220kV雙母線接線方式下的失靈保護操作差異性分析

云南電網有限責任公司玉溪供電局 何 睿 邱香麗 鄧 濤 黃義琪

關鍵字：母線保護；失靈保護；變電運行；操作

1 概述

變電站母線是電能匯集與輸送的核心樞紐，母線保護的正確動作與否關系著供電安全。母線失靈保護作為一種可靠的后備保護，在高壓電網中已得到了普遍應用，其動作行為的正確性直接影響到電網的安全運行。而目前失靈保護涉及多個電力元件，接線復雜，各變電站的母線失靈保護連接片設置有所區別，正確理解失靈保護連接片設置的功能和差異，對變電運行人員正確進行操作十分必要。本文基于玉溪電網220kV雙母線接線方式的變電站失靈保護連接片的設置進行對比分析，提出變電運行失靈保護投退操作的建議，確保失靈保護投退的正確性。

2 失靈保護的基本概念

當電力設備出現故障時，該設備主要保護動作信號出口，但因某種原因，斷路器拒不動作跳閘，此時綜合故障設備的保護動作信息，以及斷路器電流信息，精準判斷斷路器是否失靈，判斷斷路器失靈后失靈保護動作，快速將故障設備和與其相連的其他支路隔離，減小故障影響范圍，防止故障擴大。斷路器失靈是電網發生故障的基礎上斷路器拒動，可以根據實際情況減少其對保護的要求，但是必須在保護不誤動的前提下以較短延時，有選擇性地切除故障。當前環境下，斷路器失靈保護本質上屬于后備保護方式，并被廣泛運用于220kV級以上電壓等級不同接線方式的電氣設備中。

3 失靈保護回路組成

失靈保護由復合電壓閉鎖元件、啟動回路、時間元件及跳閘出口回路組成。啟動回路由保護動作與電流判別元件構成，串有保護動作出口接點和有流判據輸出接點，邏輯判斷回路由時間元件、判斷元件以及復壓閉鎖元件等構成[1]。啟動回路和邏輯判斷回路共同構成了失靈保護動作的條件。其中，啟動回路是核心部分，直接影響失靈保護能否正確發揮其功能，必須確保回路的正確、安全與可靠。因此，該回路需進行雙重判別，以確保失靈保護啟動的判別正確性，防止由于保護觸點卡死、延誤、誤碰等誤動作而導致誤動或動作邏輯錯誤。判別斷路器失靈時，需要啟動元件和判別元件共同達到判別條件，啟動元件動作時既可運用出口跳閘繼電器觸點，同時還可運用與出口跳閘繼電器并聯的中間繼電器觸點，如果觸點動作后沒有復位，則判別斷路器失靈。

判別元件是通過不同方式判定故障是否消除。現階段，線路故障主要通過相電流判定，主變故障通過零序電流判定。當保護動作后故障電流達到判定值，判斷為故障并未完全消除。

失靈保護的時間元件掌控著失靈保護動作時間，以特定的邏輯時序讓保護出口動作隔離故障。為了防止單一時間元件故障造成失靈保護誤動，時間元件須與啟動回路構成“與邏輯”，再啟動出口繼電器[2]。而失靈保護判據的實現方式分為以下兩種。

3.1 失靈保護判據在線路（主變）保護實現

如圖1所示，線路（主變）失靈啟動回路在線路（主變）保護上實現，將保護動作接點與電流判據元件動作接點串接，通過失靈電流判據接點串上保護單跳和三跳接點（主變只需串接三跳接點），再與電壓切換接點串接，開入到母線保護裝置，完成失靈保護功能判斷[3]。

