某66 kV變電站主變壓器保護動作閉鎖備自投邏輯優化

單汝濤,琚永安,劉 聰

(國網四平供電公司,吉林 四平 136099)

0 引言

隨著地區電網不斷發展,越來越多的雙電源變電站建成投入使用,內橋接線由于節省一次設備投資、占地小、供電可靠性高及運行方式靈活等優點,在終端變電站被廣泛采用。備用電源自動投入(以下簡稱為備自投)裝置作為雙電源終端變電站的重要安全自動裝置,具備在設備故障情況下快速恢復供電的任務,但同時又要保證不會合閘故障設備,因此備自投裝置必須具備完善的閉鎖邏輯,保證在不同運行方式下均能正確動作[1-7]。

某66 kV內橋接線變電站采用主變壓器(以下簡稱為主變)重瓦斯、差動及高后備保護動作閉鎖備自投的傳統閉鎖邏輯。基于該邏輯以主變故障為例,分析不同備自投方式下主變保護與備自投的閉鎖邏輯關系,以及主變保護閉鎖備自投邏輯存在的安全隱患,提出優化方案,提高變電站供電可靠性。

1 某66 kV內橋接線變電站保護配置

1.1 主變保護配置

某66 kV變電站內橋接線方式如圖1所示。每臺主變電量采用主、后備保護一體的雙重化配置,即每套保護包括完整的主、后備保護功能;非電量保護單套配置。保護具體配置:①主變非電量保護配置重瓦斯保護,作為主變內部故障主保護,動作后跳主變高、低壓側及內橋側的斷路器;②主變電量保護配置差動保護,作為主變繞組、套管及引出線各種短路故障的主保護,動作后跳主變各側斷路器;③主變電量保護在主變高、低壓側各配置1套復合電壓閉鎖過電流保護作為后備保護(簡稱高、低后備),其中高后備動作后跳主變各側斷路器。

圖1 某66 kV變電站內橋接線方式

1.2 備自投方式

該變電站配置1套66 kV備自投裝置,實現進線備自投和內橋備自投功能。主變重瓦斯、差動及高后備保護(以下簡稱為主變保護)動作均閉鎖66 kV備自投。

a. 進線備自投方式

備自投方式1:進線1運行,進線2熱備用,即1DL和3DL運行,2DL熱備用,滿足66 kV Ⅰ、Ⅱ母無電壓、1DL無電流時,跳1DL合2DL。

備自投方式2:進線2運行,進線1熱備用,即2DL和3DL運行,1DL熱備用,滿足66 kV Ⅰ、Ⅱ母無電壓、2DL無電流時,跳2DL合1DL。

b. 內橋備自投方式

備自投方式3:進線1和進線2運行,內橋熱備用,即1DL和2DL運行,3DL熱備用,滿足66 kV Ⅰ母無電壓、1DL無電流時,跳1DL合3DL。

備自投方式4:進線1和進線2運行,內橋熱備用,即1DL和2DL運行,3DL熱備用,滿足66 kV Ⅱ母無電壓、2DL無電流時,跳2DL合3DL。

2 主變保護與備自投邏輯分析

當主電源因故障或其他原因被斷開時,備用電源自動投入且只允許動作1次,為此設計了備自投充放電過程,只有在充電完成后才允許自投,自投完成后裝置放電。在自投過程中若有斷路器拒跳、拒合或其他外部閉鎖條件開入,備自投應立即放電。主變保護動作閉鎖備自投,即通過引入外部閉鎖開入信號對備自投放電實現閉鎖功能[8-10]。

2.1 內橋備自投方式

1號、2號主變高、低壓側均分列運行,備自投方式3和方式4完全對稱,以備自投方式3為例進行分析,其充、放電及動作邏輯如圖2—圖4所示。

圖2 備自投方式3充電邏輯

圖3 備自投方式3放電邏輯

圖4 備自投方式3動作邏輯

當1號主變發生故障時,1號主變保護動作斷開1DL和4DL,66 kV Ⅰ母失電壓,進線1無電流,66 kV Ⅱ母有電壓,滿足備自投方式3動作條件,但1號主變保護動作閉鎖備自投方式3,避免3DL合閘故障1號主變,對故障1號主變造成再次沖擊。當2號主變發生故障時,66 kV Ⅱ母失電壓,失去對66 kV Ⅰ母的備用作用,因此同樣對備自投方式3進行放電實現閉鎖。

