110 kV變電所單母線分段接線保護(hù)閉鎖備自投分析

劉叢洲，黃 治，湯大海，施偉成，楊 靜

(鎮(zhèn)江供電公司，江蘇鎮(zhèn)江212001)

目前，江蘇省新投運(yùn)的110 kV變電所110 kV側(cè)多采用單母線分段接線方式，鎮(zhèn)江供電公司新建的12座110 kV變電所110 kV側(cè)也采用單母線分段接線方式。變電所110 kV每段母線有電源進(jìn)線線路（簡(jiǎn)稱進(jìn)線線路）和負(fù)荷出線線路（簡(jiǎn)稱出線線路）及1～3臺(tái)變壓器，兩段母線分裂運(yùn)行或兩進(jìn)線電源一主供一備供運(yùn)行，采用110 kV備用電源自動(dòng)投入裝置（簡(jiǎn)稱備自投）作為提高供電可靠性的措施[1-3]。變電所110 kV母線典型設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有配置專門的110 kV母線差動(dòng)保護(hù)，110 kV母線故障由上級(jí)電源側(cè)線路保護(hù)來(lái)切除[4]；110 kV變電所在進(jìn)線線路和出線線路斷路器均配置了線路保護(hù)，并且均采用距離保護(hù)的配置，保護(hù)方向采用母線指向線路的典型設(shè)計(jì)，希望用進(jìn)線線路保護(hù)作為在110 kV母線故障時(shí)啟動(dòng)來(lái)閉鎖110 kV備自投，防止備自投將運(yùn)行設(shè)備誤投入到運(yùn)行設(shè)備上擴(kuò)大事故[5]，但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)存在110 kV進(jìn)線保護(hù)不能閉鎖110 kV備自投問(wèn)題。

1進(jìn)線保護(hù)配置及與備自投的配合

110 kV變電所110 kV側(cè)典型的單母線分段接線方式如圖1所示。由于設(shè)計(jì)時(shí)110 kV母線沒(méi)有配置專門的母線差動(dòng)保護(hù)，110 kV進(jìn)線線路斷路器和出線線路斷路器配置了線路保護(hù)[1，2]，該保護(hù)由三段相間距離保護(hù)、三段接地距離保護(hù)、四段零序電流（方向）保護(hù)和三相一次重合閘組成。110 kV主變壓器保護(hù)配置了差動(dòng)保護(hù)和各側(cè)后備保護(hù)。

當(dāng)110 kV母線故障時(shí)，為防止110 kV備自投動(dòng)作，將正常運(yùn)行的設(shè)備誤投在故障設(shè)備上，保護(hù)閉鎖110 kV備自投的任務(wù)由進(jìn)線線路保護(hù)承擔(dān)。

2進(jìn)線保護(hù)與備自投的配合

2.1 電壓互感器（TV）斷線過(guò)流保護(hù)原理

圖1 110 kV變電所單母線分段接線

以許繼電氣股份有限公司生產(chǎn)的WXH-811線路保護(hù)為例，裝置設(shè)有2種檢測(cè)母線TV斷線的判據(jù)，2種判據(jù)都帶有延時(shí)，且在線路正常運(yùn)行、起動(dòng)元件不起動(dòng)的條件下投入；若起動(dòng)元件已起動(dòng)就不進(jìn)行TV斷線的檢測(cè)，直到保護(hù)整組復(fù)歸后重新投入。同時(shí)，TV斷線信號(hào)只在三相電壓恢復(fù)正常延時(shí)2 s恢復(fù)正常。裝置檢測(cè)TV斷線后發(fā)告警信號(hào)。

（1）三相電壓向量和大于7 V，即自產(chǎn)零序電壓大于7 V，保護(hù)不啟動(dòng)，延時(shí)1.0 s發(fā)TV斷線異常信號(hào)。

（2）三相電壓向量和小于8 V，但正序電壓小于30 V，延時(shí)1.0 s發(fā)TV斷線異常信號(hào)。

當(dāng)檢測(cè)TV斷線后發(fā)告警信號(hào)后，退出相間距離保護(hù)、接地距離保護(hù)、零序方向電流Ⅰ、Ⅱ保護(hù)和控制要求退出的其他段零序方向電流保護(hù)，同時(shí)自動(dòng)投入TV斷線相過(guò)電流保護(hù)和TV斷線零序電流保護(hù)。

2.2進(jìn)線保護(hù)的實(shí)際試驗(yàn)

由TV斷線過(guò)流保護(hù)原理介紹可以看出，在TV正常情況下發(fā)生短路，該保護(hù)可能不會(huì)動(dòng)作。為了驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)，以WXH-811B/G裝置和PRS-711-D裝置對(duì)TV斷線過(guò)流保護(hù)進(jìn)行整組動(dòng)作試驗(yàn)，驗(yàn)證TV斷線過(guò)流保護(hù)出口動(dòng)作情況。

