220kV變電站GIS保護CT繞組配置方案

吳家林 卓 越 劉穎川 徐文婷 廖 波

（四川電力設計咨詢有限責任公司，成都 610016）

電流互感器（以下簡稱CT）是電力系統(tǒng)中聯(lián)系一次回路和二次回路的重要設備。它將高壓側大電流信號轉化為二次側小電流信號，為系統(tǒng)的繼電保護、測量計量、監(jiān)控、自動裝置等提供統(tǒng)一規(guī)范的電流信號，同時實現(xiàn)電氣隔離，能確保人身和電氣設備安全。

在傳統(tǒng)設計[1]和國網(wǎng)通用設計 GIS配電裝置的CT配置方案中，為保障保護裝置動作的速動性，均將保護CT繞組布置于斷路器靠線路（或主變）側[2]。通過技術分析，筆者認為該方案在某些特定情況下可能造成保護動作無選擇性、擴大了停電范圍、增加了故障點排查時間等問題。基于上述原因，本文提出了一種將保護 CT繞組布置于斷路器和母線之間的配置方案，經(jīng)分析認為，該方案可克服原方案的不足，減少了停電范圍，縮短了停電時間，減少了供電企業(yè)和社會公眾的停電損失，較原方案有一定程度的優(yōu)化，并且對電網(wǎng)穩(wěn)定運行不會造成實質性的影響。

1 CT繞組方案技術分析

1.1 AIS變電站CT繞組方案簡述

對于常規(guī)的AIS變電站，一次主設備按其通用的布置形式采用了“母線-斷路器-CT”的安裝順序，對于CT二次繞組排列順序，以220kV線路元件為例，如圖1所示。

圖1 CT繞組排列順序圖

AIS變電站 CT二次繞組的配置方案主要遵循了以下原則：①線路保護必須與母差保護有交叉，防止CT內(nèi)部故障時出現(xiàn)保護死區(qū)[3]；②在CT內(nèi)部故障時，除了保護正確動作隔離故障外，還應使保護動作盡量縮小停電范圍，將母線保護繞組盡量布置在靠母線側。

在常規(guī)AIS變電站中，斷路器、CT配電裝置之間存在裸露的連接線，這種布置形式?jīng)Q定了斷路器和CT之間有發(fā)生單相、相間以及三相短路故障的可能。而相間或三相短路對電網(wǎng)的沖擊較大，若不能及時地切除有可能造成系統(tǒng)失穩(wěn)。在AIS變電站中，常規(guī)保護CT繞組均布置于斷路器靠線路（或主變）側，該方案側重于確保保護動作的速動性，因此我們認為這種布置方案對快速切除故障，維持系統(tǒng)穩(wěn)定是有利的，在AIS配電裝置中應用是合適的。

1.2 GIS配電裝置CT繞組方案技術分析

1）GIS結構特點及短路故障類型分析

隨著輸變電工程建設標準的日益提高，GIS設備在變電工程中已取得了廣泛的應用。對于 220kV GIS設備而言，除母線外的設備均采用了分相結構，每相設備采用了獨立的SF6罐體，圖2為220kV GIS設備的典型結構圖（見圖2）。

圖2 220kV GIS典型結構圖

分相結構的特點決定了GIS設備內(nèi)部（母線除外）發(fā)生設備短路故障的類型只能是單相接地短路，不會發(fā)現(xiàn)相間和三相故障。在上述分析結果的基礎上，筆者使用系統(tǒng)穩(wěn)定分析軟件對多個220kV變電站進行了穩(wěn)定驗算，結果表明在發(fā)生單相接地故障時，保護裝置經(jīng)過較短的延時動作（例如300ms），不會對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成實質性影響。

2）保護CT繞組方案提出

基于上述分析，對于 GIS配電裝置，本文提出了一種將保護CT繞組布置在斷路器和母線之間的配置方案（方案二），并將該方案與傳統(tǒng)方案（CT保護繞組布置在斷路器和出線刀閘之間，即國網(wǎng)通用設計方案，方案一）進行技術比較，兩方案接線圖如圖3所示。

圖3 CT繞組配置接線圖

3）保護CT繞組方案技術比較

為分析上述兩種 CT繞組配置方案對元件保護動作特性的影響，我們在GIS內(nèi)部假設了故障短路點，因兩方案保護 CT繞組位置不同，為方便技術比較，各方案均假設了四個短路點，其中方案一F1和F2為同一位置，方案二F3和F4為同一位置，各方案的短路點位置如圖4所示。

圖4 假定短路故障點示意圖

由圖4可知，短路點均位于GIS分相結構罐體內(nèi)部，故只可能發(fā)生單相接地故障，因此以下短路故障技術分析均是基于單相接地故障而進行的，各點短路故障時保護動作特性如下。

