220kV雙母線斷路器失靈保護(hù)的幾點(diǎn)改進(jìn)

■ 湖南省電力公司超高壓管理局 羅志平 熊迪 吳祖文 劉艷榮

0 引言

從目前電網(wǎng)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)接線來看，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)密集，個(gè)別線路乃至個(gè)別母線因故障斷開，只要能夠保證快速跳閘，對整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行一般不會(huì)帶來太大的影響，但如果在系統(tǒng)接線中，如果存在幾個(gè)斷路器的同時(shí)失靈，若不在保護(hù)配置及回路設(shè)計(jì)中加以考慮，而由較長延時(shí)的遠(yuǎn)后備保護(hù)才能切除故障時(shí)，相對來說對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行將影響更大，因此在設(shè)計(jì)過程中，需要盡量避免產(chǎn)生此類情況后存在的保護(hù)死區(qū)，筆者在下文中對幾類特殊的斷路器失靈情況進(jìn)行簡要分析圓，并提出了一些克服此類特殊情況的改進(jìn)方法。

1 出線線路故障時(shí)斷路器連環(huán)失靈

目前，220kV變電站系統(tǒng)一般均采取雙母線或雙母線帶旁路的主接線方式，如圖1所示。當(dāng)出線l斷路器A點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，因該點(diǎn)在線路縱聯(lián)保護(hù)范圍之內(nèi)，但如果出線1線路保護(hù)動(dòng)作后而出線1斷路器機(jī)構(gòu)失靈時(shí)，通過線路保護(hù)保護(hù)出口加該出線l電流判據(jù)啟動(dòng)母線斷路器失靈保護(hù)，第一延時(shí)出口跳開母聯(lián)斷路器，第二延時(shí)出口跳開出線l所在母線的所有斷路器。

但如果出現(xiàn)斷路器連環(huán)失靈，也就是出線1線路A點(diǎn)發(fā)生故障后，不但出線1斷路器機(jī)構(gòu)失靈，而且又出現(xiàn)第二個(gè)斷路器失靈的情況，需分以下三種情況來分析。

1.1 出線1斷路器失靈后出線2斷路器再失靈

出線l A點(diǎn)故障，出線l對側(cè)斷路器正確動(dòng)作后，因本側(cè)斷路器某種機(jī)構(gòu)原因拒動(dòng)而失靈，若圖1中出線1、出線2在I母運(yùn)行，出線l啟動(dòng)I母失靈后，通過失靈保護(hù)出口啟動(dòng)出線2線路保護(hù)分相操作箱中的永跳繼電器TJR來跳開出線2斷路器。如果出線2此時(shí)也因斷路器某種機(jī)構(gòu)原因而失靈，傳統(tǒng)保護(hù)及微機(jī)保護(hù)均考慮了此種特殊情況，以閉鎖式為例，出線2對側(cè)高頻保護(hù)判為正方向，本側(cè)線路保護(hù)雖然判為反方向，但通過永跳繼電器TJR來驅(qū)動(dòng)高頻保護(hù)停信，以此讓對側(cè)高頻保護(hù)及時(shí)動(dòng)作切除該死區(qū)故障。

1.2 出線1斷路器失靈后主變斷路器再失靈

同樣，出線1 A點(diǎn)故障，出線1本側(cè)斷路器某種機(jī)構(gòu)原因拒動(dòng)而失靈，若圖1中出線1、主變斷路器同在I母運(yùn)行，出線l啟動(dòng)I母失靈后，通過失靈保護(hù)出口啟動(dòng)主變保護(hù)220 kV側(cè)分相操作箱中的永跳繼電器TJR來跳開主變220kV側(cè)斷路器舊1。若主變220 kV側(cè)斷路器再失靈，在我省的失靈保護(hù)設(shè)計(jì)中，部分500 kV變電站考慮了此類特殊情況，即通過220 kV失靈保護(hù)出口跳主變中壓側(cè)斷路器時(shí)，其中一對接點(diǎn)啟動(dòng)主變保護(hù)220 kV側(cè)分相操作箱中的永跳繼電器T瓜來跳開主變220kV側(cè)斷路器，同時(shí)用另一對出口接點(diǎn)加主變220kV側(cè)斷路器電流判據(jù)出口跳主變高壓側(cè)500 kV斷路器來切除故障。對于220kV變電站，如果110kv側(cè)電源較強(qiáng)或變電站兩臺以上主變并列運(yùn)行時(shí)，如出現(xiàn)以上情況，因無快速保護(hù)，便可能導(dǎo)致較嚴(yán)重的后果，特別是當(dāng)主變斷路器與CT之間發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，因220 kV側(cè)主變所在故障母線失去電壓，220 kV側(cè)零序方向保護(hù)失去作用，220 kV復(fù)壓方向過流可能失去作用(電壓取本側(cè)時(shí))，此時(shí)，只能依靠延時(shí)較長的不帶方向后備保護(hù)來切除故障(時(shí)間長達(dá)5 s以上)，因此后果將極其嚴(yán)重。解決辦法是在220 kV主變中壓側(cè)可能存在較強(qiáng)大電源時(shí)，同樣需考慮采用220 kV母差及失靈保護(hù)啟動(dòng)聯(lián)跳主變?nèi)齻?cè)回路。

