關(guān)于站用變交流電源系統(tǒng)保護(hù)級差配合及開關(guān)失效事故擴(kuò)大問題的探討

胡曉霞++彭岳云

摘??要：主要討論了站用電源系統(tǒng)保護(hù)級差配合，分析和探討了從設(shè)計到現(xiàn)場應(yīng)用的保護(hù)配置和級差配合普遍存在的問題，以期為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：站用電源系統(tǒng);級差配合;越級;跳閘

中圖分類號：TM774+.2????????????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.010

1??案例回顧

案例1：2005-03-06，220?kV象山站生活負(fù)荷發(fā)生接地故障，交流饋線開關(guān)、交流進(jìn)線開關(guān)未跳閘，站變零序過流保護(hù)越級動作跳閘#1站變，380?V備自投動作切換，因為故障仍然存在，所以，造成#2站變零序過流保護(hù)越級動作跳閘。全站交流失電后，影響了主變風(fēng)冷電機(jī)，主變被迫停運，造成大面積停電。

案例2：2011-07，220?kV交椅變電站發(fā)生了饋線支路BN短路，饋線開關(guān)與站用交流進(jìn)線開關(guān)未跳閘，380?V備自投零序過流保護(hù)因為整定值與站變零序過流保護(hù)不配合，接線原理為接地保護(hù)未動作。站變零序過流保護(hù)越級動作跳閘后，380?V備自投切換擴(kuò)大了事故范圍，使全站站用交流失電。

案例3：2012-01，110?kV羅湖變電站發(fā)生了饋線支路相間短路，饋線開關(guān)和站用交流進(jìn)線開關(guān)未跳閘，站變過流保護(hù)越級動作，不閉鎖380?V備自投動作切換，使全站站用交流電源失電。

2??存在的問題

該系統(tǒng)中存在的問題包括站變定時限過流保護(hù)與交流進(jìn)線開關(guān)、主饋電開關(guān)定時限過流保護(hù)整定配合，站變零序過流保護(hù)與380?V備自投零序過流保護(hù)整定配合，備自投有效閉鎖切換、動作邏輯設(shè)置不合理等，這些都直接影響了系統(tǒng)的運行安全。

3??解決問題的思路

針對以上問題，只有解決了開關(guān)與站變保護(hù)的級差配合，合理、有效地甄別站變過流保護(hù)、零序過流保護(hù)、380?V備自投過流保護(hù)和零序過流保護(hù)等，進(jìn)而決定是否閉鎖備自投。這樣，當(dāng)站用變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時，站變保護(hù)動作就不會閉鎖380?V備自投，則380?V備自投的閉鎖、全站交流失電等問題就迎刃而解了;反之，對站變外部故障，采取閉鎖380?V備自投，避免給系統(tǒng)造成更大的事故。

3.1??涉及到的解決技術(shù)

3.1.1??涉及到的380?V備自投技術(shù)

為了確保站用交流電源，主變風(fēng)冷負(fù)荷、直流充電機(jī)等重要負(fù)荷要保證交流母線供電的持續(xù)性。在站變高、低壓開關(guān)偷跳，站變內(nèi)部故障，電源異常等情況下，備自投裝置能夠自動切換到備用線路，保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性。

圖1為備自投用電系統(tǒng)，工作變壓器提供工作電源，備用變壓器提供備用電源。在正常運行的情況下，開關(guān)1DL合，1ZKK合，2ZKK分，2DL分（冷備用）或合（熱備用）。當(dāng)工作電源側(cè)發(fā)生故障時，工作電源開關(guān)1ZKK跳開，確認(rèn)開關(guān)1ZKK分開后，此時，由于不存在原動力和勵磁，所以，殘壓的幅值和頻率會隨時間而衰減。當(dāng)母線殘壓小于一定值后，再合上開關(guān)2DL和2ZKK。

3.1.2??ATS開關(guān)系統(tǒng)的應(yīng)用

交流系統(tǒng)采用的是ATS（Automatic?Tranfer?Switch）開關(guān)，與兩進(jìn)線一母聯(lián)的接線方式相比，其優(yōu)勢在于：①由于ATS本身的運動、傳動機(jī)械簡單、緊湊，除了電氣聯(lián)鎖外，還可以通過機(jī)械齒輪傳動結(jié)構(gòu)完成機(jī)械聯(lián)鎖功能，能有效保證系統(tǒng)的安全性;而兩進(jìn)線一母聯(lián)的接線方式存在兩路交流電源非同期并列的問題，目前的機(jī)械閉鎖尚不能保證其有效性。②二次回路簡單，方便檢修，解決了傳統(tǒng)兩進(jìn)線一母聯(lián)由繼電器等組成的復(fù)雜邏輯回路。③它能夠選擇多種工作模式，實現(xiàn)本地/遠(yuǎn)程控制。圖2所示為兩進(jìn)線一母聯(lián)的接線方式。

