低壓母線快速保護(hù)的應(yīng)用

趙劍

(云南電網(wǎng)公司昆明供電局，昆明 650011)

0 前言

目前，我國(guó)110 kV 及以上的高電壓母線上，均裝有母差保護(hù)，在發(fā)生故障時(shí)可以快速切除故障，保證無(wú)故障設(shè)備的正常運(yùn)行。10 kV、35 kV低壓母線一般情況均未配置母差保護(hù)，母線一旦故障，只能依靠變壓器后備保護(hù)動(dòng)作來(lái)切除故障。

變電站10 kV、35 kV 低壓母線直接連接線路斷路器為用戶提供電源，或者連接站用變壓器或無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓。與線路、變壓器相比，10 kV、35 kV 低壓母線故障率相對(duì)較低，但是，一旦低壓母線發(fā)生故障，就會(huì)直接中斷對(duì)負(fù)荷的供電，更重要的是，經(jīng)主變后備保護(hù)延時(shí)切除故障，會(huì)使母線上所有設(shè)備和主變經(jīng)受更長(zhǎng)時(shí)間的大電流沖擊。我國(guó)的設(shè)備制造存在高低壓電器設(shè)備質(zhì)量不均衡，相比高電壓設(shè)備，10 kV、35 kV 設(shè)備穩(wěn)定性相對(duì)較差，容易發(fā)生事故。另一方面，隨著電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展，通過(guò)投切無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓的頻率加快，再加上低壓母線設(shè)備一般裝設(shè)在狹小封閉的開(kāi)關(guān)柜，更容易發(fā)生閃絡(luò)、小動(dòng)物危害等情況，并且不容易通過(guò)巡視檢查及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，這些狀況導(dǎo)致低壓母線出現(xiàn)故障的幾率在增加。

中低壓母線事故往往會(huì)造成事故的擴(kuò)大，使配電設(shè)備甚至變電站的主設(shè)備被燒毀，長(zhǎng)期中斷供電，原因是其故障時(shí)短路電流較大，且不能快速被切除。解決這一問(wèn)題的最有效的技術(shù)手段就是在變電站加裝低壓母線快速保護(hù)，在故障發(fā)生后保護(hù)快速動(dòng)作，第一時(shí)間切除故障，使得故障對(duì)設(shè)備的損害降到最低，可以迅速恢復(fù)供電。

電流閉鎖式母線快速保護(hù)不需增加專用保護(hù)裝置和一次設(shè)備，就能滿足可靠性和靈敏性的要求，這種方案已被廣泛應(yīng)用于變電站。

1 低壓快速母線保護(hù)

主變差動(dòng)保護(hù)范圍為主變各側(cè)差動(dòng)電流互感器之間的一次電器部分，全線路都在線路保護(hù)的保護(hù)范圍內(nèi)，如果發(fā)生故障，主變差動(dòng)保護(hù)和線路保護(hù)均能無(wú)時(shí)限切除保護(hù)范圍內(nèi)的故障。但是，如果10 kV、35 kV 母線未加裝母差保護(hù)，故障范圍又剛好處于兩組CT 之間，那么，就只能靠主變低壓側(cè)后備保護(hù)、甚至主變高、中壓側(cè)復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)以較長(zhǎng)時(shí)限跳閘來(lái)切除故障。

圖1 變電站低壓側(cè)出線至低壓母線的接線方式圖

變電站的低壓快速母線保護(hù)，即電流閉鎖式快速母差保護(hù)，是一種電流速斷保護(hù)，可以設(shè)置時(shí)限。一般應(yīng)用于變電站的10 kV 或35 kV 母線。為縮短主變低壓側(cè)故障時(shí)的切除時(shí)間，利用主變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)，以低壓側(cè)后備保護(hù)中的電流元件作為啟動(dòng)元件，母線上其它出線的瞬時(shí)動(dòng)作的電流元件作為閉鎖元件，一起構(gòu)成母線速斷保護(hù)。

圖2 低壓快速母線保護(hù)原理圖

基本邏輯:

母線故障時(shí)，主變低壓側(cè)過(guò)流元件動(dòng)作，其它負(fù)荷出線的過(guò)流元件和保護(hù)無(wú)動(dòng)作信號(hào)，母線電壓降低(低壓和負(fù)序電壓)，經(jīng)T1 延時(shí)出口跳主變低壓側(cè)斷路器，使母線或斷路器故障時(shí)能有選擇并快速地切除。T1 整定時(shí)間應(yīng)能躲出線過(guò)電流發(fā)信號(hào)時(shí)間和過(guò)流速斷保護(hù)動(dòng)作出口時(shí)間，以及斷路器跳閘后保護(hù)接點(diǎn)返回時(shí)間之和，一般取0.1～0.15 s。

如主變低壓側(cè)斷路器故障或失靈，經(jīng)T1 時(shí)間動(dòng)作后，過(guò)流元件不返回，再經(jīng)T2 跳開(kāi)主變?nèi)齻?cè)斷路器。T2 整定時(shí)間應(yīng)能躲低壓側(cè)斷路器跳閘及過(guò)流元件返回時(shí)間，一般取0.3～0.5 s。

如低壓側(cè)出線故障斷路器失靈，裝置檢測(cè)到出線保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間不返回，主變低壓側(cè)過(guò)流也不返回，經(jīng)出線斷路器失靈跳閘時(shí)間T3 跳開(kāi)主變低壓側(cè)斷路器，實(shí)現(xiàn)斷路器失靈保護(hù)功能。T3 整定時(shí)間應(yīng)能躲過(guò)出線斷路器動(dòng)作時(shí)間和保護(hù)接點(diǎn)返回時(shí)間，一般取0.3～0.5 s。