1.3 出線1斷路器失靈后母聯(lián)斷路器再失靈

出線1 A點(diǎn)故障，出線1本側(cè)斷路器失靈，第一延時(shí)出口跳開母聯(lián)斷路器(0.3 s)與220kVII母隔離故障點(diǎn)，如此時(shí)母聯(lián)斷路器再失靈，目前的傳統(tǒng)失靈保護(hù)及微機(jī)失靈保護(hù)均未考慮此類特殊故障，而220 kV母差保護(hù)因A點(diǎn)故障在母差保護(hù)動(dòng)作范圍之外，故此時(shí)將無法及時(shí)切除故障，只有依靠220 kVⅡ母上各支路的遠(yuǎn)后備保護(hù)來切除故障，無疑對系統(tǒng)穩(wěn)定影響很大。

改進(jìn)措施：

如圖2所示，當(dāng)出線1運(yùn)行在I母時(shí)A點(diǎn)故障，出線l本側(cè)斷路器失靈，I母失靈啟動(dòng)，第一延時(shí)出口跳開母聯(lián)斷路器(0.3 s)時(shí)又出現(xiàn)母聯(lián)失靈，此時(shí)母聯(lián)故障電流還存在，故采用失靈保護(hù)出口跳母聯(lián)加母聯(lián)故障電流再加I母失靈啟動(dòng)可以判斷此類特殊情形，需要注意的是，出線l發(fā)生故障舊。，約O.3 s出口跳母聯(lián)，如果母聯(lián)再失靈，啟動(dòng)Ⅱ母失靈還需0.5 s延時(shí)跳開Ⅱ母所有開關(guān)，加起來共

需0.8 s方可切除故障。如果是微機(jī)失靈保護(hù)，容易實(shí)現(xiàn)延時(shí)整定，可適當(dāng)縮短延時(shí)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性需要，為保證不發(fā)生誤動(dòng)，須經(jīng)過相應(yīng)母線復(fù)合電壓條件進(jìn)行閉鎖。

2 母線故障時(shí)母聯(lián)斷路器失靈的改進(jìn)

目前，雙母線系統(tǒng)，如圖l中，I母C點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)、I母母差動(dòng)作，出口跳母聯(lián)及所有I母上斷路器。但此時(shí)母聯(lián)斷路器失靈時(shí)，情況又是如何呢?

2.1 目前現(xiàn)場采用的解決辦法

對于電磁型或中阻抗型利用在死區(qū)故障時(shí)母聯(lián)故障電流一直存在和母差動(dòng)作不返回的條件，依靠母聯(lián)斷路器失靈保護(hù)切除故障，具體接線如圖3所示。

上述圖1中C點(diǎn)或母聯(lián)斷路器及電流互感器之間發(fā)生故障情況下，母聯(lián)斷路器電流不消失，I母母差動(dòng)作接點(diǎn)不返回，便可啟動(dòng)Ⅱ母失靈延時(shí)跳開Ⅱ母連接元件。LXB流比相式母差保護(hù)、HMZ10l中阻抗母差保護(hù)等皆采用這種方法來解決此類死區(qū)故障或母聯(lián)斷路器失靈問題。