圖1 失靈保護判據在線路（主變）保護實現

3.2 失靈保護判據在母線保護實現

如圖2所示，線路（主變）失靈啟動回路在母線保護屏實現，母線保護引入線路單跳和三跳接點（主變只需接三跳接點），將保護動作接點作為母線失靈保護裝置啟動的開入，失靈電流判據接點在母線保護屏，通過母線保護裝置判斷相應回路是否有流，母線選擇通過引入相應支路母線刀閘位置確定。該方式下，失靈“三要素”（保護動作、故障電流、延時）集中在母線保護裝置中，即使出現誤碰失靈開入的情況，由于失靈電流在母線保護中進行判別，可以極大地降低失靈保護誤動可能性，且接線形式的簡化增加了回路可靠性，降低了誤操作可能性。

圖2 失靈保護判據在母線保護實現

220kV母線失靈保護的動作邏輯圖如圖3、圖4所示。

圖3 線路斷路器失靈保護動作邏輯

圖4 變壓器斷路器失靈保護動作邏輯

為了防止失靈保護繼電器誤動作，或誤碰出口中間繼電器造成母線保護動作，故母線保護都采用了電壓閉鎖元件。對于主變壓器斷路器失靈保護，解除電壓閉鎖回路由主變電量保護動作接點開出，串接壓板直接開入到母線保護裝置，不經電流判據閉鎖，可以防止主變壓器低壓側故障而保壓測開關失靈時，斷路器失靈保護復合電壓閉鎖元件靈敏度不足的問題。

4 現場失靈保護投退操作關鍵點分析

目前，玉溪電網220kV母線保護裝置多采用南京南瑞PCS-915、北京四方CSC-150及長園深瑞BP-2C等型號，三種型號的裝置均具備斷路器失靈保護功能，線路（主變）失靈啟動回路在母線保護裝置內實現，線路保護和主變保護未單獨配置失靈保護或失靈判別元件。

220kV及以上電壓等級的輸電線路輸送距離遠，發生的故障類型以單相接地故障為主，故采用分相斷路器以保障線路的輸送能力和系統的穩定性。而主變側斷路器因防止斷路器缺相運行繼而造成主變壓器故障，故采用三相聯動斷路器。因此，在啟動失靈回路中，母線保護引入線路保護單跳和操作箱三跳接點，若為主變保護則接入斷路器三跳接點，將保護動作接點作為母線失靈保護裝置啟動的開入，通過裝置內失靈電流判據判斷相應回路是否有流。

玉溪電網220kV以上線路保護、主變保護、母線保護均完成雙重化配置，每套失靈保護對應一組跳閘線圈。出線間隔的失靈啟動回路也采用雙套獨立設計，每套保護啟動兩套失靈保護時使用兩組不同的保護動作空接點，每組接點分別接入一套失靈保護[4]，不能采用一組保護動作啟動失靈接點并接入兩套失靈保護的方式，以保證兩路啟動回路互不干擾。

線路主一保護、主變主一保護動作啟動第一套母線保護失靈保護回路、跳斷路器第一組跳閘線圈；線路主二保護、主變主二保護動作啟動第二套母線保護失靈保護回路、跳斷路器第二組跳閘線圈[5]；這樣的回路改造提高了兩套母線保護之間回路的獨立性，以及保護動作的可靠性。在雙套母線失靈連接片均投入時，母線失靈保護判別達到失靈保護動作條件，由母差保護跳母線各斷路器出口連接片出口跳閘，同時由母線保護裝置根據母差失靈啟動主變非電量連接片，啟動主變斷路器操作箱的失靈繼電器，并經非電量出口跳主變三側。變電運行人員進行220kV雙母接線上斷路器失靈保護退出時，涉及的相關屏柜及連接片見表1、表2。

表1 220kV線路斷路器失靈保護關聯的連接片

表2 主變220kV斷路器失靈保護關聯的連接片

通過表1和表2可得出，由于功能和回路接線相同，玉溪電網220kV雙母接線方式的變電站中，線路保護屏、主變保護屏內的失靈保護連接片設置均相同，而在母線保護屏內出現差異。