由以上分析可知,對于內橋備自投方式,任意1臺主變保護動作應閉鎖備自投,同時對備自投方式3和方式4放電,內橋備自投閉鎖及動作邏輯均無問題。

2.2 進線備自投方式

備自投方式1和方式2完全對稱,以備自投方式1為例進行分析。

a. 1號主變故障

當1號主變發生故障時,1號主變保護動作斷開1DL、3DL、4DL,此時66 kV Ⅰ、Ⅱ母失電壓,進線1無電流,滿足備自投方式1動作條件,但1號主變保護動作閉鎖備自投,不僅故障1號主變停電,無故障2號主變也將停電,造成全站失電,表明該邏輯存在問題。1號主變保護動作后,1DL和3DL均斷開,將故障1號主變隔離,若取消該閉鎖條件,備自投動作補跳1DL后合上2DL,則可恢復2號主變及10 kV Ⅱ母供電。為保證故障1號主變確已完全隔離,必須考慮1號主變故障時發生1DL或3DL拒動的情況。

當1DL拒動時,1號主變故障越級由進線1首端線路保護動作切除,此時66 kV Ⅰ、Ⅱ母失電壓,進線1無電流,滿足備自投方式1動作條件,備自投動作補跳1DL,由于1DL拒跳,備自投方式1放電并報“備自投拒跳”,全站失電。但此時3DL已跳閘,2號主變由本側2DL送電并不會對故障1號主變造成影響。

當3DL拒動時,由于1DL已斷開,將故障1號主變從系統側隔離,此時66 kV Ⅰ、Ⅱ母失電壓,進線1無電流,滿足備自投方式1動作條件,備自投補跳1DL后合上2DL,結果合閘1號故障主變。

b. 2號主變故障

當2號主變發生故障時,2號主變保護動作斷開3DL和5DL,66 kV Ⅱ母失電壓,但66 kV Ⅰ母有電壓、進線1有電流,不滿足進線備自投動作條件。考慮2號主變故障時3DL拒動的情況,2號主變故障將由進線1首端線路保護動作切除,此時66 kV Ⅰ、Ⅱ母失電壓,進線1無電流,滿足備自投方式1動作條件,備自投動作斷開1DL后合上2DL,結果合閘2號故障主變。

由以上分析可知,當1號主變發生故障時,1號主變保護動作閉鎖備自投,造成全站失電;1號主變保護動作不閉鎖備自投,當1號主變故障且1DL拒動時,造成負荷損失;當1號主變故障且3DL拒動時,造成備自投合閘故障1號主變。當2號主變發生故障時,雖然不滿足備自投動作條件,但在3DL拒動的特殊情況下造成備自投合閘2號故障主變,其原因為2DL作為備用電源,同時也是2號主變高壓側斷路器,合閘備用電源即合閘2號故障主變。因此,對于進線備自投方式,應對不同主變采取不同閉鎖措施,并對主電源側主變保護動作時的備自投邏輯進行優化。

3 進線備自投邏輯優化

3.1 1號主變保護動作

對于進線備自投方式1,當1號主變保護動作時,不應閉鎖備自投,但應確保1號主變故障能正確隔離。因此,在原動作邏輯基礎上,增加1個并行動作邏輯,如圖5所示(分割線以下為新增動作邏輯)。

圖5 備自投方式1優化后動作邏輯

a. 當1號主變保護動作同時1DL拒動時,由于3DL正確動作分閘,66 kV Ⅱ母失電壓,滿足優化后的備自投方式1動作條件,進線備自投動作經整定延時t1補跳3DL,確認3DL斷開后,再經整定延時t2合2DL,2號主變恢復供電。同時,1號主變故障越級由進線1首端線路保護動作切除,事實上,該方式下1號主變故障且1DL拒動,線路越級跳閘已無法避免,但只要3DL正確分閘,則可恢復2號主變供電。

b. 當1號主變保護動作同時3DL拒動時,由于1DL正確動作分閘,66 kV Ⅰ、Ⅱ母均失電壓,滿足優化后備自投方式1動作條件,進線備自投動作經整定延時t1補跳3DL,但3DL拒跳,備自投方式1放電并報“備自投拒跳”,避免了備自投合閘故障1號主變。

3.2 2號主變保護動作

對于進線備自投方式1,當2號主變保護動作時,應閉鎖備自投。因此對備自投方式1放電邏輯進行優化,如圖6所示(將原放電邏輯中虛線部分去掉)。

圖6 備自投方式1優化后放電邏輯

由圖6可知,2號主變保護動作同時3DL拒動時,最終由進線1首端線路保護動作切除故障,此時雖然66 kV Ⅰ、Ⅱ母失電壓,進線1無電流,但2號主變保護動作將備自投方式1放電,閉鎖備自投,避免了對故障2號主變再次沖擊。

4 結語

內橋接線變電站傳統的進線備自投閉鎖邏輯缺乏與主變保護的配合,主變保護動作均無差別閉鎖備自投,無法保證站內設備故障時的供電可靠性。優化后的進線備自投邏輯,通過與主變保護的密切配合,對不同主變采取不同的動作及閉鎖邏輯,并考慮主變高壓側及內橋斷路器拒動等情況,既能最大限度恢復無故障主變正常供電,又能避免合閘故障主變,極大提高了內橋接線變電站供電可靠性。