圖1??備自投用電系統(tǒng)示意圖???????圖2??兩進(jìn)線一母聯(lián)的接線方式

3.1.3??使用電子脫扣器

如果供電系統(tǒng)的饋線全部采用輻射供電，與負(fù)荷距離較遠(yuǎn)，影響故障電流幅值，熱磁脫扣器開關(guān)將難以快速隔離故障，因此，要實現(xiàn)饋線開關(guān)、進(jìn)線開關(guān)與站變保護(hù)的級差配合，要求饋線開關(guān)使用定時限的電子脫扣器。

南方電網(wǎng)變電站大量應(yīng)用ABB、施耐德等品牌交流開關(guān)，其在隔離各種故障方面的能力主要包括以下幾點。

3.1.3.1??接地故障

一般配置漏電保護(hù)，帶漏電保護(hù)的斷路器為成熟產(chǎn)品。

從深圳站用交流電源發(fā)生事故的案例中可以看出，嚴(yán)格執(zhí)行檢修、生活負(fù)荷必須經(jīng)帶漏電保護(hù)開關(guān)接出的規(guī)定，就可以有效地解決接地故障隔離問題。

3.1.3.2??相零短路、相間短路故障

相零短路與接地故障下故障電流流經(jīng)的路徑是有區(qū)別的。交流開關(guān)針對的是相零短路、相間短路故障，一般配置熱磁保護(hù)。熱保護(hù)是雙金屬在受熱時，因為膨脹系數(shù)不一樣，彎曲推動機(jī)構(gòu)，使開關(guān)斷開，起到了一定的保護(hù)作用。磁保護(hù)是故障電流流經(jīng)線圈產(chǎn)生的磁場拉動鐵芯瞬間動作。

從深圳站用交流電源發(fā)生事故的案例中可以看出，由于開關(guān)熱磁保護(hù)在動作值、動作時間上有一定的分散性，所以，較難利用熱磁保護(hù)實現(xiàn)開關(guān)的級差選擇性。

交流電源系統(tǒng)使用開關(guān)熱磁保護(hù)，因為其動作值、動作時間有較大的分散性，所以，很難精確整定其相關(guān)數(shù)值，難以實現(xiàn)與站用變壓器保護(hù)的級差配合。針對這種情況，ABB、施耐德、良信電器等品牌交流開關(guān)開發(fā)商開發(fā)出了電子脫扣式開關(guān)。電子脫扣器是用電子元件構(gòu)成的電路，用來檢測主電路電流，放大、推動漏電保護(hù)器動作。這就相當(dāng)于在開關(guān)上做保護(hù)。因此，在設(shè)計時，應(yīng)選擇帶定時限過流保護(hù)的電子脫扣器開關(guān)作為進(jìn)線開關(guān)和主饋電開關(guān)。

圖3??相零短路、相間短路故障

3.1.4??零序過流保護(hù)

站用變壓器零序過流保護(hù)動作的故障可能是站用變壓器的內(nèi)部故障，也可能是外部故障。使用站變零序保護(hù)動作接點閉鎖380?V備自投切換，將限制備自投的作用。但是，站變零序保護(hù)動作不閉鎖380?V備自投切換，將導(dǎo)致備自投誤切換后引起另一站用變壓器零序過流保護(hù)越級跳閘，從而發(fā)生全站站用交流電源失電的事故。

380?V備自投裝置設(shè)置零序過流保護(hù)，其采集的電流在站變以下，則判斷為故障在站變之外，必須閉鎖380?V備自投。在開關(guān)與站變保護(hù)失配的情況下，利用380?V備自投裝置零序過流保護(hù)先于站變零序保護(hù)動作，并閉鎖380?V備自投，可以有效避免事故擴(kuò)大化。

380?V備自投裝置零序過流保護(hù)接線方法如圖4所示。

由基爾霍夫定律可知，在站變低壓線圈中性點畫1個圈，則（^Ia+^Ib+^Ic）=-（^In）.?即將A＼B＼C三相電流合成零序電流，其幅值與站變零序電流相等，相位相反。所以，380?V備自投裝置零序電流接線方法如圖5所示。

