某220 kV內橋接線變電站線路保護改造方案

張鵬

摘? 要：220 kV內橋接線變電站作為終端變，通常不配置線路保護，靠對側電源端線路保護切除故障。如果是主變低壓側區內故障，在高壓側開關失靈情況下，對側保護距離Ⅱ段或Ⅲ段動作，這樣主變承受故障電流時間增長。為了實現全線速動，某變電站一回220 kV線路增設雙套線路保護。同時為了減小線路開關失靈時短路電流對主變的沖擊，線路開關配置失靈保護。在線路保護改造過程中遇到了互感器選型、開關保護選型和操作箱選型等問題，文中給出了處理方案。

關鍵詞：內橋接線? 線路保護? 復合變比? 失靈保護? 分相操作箱

中圖分類號：TM773? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（a）-0054-04

A Scheme to Add Transmission Line Relay at a 220 kV Internal Bridge Wiring Substation

ZHANG Peng

（Xuzhou Survey and Design Center of State Power Economic Research Institute， Xuzhou， Jiangsu Province， 221005? China）

Abstract： Usually there is not transmission line relay disposition at a 220kV internal bridge wiring terminal substation. It depends on transmission line protection at the opposite side substation. When a ground fault occurs on low-voltage side，if high-voltage side switch refuses to open，it depends on backup distance protection at the opposite side substation. To improve fast-trip performance and protection the main transformer，two transmission line relays are added at a 220kV substation. Current transformer and voltage transformer selection， failure protection relay selection and operation box selection problems are discussed in this paper.

Key Words： Internal bridge wiring;Transmission line relay;Compound transformation ratio;Breaker failure protection;Single phase operation box

內橋接線方式在110 kV變電站是常見的接線方式。而在220 kV變電站中，有時為了簡化主接線，節省投資，往往也采用內橋接線。相對于雙母線接線變電站，220 kV內橋接線變電站本身數量少，沒有通用設計方案參考。早期建設的變電站往往不能滿足國網反措要求，例如：220 kV出線未配置線路保護或僅配置單套線路保護，220 kV線路開關、橋開關未配置失靈保護，220 kV雙套保護共用保護二次繞組等。該文對江蘇電網某220 kV內橋接線變電站保護配置進行分析，指出存在的問題，給出了改造方案。

1? 變電站現狀

一期建設2號主變、進線2開關和橋開關，2002年投運;二期擴建1號主變和進線1開關，2006年投運。二期擴建后220 kV部分為內橋接線，戶外敞開式布置。220 kV部分主接線如圖1所示。

改造前220 kV系統未配置線路保護、斷路器保護和母線保護。1號、2號主變配置雙套電氣量保護和單套非電量保護。橋開關僅配置備自投裝置一套。

2? 存在的問題

上述保護配置，存在如下問題：（1）因為未配置線路保護，靠對側電源端線路保護切除故障，不能實現全線速動[1]。（2）對于線路開關和電流互感器之間的死區故障，主變保護不能切除，無開關失靈或遠方跳閘保護來補救[2]。（3）因為沒有配置開關失靈保護，220 kV開關失靈后，靠對側保護距離Ⅱ段或Ⅲ段動作，主變承受故障電流時間增長，危害主變安全[3-4]。（4）因為沒有線路保護和橋開關保護，220 kV不能合環運行，不能通過該站轉供負荷，只能作為終端變開環運行[5]，限制了調度運行方式。

針對上述問題，國網反措2018版[6]做了要求。例如：國網反措15.1.4條要求“220kV及以上電壓等級線路、變壓器、母線等輸變電設備的保護應按雙重化配置”，國網反措15.2.10.1條要求“當接線形式為線路-變壓器組時，線路和主設備的電氣量保護均應啟動斷路器失靈保護。當該側斷路器無法切除故障時，應采取啟動遠方跳閘等后備措施加以解決”。為了滿足反措要求，該變電站需要進行保護改造。

3? 改造方案

2019年進線1開斷環入一個新建變電站，為進線1保護改造提供了機會。開環后的線路按國網反措要求配置雙重化的線路保護。進線2和橋開關保護維持現狀，留待將來改造。一次設備方面，進線CT和進線PT二次保護繞組數不夠使用，在改造過程中更換，其他一次設備保持不變。經過物資招標，中標第一面保護柜含北京四方CSC103A-G光差保護和JFZ-12FX分相操作箱，第二面保護柜含南瑞科技NSR303A-G光差保護和NSR321A-G斷路器保護。

3.1 進線CT和進線PT的選型

前期進線CT只有5個二次繞組，準確級為10P/10P/10P/0/5/0.2S，保護繞組只有3個。前期進線PT只有3個二次繞組，準確級為0.2/3P/6P，保護繞組只有1個。CT和PT的保護繞組不夠雙重化的主變和線路保護使用。國網反措15.2.2.1條講到：“兩套保護裝置的交流電流應分別取自電流互感器互相獨立的繞組;交流電壓應分別取自電壓互感器互相獨立的繞組。”更換后的進線CT有6個二次繞組，準確級為5P/5P/5P/5P/0.5/0.2S。更換后的進線PT有4個二次繞組，準確級為0.2/0.5（3P ）/3P/6P。

因為建設較早，220 kV進線CT原變比均為2X600/5，現場運行在1 200/5，那么更換后的CT變比如何選擇呢？對側新建站CT變比為2 500/1，該側變比如果仍選1 200/5，勢必造成兩側變比差別較大，不利于電流差動保護。對于220 kV線路保護來說，變比太小容易飽和而引起誤動[7]。為了減小對現有二次設備的影響，同時滿足220 kV線路保護的要求，進線CT更換為復合變比CT。即除了進線1保護的2個繞組采用變比2X1250/5外，其他繞組仍沿用原變比。復合變比CT為非標準化產品，經過計算并與互感器廠家溝通，最終確定了容量、動穩定電流和熱穩定電流等參數。