（1）F1短路

方案一與方案二保護動作特性相同，即對母線保護屬于區(qū)內(nèi)故障，母差保護動作，故障切除。對線路保護屬于區(qū)外故障，線路保護不動作。

（2）F2短路

①方案一：對母線保護屬于區(qū)內(nèi)故障，母差保護跳開母線上的所有斷路器，故障切除。對線路保護屬于區(qū)外故障，線路保護不動作。

②方案二：對母線保護屬于主保護死區(qū)，母差保護不動作；對線路保護，該處判斷為區(qū)內(nèi)故障，線路保護動作跳本間隔線路斷路器，故障點未切除，失靈保護經(jīng)延時（整定值≤300ms，通過系統(tǒng)分析計算，在單相接地故障時增加300ms的跳閘時間不會造成系統(tǒng)失穩(wěn)）動作，跳閘動作于連接在該段母線上的所有斷路器，故障切除。

（3）F3短路

方案一：對母線保護該處判斷為區(qū)內(nèi)故障，母差保護動作，跳閘動作于連接在該段母線上的所有斷路器，故障點未切除；對線路保護F3點屬于主保護死區(qū)，線路保護不動作，由母差保護動作并啟動線路保護遠跳切除故障（對于主變回路，需要通過延時 300～500ms跳變壓器各側斷路器以達到切除故障的目的）。另外，因保護動作為母線故障跳閘，排查短路點時需對該間隔GIS解體，母線需停電，恢復供電時間較長，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。

方案二：對線路保護屬于區(qū)內(nèi)故障，線路保護動作，故障選擇性切除。對母線保護屬于區(qū)外故障，母差保護不動作，母線正常運行。因保護動作為線路故障跳閘，故障點指向較為明顯，排查故障時只需對GIS部分拆解，檢修及恢復供電的時間較短，有利于維持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

（4）F4短路

方案一與方案二保護動作特性相同，即：對線路保護屬于區(qū)內(nèi)故障，線路保護動作，故障切除。對母線保護，屬于區(qū)外故障，母差保護不動作。

4）通過上述分析可以得出以下結論

（1）出線回路：F2短路時，方案一快速切除故障，方案二需通過失靈保護延時300ms切除故障，但對系統(tǒng)穩(wěn)定無影響，方案一速動性較方案二更優(yōu)。F3短路時，方案一不具備選擇性，跳開母線上所有斷路器，會擴大停電范圍，同時，排查短路需解體母線至斷路器間GIS設備解體，母線需要停電，檢修及恢復供電時間較長，方案二具有選擇性，針對故障元件進行了切除，避免母線停電，防止了停電范圍的擴大，減少了供電企業(yè)停電損失，同時也減少了對用戶大范圍停電造成的用戶停電損失；故障點指向較為明顯，限制在保護 CT線路側，排查故障較為容易，檢修及恢復供電時間較短。

表1 保護動作特性分析表（出線回路）

（2）主變回路：F3短路時，方案一還需要通過失靈保護延時 300～500ms切除故障；對于其余故障類型，兩方案的保護動作特性與出線回路一致。

表2 保護動作特性分析表（主變回路）

（3）從規(guī)程規(guī)范分析，兩方案的保護配置均符合《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》（GB/T 14285—2006）4.9.1b)：“如斷路器與電流互感器之間發(fā)生故障不能由該回路主保護切除形成保護死區(qū)，而其他線路或變壓器后備保護切除又擴大停電范圍，并引起嚴重后果時”，應裝設一套斷路器失靈保護的要求[4]。

綜上所述，兩方案在保護設計原則上是基本對等的，在不同短路故障時均各自存在保護死區(qū)，也均有依靠失靈延時跳閘的故障切除方式，兩方案的保護動作特性均各有特點。但方案二在確保系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，在某些短路故障時保障了保護動作的選擇性，減少了停電范圍，縮短了停電時間，減少了供電企業(yè)和社會公眾的停電損失，這些特點較方案一有一定的優(yōu)勢。

2 結論

隨著社會的發(fā)展和文明的進步，社會和公眾對電能依賴性越來越高，國務院599號令《電力安全事故應急處置和調查處理條例》等政策文件的頒布對供電企業(yè)穩(wěn)定可靠地供電也提出了更高的要求。本文通過對傳統(tǒng)和通用設計方案的GIS保護CT繞組配置進行分析，認為該方案在某些故障情況下存在保護無選擇性、擴大停電方案等不足，基于此筆者提出了一種新的GIS保護CT繞組配置方案，該方案可克服原方案不足之處，同時對電網(wǎng)安全運行無實質性影響，本方案的提出可供設計、生產(chǎn)運行進一步研究探討 GIS CT合理配置方案提供一種思路。

[1]陳戎生，等. 電力工程電氣設計手冊（電氣一次部分）[M]. 北京：水利電力出版社, 1987.

[2]劉振亞. 國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設計(110(66)～750kV智能變電站部分))[M]. 北京：中國電力出版社, 2011.

[3]趙曼勇，舒雙焰，趙有鋮. 高壓電網(wǎng)防保護死區(qū)電流互感器保護繞組的配置及反措[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2010, 38(5): 132-134.

[4]馮匡一，袁季修，等. 《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》(GB/T 14285—2006)[S]. 北京：中國標準出版社, 2006.