矩陣中D9位應與D2位同時投退。與啟動失靈回路相同，失靈解除復壓閉鎖回路為“二對一”方式，其回路如圖6所示。

圖5 主變支路啟動失靈回路

圖6 主變變中開關失靈解除復壓閉鎖回路

3.3 失靈聯跳主變三側回路

一旦變壓器啟動失靈，則要求失靈保護同時跳主變三側。因此，在不增加失靈保護出口數量的前提下，可以將失靈保護跳主變回路接至變壓器非電量啟動回路中。結合現場實際，可利用主變突變非電量(或其他非延時跳閘非電量)保護去實現失靈聯跳功能。

失靈聯跳主變三側回路如圖7所示，將母線保護失靈聯跳主變三側出口節點引至主變非電量保護，通過備用壓力突變繼電器J9完成失靈聯跳主變三側的功能。當110 kV母線保護的主變支路失靈保護動作時，對應失靈聯跳接點閉合，使繼電器J9勵磁，對應J9常開接點閉合，啟動非電量跳閘繼電器TJ，完成主變三側開關跳閘。

3.4 旁路代路時的啟動失靈回路

關于旁路代主變斷路器啟動失靈保護的相關問題，存在直接利用主變保護啟動旁路開關失靈而退出旁路斷路器啟動失靈的方案。但該方案遭到了相關學者的否定，認為該方案最大的問題是不能自動識別旁路斷路器所接具體母線，因而沒有解決具體為哪條母線啟動失靈的問題。同時提出了旁路代路運行時，旁路斷路器、變壓器斷路器啟動失靈裝置同時投入，采用變壓器啟動失靈裝置第一時限完成解除復壓功能，并用旁路斷路器啟動失靈電流判別觸點串接旁路斷路器操作箱TJR觸點及旁路斷路器位置觸點啟動失靈保護的方案。

圖7 失靈聯跳主變三側回路

然而，由于保護裝置的發展，新型的母線保護裝置已經具備了檢測支路開關電流以及判別支路所屬母線的功能。因此，該220 kV變電站旁路代路的啟動失靈方案設計為：直接利用主變保護啟動旁路開關失靈，并與主變保護失靈解復壓相配合。當主變變中由旁路代路發生故障而旁路開關拒動時，110 kV母線保護收到來自主變保護的起動旁路開關失靈開入及解除失靈復壓閉鎖開入，經自身判斷旁路開關電流及旁路開關所接母線位置后，斷路器失靈保護動作，隔離故障。

旁路開關啟動失靈回路如圖8所示。由于跳1030啟動失靈應與跳1030取自同一出口，故選用D2的1B1-1B3節點作為三相跳閘啟動失靈開入母差保護。當主變變中正常運行時，退出主變主I保護屏1LP22、主II保護屏2LP22壓板，投入1LP23、2LP23壓板；當主變變中由旁路代路運行時，退出主變主I保護屏1LP23、主II保護屏2LP23壓板，投入1LP22，2LP22壓板，主變失靈解除復壓閉鎖1LP27，2LP27長期投入運行。

圖8 旁代主變時的起動失靈回路

4 結束語

以某220 kV變電站的110 kV母差失靈一體化保護改造工程為例，結合110 kV斷路器控制回路特點，研究了220 kV變電站110 kV電壓等級的失靈改造方案，涵蓋了母聯支路、線路支路及主變支路的完整失靈回路，并考慮到了主變變中旁路代路時的啟動失靈回路。

該工程完成后，全站設備運行狀態良好，不僅使110 kV母線的運行方式更加靈活，也大大縮短了斷路器失靈時的故障切除時間，有效地提高了系統運行的可靠性。

1 賀家李，宋從矩．電力系統繼電保護原理[M]．北京：水利電力出版社，1994.

2 賀 春，李 鑫．220 kV主變壓器高壓側斷路器失靈保護的若干問題分析[J]．電力系統保護與控制，2010(1).

3 李洪衛，鄒浩斌．傳統失靈保護回路的研究及其優化方案[J]．電力系統保護與控制，2009(24).

4 王 艇．從輔助接點解析雙母線母差保護[J]．電力安全技術，2013(11)．

5 秦 超．一起保護定校工作中的母差跳閘事故[J]．電力安全技術，2013(2)．