目前廣泛使用的微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)引入了大差和小差的概念，大差：兩條母線上所有連接元件電流之和(母聯(lián)單元電流除外)，小差：各條母線上連接元件電流之和(包括母聯(lián)單元電流)。在圖1中的B點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，I母差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開I母所有斷路器后，母聯(lián)TWJ開入而母聯(lián)仍有電流，且此時(shí)大差、I母差動(dòng)動(dòng)作均不返回，經(jīng)延時(shí)(躲母聯(lián)斷路器跳閘時(shí)間)跳開Ⅱ母斷路器。

以RCS915母差保護(hù)為例，在差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作發(fā)母線跳令后，母聯(lián)已斷開而母聯(lián)仍有電流，且大差及斷路器側(cè)小差動(dòng)作不返回，經(jīng)延時(shí)(躲母聯(lián)斷路器跳閘時(shí)間)跳開另一條母線。同樣為防止母聯(lián)在跳位時(shí)發(fā)生死區(qū)故障將母線全切除，引入母聯(lián)斷路器的輔助接點(diǎn)判別母聯(lián)在斷開時(shí)，母聯(lián)電流不計(jì)入小差的計(jì)算。邏輯圖如圖4。

而對I母故障，母聯(lián)斷路器失靈的情況，在I母差動(dòng)動(dòng)作后，經(jīng)整定延時(shí)母聯(lián)電流仍然大于母聯(lián)失靈電流定值時(shí)，母聯(lián)失靈保護(hù)經(jīng)兩母線電壓閉鎖后切除兩母線上所有元件。

2.2 母差啟動(dòng)失靈的取舍問題

我省220 kV及以上變電站均按雙套母差及單獨(dú)組屏的失靈保護(hù)進(jìn)行配置，而母聯(lián)失靈一般由母差保護(hù)與充電保護(hù)起動(dòng)。新型微機(jī)母差保護(hù)都配有母聯(lián)斷路器失靈及母聯(lián)死區(qū)保護(hù)，完全可以解決母線故障時(shí)母聯(lián)失靈問題，而且220 kV以上的變電站都配備有雙母差，在這種保護(hù)配置情況下，我們還沿用典型設(shè)計(jì)，用母差去起動(dòng)外部的失靈保護(hù)來解決母聯(lián)失靈，就有些多余了。因?yàn)槲C(jī)母差保護(hù)配備的母聯(lián)斷路器失靈及母聯(lián)死區(qū)保護(hù)比母差起動(dòng)母聯(lián)失靈由失靈保護(hù)去切除故障還要快，并且失靈裝置也沒有起到保護(hù)的冗余作用，失靈還是依靠母差保護(hù)起動(dòng)。特別是對于一次接線復(fù)雜的雙母單分段變電站，I母母差啟動(dòng)Ⅱ母及Ⅲ母全跳、Ⅱ母母差啟動(dòng)I母及Ⅲ母全跳、Ⅲ母母差啟動(dòng)Ⅱ母及I母全跳的回路更加復(fù)雜，由雙母單分段配置的雙重化母差保護(hù)中已配置了三個(gè)母聯(lián)分段開關(guān)失靈的保護(hù)

邏輯了。再由母差保護(hù)開出的I母母差動(dòng)作、Ⅱ母母差動(dòng)作、Ⅲ母母差動(dòng)作來起動(dòng)外部失靈保護(hù)的回路就較復(fù)雜了。因此，對于新型母差保護(hù)，我們不能套用典型設(shè)計(jì)，應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)，合理設(shè)計(jì)保護(hù)回路，須取消母差保護(hù)外部起動(dòng)母聯(lián)失靈回路。

3 結(jié)束語

關(guān)于本文所提及的幾類斷路器連環(huán)失靈特殊情況，系統(tǒng)中確實(shí)很難發(fā)生，因此在設(shè)計(jì)中未作考慮，但一旦發(fā)生，后果也很嚴(yán)重，因此在保護(hù)裝置及回路設(shè)計(jì)上有必要從系統(tǒng)上考慮其可靠性及快速性等要求。但對于母差保護(hù)出口跳母聯(lián)失靈或母聯(lián)死區(qū)保護(hù)的問題，倘若機(jī)械的套用典型設(shè)計(jì)，只會(huì)增加誤動(dòng)的可能性，完全可以憑借雙套母差保護(hù)的功能來解決母差啟動(dòng)母聯(lián)失靈和母聯(lián)死區(qū)保護(hù)問題，因此取消母差啟動(dòng)失靈的外部回路勢在必行。