（1）WXH-811B/G裝置。在TV斷線情況下加1.05倍動(dòng)作電流后TV斷線過(guò)流一段動(dòng)作，出口時(shí)間127 ms。先加正常電壓，加1.05倍動(dòng)作電流后該保護(hù)不動(dòng)作。采用狀態(tài)序列，從正常態(tài)到兩相短路加1.05動(dòng)作電流該保護(hù)也不動(dòng)作。

（2）PRS-711-D裝置。在TV斷線情況下加1.05倍動(dòng)作電流后TV斷線過(guò)流一段動(dòng)作，出口時(shí)間117 ms。先加正常電壓，加1.05倍動(dòng)作電流后該保護(hù)不動(dòng)作。采用狀態(tài)序列，從正常態(tài)到兩相短路加1.05動(dòng)作電流該保護(hù)也不動(dòng)作。

2.3保護(hù)閉鎖備自投性能分析

從上述試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，當(dāng)變電所發(fā)生110 kV母線相間故障時(shí)，110 kV進(jìn)線線路保護(hù)裝置的TV斷線過(guò)流保護(hù)不能動(dòng)作，現(xiàn)運(yùn)行單母線分段接線的變電所保護(hù)閉鎖備自投方案存在安全隱患。

3保護(hù)閉鎖備自投的改進(jìn)

將該保護(hù)的電流互感器的極性反過(guò)來(lái)接入保護(hù)裝置，即把保護(hù)方向改為由線路指向母線，當(dāng)110 kV母線相間故障時(shí)，相間距離Ⅰ段保護(hù)就能夠立即動(dòng)作，從而可防止上述保護(hù)不能閉鎖備自投、備自投將運(yùn)行設(shè)備誤投入到故障設(shè)備上的安全隱患。

3.1進(jìn)線保護(hù)的整定配合

在變電所110 kV母線相間故障時(shí)能夠迅速動(dòng)作閉鎖備自投的保護(hù)是相間距離Ⅰ段、接地距離Ⅰ段和零序電流Ⅰ段保護(hù)，因此進(jìn)線保護(hù)的整定主要以這3個(gè)Ⅰ段保護(hù)進(jìn)行整定[2]。

（1）距離Ⅰ段保護(hù)。相間距離Ⅰ段、接地距離Ⅰ段保護(hù)按躲過(guò)變電所最大容量變壓器中、低壓側(cè)母線故障整定：

式中：Zzd為110 kV線路距離保護(hù)相間距離Ⅰ段保護(hù)整定值；ZB為最大容量110 kV變壓器110 kV側(cè)至中壓側(cè)或低壓側(cè)的正序等值電抗；Kk可靠系數(shù)，取0.7～0.8；KZ為110 kV主電源對(duì)其他電源的最小助增系數(shù)。

（2）零序電流Ⅰ段保護(hù)。110 kV變壓器中性點(diǎn)一般為不接地方式，采用經(jīng)間隙接地方式。為防止零序電流Ⅰ段保護(hù)電源線路發(fā)生接地故障、110 kV變壓器中性點(diǎn)間隙擊穿時(shí)的誤動(dòng)作，可將零序方向元件啟用；若110 kV變壓器中性點(diǎn)為接地方式，則零序方向元件必須啟用。零序電流Ⅰ段保護(hù)整定策略為與上級(jí)電源側(cè)線路保護(hù)零序電流Ⅰ段或Ⅱ段定值配合整定：

式中：Izd.0為零序電流Ⅰ段整定值；IIzd.0為上級(jí)電源側(cè)線路保護(hù)零序電流Ⅰ段或Ⅱ段整定值；Kph為配合系數(shù)，一般取1.1～1.2。

3.2進(jìn)線保護(hù)與備自投配合分析

采用上述整定策略，在變電所110 kV母線相間故障或接地故障時(shí)，均有保護(hù)可靠動(dòng)作去閉鎖110 kV備自投，防止了110 kV備自投誤將運(yùn)行設(shè)備誤投入到運(yùn)行上去；同時(shí)在變壓器中、低側(cè)故障時(shí)，該保護(hù)不會(huì)動(dòng)作誤閉鎖備自投。在變壓器高壓側(cè)故障時(shí)，雖然變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除了故障，但該保護(hù)仍存在會(huì)動(dòng)作誤閉鎖備自投的問(wèn)題。