對于線路斷路器失靈保護。220kV線路主一、主二保護屏內均設有斷路器A/B/C相跳閘啟動第一套母差失靈連接片，操作箱通常與線路主一保護屏組屏，屏內設有三跳啟動第一套、第二套母差失靈連接片。以上連接片作為啟動回路出口連接片，在投入、退出斷路器失靈保護時必須同時、完整操作。

對主變斷路器的失靈保護。主變主一、主二保護屏內主變保護動作啟動失靈保護I、主變保護動作啟動失靈保護Ⅱ作為啟動回路出口連接片；主變保護動作解除電壓閉鎖回路由解除失靈復壓閉鎖I、主變保護動作解除失靈復壓閉鎖Ⅱ連接片串接直接開入到母線保護裝置；非電量保護裝置通常與單獨組屏或與主二保護組屏，屏內的失靈保護動作聯跳主變三側連接片串接到母線保護裝置出口回路，后若母線保護屏內母差失靈啟動主變非電量連接片投入，則失靈啟動時啟動主變斷路器操作箱的失靈繼電器，并經非電量出口跳主變三側。以上連接片聯通失靈保護的整個回路，在投入、退出斷路器失靈保護時必須同時、完整操作。

由于投運時間較早或母線失靈保護未完成回路優化改造，部分變電站的220kV母線失靈保護連接片有所差異：

一是母線保護屏上配置了斷路器失靈啟動投入連接片。該連接片位于斷路器失靈保護啟動回路和母線保護裝置電流判別元件之間，是線路保護裝置ABC單相和三相失靈啟動接點并接后與之串接。若該連接片退出，則斷路器失靈啟動回路斷開，母線失靈保護不能判別斷路器各相動作接點和操作箱三相跳閘出口繼電器TJR的實際位置，導致斷路器失靈保護退出。

系統內曾發生過因母線保護屏內失靈啟動保護連接片未退出，導致保護試驗加量時引起母線失靈保護誤動事件。事件中涉及保護校驗工作，運行人員退出失靈保護時只退出了工作斷路器的失靈啟動連接片，母線保護側的失靈啟動連接片未退出，在保護加量時啟動了失靈保護，開入到母差保護引起母差失靈保護誤動。因此，在運行人員進行失靈保護操作時需要視整個斷路器失靈回路為一個整體，將整個失靈回路內的連接片完全退出，對于母線失靈保護配置有斷路器失靈啟動投入連接片的情況，退出斷路器失靈保護時必須將母線保護裝置對應斷路器的失靈啟動投入連接片也退出，防止人為事故的發生。

二是母線保護屏上配置了主變失靈解除復壓閉鎖連接片。主變斷路器失靈解除復壓閉鎖可以由母線或是變壓器保護完成解除電壓閉鎖的邏輯，但玉溪電網該邏輯由變壓器保護完成，母線保護只保留解除電壓閉鎖開入，接到變壓器保護的開入后，解除該母線的失靈電壓閉鎖。按照南方電網典型設計，該連接片設置于主變保護屏，母線保護屏內不再單獨設置，但部分變電站由于投運時間較早，在母線保護屏內保留了主變失靈解除復壓閉鎖連接片。兩個保護屏內的兩塊連接片為串接關系，主變保護判別邏輯后開入給母線保護，當母線保護該連接片投入時方可動作解除主變復壓閉鎖，完成失靈保護動作出口。因此，存在此連接片的變電站斷路器投入運行前必須將其投入，退出失靈保護時將其退出，才能保證保護功能投退的正確性。

5 結語

失靈保護對于快速可靠地切除故障，保護母線、主變等關鍵設備起著至關重要的作用。隨著保護可靠性要求越來越高，失靈保護回路涉及的屏柜、裝置、連接片也成倍增加。變電運行人員理清所轄變電站失靈保護回路，與各個保護之間的聯系，知曉其保護配置特殊性是做好保護投退的基礎，才能正確執行保護投退操作，不因漏項操作或者多項操作引起誤操作甚至因此引發的重大的人為電網、設備事故。