3.2 開關失靈保護選型

假設1號主變區內故障，主變差動保護動作跳三側開關。如果線路開關1DL失靈，則需要對側線路保護相間（接地）距離Ⅱ段跳開電源側開關來切除故障。如果是主變中壓側或低壓側區內故障，距離Ⅱ段不能深入中壓側或低壓側，只能依靠距離Ⅲ段動作，這樣動作時間增長，1號主變必然要承受較長的故障電流。按照國網反措要求進線1DL開關需要配置開關失靈保護，作為近后備切除相鄰開關，保證1號主變安全。

2010年江蘇繼電保護“六統一”原則規定：第二面線路保護柜中保留斷路器輔助保護裝置，僅使用其過流保護功能[8]。按照《線路保護及輔助裝置標準化設計規范》[9]要求，斷路器輔助保護裝置判斷失靈電流后，啟動母線保護才能啟動跳閘出口。而220 kV母線未配置母線保護，僅依靠輔助保護裝置不能跳開相鄰開關。因此第二面線路保護柜需要配置獨立的含斷路器重合閘功能的斷路器保護，由它直接出口跳開相鄰開關。

南瑞科技提供的斷路器保護裝置能夠完成這一功能。這套裝置除了充電保護外，還配置了失靈保護。充電保護正常停用。失靈保護判斷線路電流，失靈判別電流串接于第二套線路保護電流回路后。當進線1DL檢修或1號主變檢修時，失靈保護停用。

失靈啟動邏輯分單跳啟失靈和三跳啟失靈。兩套線路保護跳閘接點接入失靈保護裝置單跳啟失靈開入。1號主變電氣量保護跳閘接點接入失靈保護裝置保護三跳開入，1號主變非電量保護跳閘不啟動失靈。失靈保護邏輯見圖2。

開關失靈保護動作后，以第一時限重跳本開關，第二時限跳相鄰開關，相鄰開關包括1號主變中、低壓側開關、橋開關和線路對側開關。第一時限重跳本開關接入線路操作箱TJQ三跳回路。因為主變保護無失靈聯跳開入，第二時限跳主變中、低壓側開關直接接入主變非電量跳閘開入，由非電量出口接點跳開主變中、低壓側開關。第二時限跳橋開關直接接入橋開關操作箱TJR永跳開入。第二時限跳線路對側開關接入線路操作箱TJR永跳開入。利用線路保護的光纖通道，將線路開關操作箱TJR永跳接點分別接入兩套線路保護裝置遠跳開入，通過兩套線路保護各自發遠跳命令跳開對側開關。

3.3 線路操作箱選型

原進線1DL為三相機械聯動開關，1號主變保護動作后，通過柜內三相操作箱跳開1DL。高壓側選用三相聯動開關能避免主變非全相運行，這也滿足國網反措12.1.1.7條要求。而新的線路保護柜內配置分相操作箱，線路保護動作后通過分相操作箱跳開1DL。那么帶來的問題是，應該用三相操作箱還是分相操作箱來操作1DL呢？在《線路保護及輔助裝置標準化設計規范》中，線路保護只提供單相跳閘回路同分相操作箱配合。廠家只提供按標準化設計的保護圖紙，不提供含三相操作箱保護圖紙。所以原主變保護柜三相操作箱只能改為備用，啟用線路分相操作箱來操作1DL。

分相操作箱通過以下方式同三相機構配合。由分相操作箱的A相跳閘（或合閘回路）來啟動三相開關機構跳閘（或合閘）線圈。將B，C相的跳位監視（或合位監視）并聯在A相跳位監視（或合位監視）上，這樣操作箱面板指示燈能正確反映機構分閘、合閘狀態，同時能夠避免控制回路斷線誤報的問題[10]。

操作箱的調整，帶來1號主變保護出口接線的調整。1號主變電氣量保護跳1DL原來接入1號主變高壓側操作箱，現改接入線路操作箱TJQ三跳回路。1號主變非電量保護跳1DL改接入線路操作箱TJF非電量跳回路。操作箱的調整同時帶來備自投閉鎖回路的調整，原來主變高壓側操作箱STJ手跳接點閉鎖橋備自投的回路，改由線路操作箱STJ手跳接點來閉鎖橋開關備自投。

4? 后續工程設想

目前該變電站僅改造一回線路，還剩一回線路未改造，建議在將來參照本工程進行改造。進線2PT更換后，二次繞組數量將增加1組，220 kV電壓并列裝置需要增加該繞組接線。橋開關未配置保護，將來合環運行時，需要配置獨立斷路器保護，含充電保護和開關失靈保護等功能。將來合環運行后，在1號主變退出運行時，1DL和3DL之間的連接線將成為保護死區[11]，還需要配置短引線保護。同樣道理，2號主變退出時形成的2DL和3DL之間的死區也需要配置短引線保護。因為電流互感器保護繞組數量限制，不建議配置220 kV母線保護。

5? 結語

該變電站線路保護改造已經于2019年6月順利投運。保護改造后，能夠實行進線1全線路速動。新配置的開關失靈保護，作為近后備保護，能夠縮短開關失靈后故障切除時間，有利于主設備安全。該文介紹了某220 kV內橋接線變電站線路保護改造工程，并對后續工程進行了設想，供其他類似工程參考。

參考文獻

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