圖4??380?V備自投裝置零??????圖5??380?V備自投裝置零序電流接線方法

序過流保護(hù)接線方法

前期采用A＼B＼C＼N線合成接地電流接線，與站變零序保護(hù)原理不一致，難以進(jìn)行級差配合整定，需更改為正確的接線方式?，F(xiàn)場更改方法如圖6所示。

圖6??正確的現(xiàn)場更改接線方式

將零序CT接端子一端接地，拆除N412線即可。

3.2??具體實施方案

方案1：利用斷路器電子脫扣器實現(xiàn)有選擇性地快速隔離故障，并通過精確整定，實現(xiàn)與站變保護(hù)的級差配合。具體的工作步驟是：①將負(fù)荷分類，采用“主饋開關(guān)+分饋開關(guān)”的設(shè)計。②站用交流進(jìn)線開關(guān)和主饋電開關(guān)選用帶定時限過流保護(hù)的電子脫扣器，同時，要檢修電源、生活電源等饋線開關(guān)，并為其配置漏電保護(hù)。③ABB開關(guān)可選用Tmax系列的塑殼開關(guān)，電子脫扣型號為PD222DS。施耐德開關(guān)可選用NSX系列塑殼開關(guān)，電子脫扣型號5.2?A。

如果在開關(guān)隔離故障失效的情況下，可能會使系統(tǒng)事故擴(kuò)大化，因此，先要判斷故障是否為站用變壓器內(nèi)部故障。

從一次接線分析中可以看出，站變保護(hù)動作故障可能為站變內(nèi)部故障，也可能是站變低壓開關(guān)以下故障。380?V備自投裝置電流采自站變以下，如果裝置內(nèi)部設(shè)置“定時限過流保護(hù)”“零序過流保護(hù)”，即可依據(jù)保護(hù)動作判定故障是站變外部故障，需要閉鎖備自投;反之，則為站變內(nèi)部故障，無需閉鎖備自投。

通過以上分析可知，從站變保護(hù)拉動作接點閉鎖380?V備自投是不妥當(dāng)?shù)模鴳?yīng)由380?V備自投裝置“定時限過流保護(hù)”“零序過流保護(hù)”來判斷并動作后閉鎖備自投。

方案2：交流監(jiān)控裝置增加繼電保護(hù)功能，實現(xiàn)選擇性動作。具體的工作步驟是：①將負(fù)荷分類，采用“主饋開關(guān)+分饋開關(guān)”的設(shè)計。②站用交流進(jìn)線開關(guān)選用帶電子脫扣的塑殼開關(guān)。380?V備自投裝置增加定時限過流保護(hù)作為交流進(jìn)線開關(guān)保護(hù)備用。③主饋塑殼開關(guān)配置常規(guī)5倍脫扣的熱磁保護(hù)，并利用饋線監(jiān)控裝置定時限過流保護(hù)，實現(xiàn)主饋開關(guān)與進(jìn)線開關(guān)的級差配合。④終端饋線開關(guān)配置常規(guī)5倍脫扣的熱磁保護(hù)，并利用饋線監(jiān)控裝置定時限過流保護(hù)，實現(xiàn)終端饋線開關(guān)與主饋開關(guān)的級差配合。

以上2種方案都涉及保護(hù)整定配合問題，下面簡要闡述整定配合工作。

2011-09，在深圳供電局召開的“站用交流電源繼電保護(hù)整定配合研討會”上，以1個典型的220?kV變電站站用電系統(tǒng)為案例，提出了整定配合圖，具體如圖7所示。

圖7??400?kVA站變整定配合圖

保護(hù)配合整定建議主要有以下兩點：①保護(hù)配合整定建議優(yōu)先考慮快速切除故障。②發(fā)生故障最多的是饋線回路，饋線開關(guān)配合是關(guān)鍵。進(jìn)線開關(guān)動作隔離后，則會增加站變保護(hù)后備的危險系數(shù)。

站用交流進(jìn)線開關(guān)是級差選擇的最后防線。交流進(jìn)線開關(guān)除了采用電子脫扣器并將事故跳閘節(jié)點閉鎖備自投以外，還在380?V備自投裝置上配置了“定時限過流保護(hù)”“零序過流保護(hù)”。這樣做，一方面，將380?V備自投裝置“定時限過流保護(hù)”作為電子脫扣器備份;另一方面，監(jiān)控裝置“零序過流保護(hù)”，可以判斷故障為站變外部故障，動作即閉鎖備自投，避免事故擴(kuò)大化。