3.3進(jìn)線保護(hù)閉鎖備自投應(yīng)啟用方向元件

采用進(jìn)線保護(hù)作為閉鎖備自投的保護(hù)時(shí)，還要注意將零序電流Ⅰ段保護(hù)的方向元件啟用。系統(tǒng)供110 kV石獅變的一次主接線如圖2所示，供電方式為220 kV華陽(yáng)變110 kV華獅759線供110kV福地變1號(hào)變、并供110 kV石獅變?nèi)控?fù)荷；220 kV華陽(yáng)變110 kV華福753線供110 kV福地變2號(hào)變、并作為石獅變的備供電源；110 kV石獅變一次方式為：759、753開(kāi)關(guān)運(yùn)行 （1號(hào)變壓器由759線供電），700開(kāi)關(guān)熱備用，110 kV備自投啟用，投700開(kāi)關(guān)。

圖2系統(tǒng)供110 kV石獅變的一次主接線

2012年5月12日22時(shí)02分，一輛拖運(yùn)施工機(jī)具的車輛超高碰觸導(dǎo)線，導(dǎo)致華陽(yáng)變?nèi)A獅759線路C相永久性接地故障，華獅759開(kāi)關(guān)距離Ⅰ段、零序電流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，重合不成。石獅變110 kV備自投拒動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，石獅變1號(hào)變壓器中性點(diǎn)放電間隙有放電痕跡，1號(hào)變壓器中性點(diǎn)間隙在本該事故擊穿時(shí)提供了零序電流，使進(jìn)線線路保護(hù)零序電流I段保護(hù)動(dòng)作，誤閉鎖了備自投。

4專用母線保護(hù)閉鎖備自投方式

變電所110 kV母線上有110 kV出線線路時(shí)，當(dāng)110 kV出線線路發(fā)生相間故障或接地故障時(shí)，變電所110 kV進(jìn)線保護(hù)與出線保護(hù)會(huì)同時(shí)動(dòng)作，無(wú)論是相間距離Ⅰ段保護(hù)還是接地距離Ⅰ段或是零序電流Ⅰ段保護(hù)，均無(wú)法判斷是該變電所110 kV母線發(fā)生了故障還是110 kV出線線路發(fā)生了故障，會(huì)誤閉鎖110 kV備自投，且上下級(jí)保護(hù)之間的配合無(wú)法協(xié)調(diào)，因此110 kV進(jìn)線保護(hù)與110 kV備自投配合變得很困難。而110 kV母線差動(dòng)保護(hù)有明確的保護(hù)范圍，并能區(qū)分是母線故障還是110 kV出線線路故障，是第一段母線故障還是第二段母線故障。因此，應(yīng)配置110 kV母線差動(dòng)保護(hù)，用跳第一段母線斷路器的出口繼電器代替進(jìn)線1保護(hù)閉鎖110 kV備自投，跳第二段母線斷路器的出口繼電器代替進(jìn)線2保護(hù)閉鎖110 kV備自投。

設(shè)置110 kV母線差動(dòng)保護(hù)后，第一段母線故障時(shí)，母線差動(dòng)保護(hù)的第一段母線小差動(dòng)保護(hù)和總差動(dòng)保護(hù)會(huì)動(dòng)作，跳第一段母線上斷路器的同時(shí)閉鎖備自投；第二段母線故障同第一段母線故障。在110 kV出線線路上或變電所變壓器高壓側(cè)故障或進(jìn)線線路故障時(shí)，第一段或第二段母線小差動(dòng)保護(hù)和總差動(dòng)保護(hù)都不會(huì)動(dòng)作去誤閉鎖備自投，從而使保護(hù)閉鎖備自投的配合性能達(dá)到最佳。

5結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)110 kV變電所采用單母線分段接線方式且任一段110 kV母線上有110 kV出線線路時(shí)，應(yīng)優(yōu)先裝設(shè)110 kV母線差動(dòng)保護(hù)作為閉鎖110 kV備自投的措施，不僅增加了母線故障的保護(hù)，還可以使保護(hù)閉鎖備自投的配合性能達(dá)到最佳。對(duì)于沒(méi)有裝設(shè)110 kV母線差動(dòng)保護(hù)但110 kV母線上沒(méi)有110 kV負(fù)荷線路時(shí)，可以采用電源進(jìn)線線路保護(hù)作為閉鎖110 kV備自投的臨時(shí)措施，但保護(hù)的方向應(yīng)由線路指向母線，該方案已在鎮(zhèn)江電網(wǎng)12座單母線分段接線的110 kV變電所得到實(shí)施，取得了良好的運(yùn)行效果。

[1]GB/T 14285—2006，繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[S].

[2]DL/T584—2007，3～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行整定規(guī)程[S].

[3]吳金玉，高金偉，張 帥.常規(guī)備用電源自投裝置適應(yīng)雙母線接線的措施[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（05）：112-115

[4]周洪益.地區(qū)電網(wǎng)單母分段接線變電站110 kV母線故障分析[J].今日科苑，2010（14）：58.

[5]朱英杰，潘朝文.110 kV變電站防誤設(shè)計(jì)探討[J].江蘇電機(jī)工程，2011，30(4)：39-41.