2 變壓器跳閘事故

2.1 簡(jiǎn)要經(jīng)過(guò)

某監(jiān)控中心遠(yuǎn)方操作斷開(kāi)220 kV 果林變電站10 kV 1 號(hào)電抗器045 斷路器，同時(shí)，220 kV 1 號(hào)主變10 kV 側(cè)001 斷路器跳閘，220 kV 1 號(hào)主變?nèi)齻?cè)跳閘。

2.2 保護(hù)動(dòng)作情況分析

現(xiàn)場(chǎng)檢查220 kV 1 號(hào)主變10 kV 側(cè)001 斷路器開(kāi)關(guān)柜有放電痕跡，多處被電弧燒傷變黑。從后臺(tái)報(bào)文可看出，遙控切除10 kV 1 號(hào)電抗器約120 ms 后，最早動(dòng)作的是B 套低壓簡(jiǎn)易母線T1時(shí)限(合成信號(hào)為#1 主變保護(hù)動(dòng)作)，由于簡(jiǎn)易母線T1 時(shí)限整定為100 ms，可推斷出在切除電抗器后幾乎同時(shí)，低壓側(cè)發(fā)生了故障。220 kV 1號(hào)主變A、B 套保護(hù)均有動(dòng)作。

從主變保護(hù)動(dòng)作情況、主變故障錄波波形結(jié)合保護(hù)定值可看出:故障為低壓側(cè)三相短路，故障二次電流約9.2 A (一次值約22 000 A)，三相短路，持續(xù)時(shí)間約660 ms。B 套簡(jiǎn)易母線保護(hù)T1時(shí)限(4 A，0.1 s 跳低壓側(cè))由于時(shí)限最短最先動(dòng)作，在跳開(kāi)低壓側(cè)斷路器后故障仍未隔離，短路電流持續(xù)流經(jīng)低壓側(cè)變壓器保護(hù)用CT，進(jìn)而引起A 套保護(hù)復(fù)壓過(guò)流Ⅰ段2 時(shí)限(4 A、0.5 s 跳低壓側(cè))、B 套保護(hù)復(fù)壓過(guò)流Ⅰ段2 時(shí)限(4 A、0.5 s 跳低壓側(cè))及B 套保護(hù)簡(jiǎn)易母線T2 時(shí)限定值(4 A、0.5 s 跳各側(cè))，導(dǎo)致主變各側(cè)斷路器跳閘，保護(hù)動(dòng)作行為與故障點(diǎn)位置與電流波形相符。

結(jié)合主變故障錄波圖，故障前220 kV 1 號(hào)主變低壓側(cè)一次電流為800 A 左右，為低壓側(cè)站用變及電抗器負(fù)荷電流。由于故障點(diǎn)在錄波CT 靠主變側(cè)，所以故障發(fā)生時(shí)錄波器無(wú)法感受到故障電流。A 套保護(hù)在故障發(fā)生后約500 ms 動(dòng)作，B套保護(hù)在故障發(fā)生后約110 ms 動(dòng)作，與主變保護(hù)動(dòng)作報(bào)文相符。

圖3 220 kV 1 號(hào)主變故障錄波圖

2.3 低壓母線保護(hù)應(yīng)用前后對(duì)比分析

根據(jù)以上分析，1 號(hào)主變A、B 套保護(hù)動(dòng)作行為與一次設(shè)備故障點(diǎn)位置、故障電流波形大小及持續(xù)時(shí)間相符合，達(dá)到了保護(hù)電流及時(shí)間整定值，動(dòng)作邏輯與設(shè)定的相一致，保護(hù)動(dòng)作跳閘行為是符合預(yù)期整定要求的，本次故障相關(guān)保護(hù)均正確動(dòng)作，及時(shí)切除故障有效地減少了主變及相關(guān)設(shè)備受到損害。

如果該變電站220 kV 1 號(hào)主變B 套保護(hù)未配置簡(jiǎn)易母差保護(hù)，那么本次故障保護(hù)的動(dòng)作情況將會(huì)是這樣:故障發(fā)生后，主變A 套保護(hù)復(fù)壓過(guò)流Ⅰ段2 時(shí)限(4 A、0.5 s 跳低壓側(cè))、B 套保護(hù)復(fù)壓過(guò)流Ⅰ段2 時(shí)限(4 A、0.5 s 跳低壓側(cè))保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)低壓側(cè)斷路器，但是由于故障點(diǎn)未切除，主變高后備保護(hù)將延時(shí)到1.6 s 才動(dòng)作切除故障，比此次切除故障的時(shí)間增加了1 s，可能造成主變和母線上的相關(guān)設(shè)備燒毀。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)快速母線保護(hù)的理論分析和實(shí)際運(yùn)行中事故案例的分析，證明了在變電站10 kV、35 kV 母線加裝簡(jiǎn)易母差保護(hù)可以有效彌補(bǔ)因主變后備保護(hù)需經(jīng)長(zhǎng)延時(shí)才能動(dòng)作切除故障，有可能造成設(shè)備燒損的不足，可以有效保護(hù)設(shè)備，縮短設(shè)備故障停電時(shí)間，提高供電可靠性。因此，在變電站加裝低壓快速母線保護(hù)是非常必要而且重要的。

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