• 實際應(yīng)用

3.3.1??新建變電站

新建變電站時要注意以下幾點：①進(jìn)線開關(guān)、塑殼開關(guān)要

圖8??新建變電站示意圖

配置帶定時限過流保護(hù)的電子脫扣器。②采用“饋線采用主饋電+分饋電”的設(shè)計方案，主饋電塑殼開關(guān)配置帶定時限過流保護(hù)的電子脫扣器，終端饋電開關(guān)配置5倍脫扣的熱磁保護(hù)。③設(shè)計站用交流進(jìn)線開關(guān)事故跳閘接點閉鎖380?V備自投。④在380?V備自投裝置中設(shè)置零序過流保護(hù)。在開關(guān)隔離故障失效的情況下，可靈敏地實行站變保護(hù)動作并閉鎖備自投。在380?V備自投裝置中，設(shè)置定時限過流保護(hù)，以此作為進(jìn)線開關(guān)電子脫扣器定時限過流保護(hù)后備，并動作閉鎖備自投。

3.3.2??老站改造

在老站改造時，要注意以下幾方面的內(nèi)容：①檢查站用交流進(jìn)線開關(guān)是否為電子脫扣開關(guān)，如果不是，則將其更換為帶定時限過流保護(hù)電子脫扣器的塑殼開關(guān)。開關(guān)的選型和整定值與新建站方案相同。②檢查檢修、生活負(fù)荷饋線開關(guān)是否帶漏電保護(hù)，如果沒有，則要求整改。③檢查饋線開關(guān)熱磁保護(hù)脫扣的電流是否為5倍脫扣，不是則需整改。④檢查站用交流進(jìn)線開關(guān)事故跳閘接點閉鎖備自投接線是否正確，未接或不正確則需整改。⑤檢查380?V備自投裝置中是否設(shè)置零序過流保護(hù)，接線是否正確，是否具備動作定值和動作延時的整定功能。如果380?V備自投裝置不符合這些要求，則要求整改。

3.4??方案驗證

3.4.1??試驗室測試

根據(jù)提供的ABB、施耐德、良信電器品牌開關(guān)樣品和試驗平臺，測試方案的合理性。

3.4.2??變電站測試

在條件允許的情況下，在變電站進(jìn)行實地測試。試驗方案為：①檢查站變保護(hù)、交流進(jìn)線監(jiān)控裝置是否正常;②斷開試驗站變高壓側(cè)開關(guān);③斷開ATS與非試驗站變連接的進(jìn)線開關(guān)，合上ATS與試驗站變連接的進(jìn)線開關(guān);④斷開380?V試驗?zāi)妇€段所有的饋線開關(guān);⑤合上試驗用饋線開關(guān);⑥使用大電流發(fā)生器加在試驗用饋線開關(guān)的下端，加載各種故障電流，模擬各種故障情況，判斷試驗開關(guān)的級差選擇性、開關(guān)保護(hù)與交流監(jiān)控保護(hù)配合和在開關(guān)失效的情況下，閉鎖備自投的情況。具體情況如圖9所示。

經(jīng)過試驗驗證，改造后的保護(hù)系統(tǒng)能有效解決開關(guān)與站變保護(hù)的級差配合問題，并能根據(jù)各級保護(hù)裝置的動作情況判斷站用變壓器的故障原因。如果動作均正確，則表現(xiàn)出良好的配合特性。

圖9??變電站測試方案示意圖

4??結(jié)束語

針對對站用電源系統(tǒng)保護(hù)級差配合的認(rèn)識和研究不夠全面、細(xì)致的問題，在設(shè)計系統(tǒng)時，保護(hù)配置和級差配合不合理的問題普遍存在，這給電網(wǎng)的安全運行帶來了較大威脅。因此，開展站用交流電源系統(tǒng)開關(guān)保護(hù)和站變保護(hù)級差配合的研究學(xué)習(xí)，消除了系統(tǒng)運行的安全隱患，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有非常重要的意義。

〔編輯：白潔〕

Discussion?on?Station?Accident?and?Failure?to?Protect?the?Differential

Transformer?with?AC?Power?System?Switch?to?Expand?Issue

Hu?Xiaoxia，?Peng?Yueyun

Abstract：?The?main?discussion?of?the?station?with?differential?power?system?protection，?analysis?and?discussion?from?design?to?field?applications?and?differential?protection?configuration?with?common?problems，?in?order?to?provide?a?reference?for?related?work.

Key?words：?station?power?supply?system;?differential?tie;?leapfrog;?trip