快速切除220kV變壓器死區(qū)故障的繼電保護(hù)技術(shù)實(shí)踐研究

王洪濤

摘 要：在現(xiàn)階段電力死區(qū)故障處理過程中，快速切除220kV變壓器死區(qū)故障是電力控制的新模式，其可以在保證死區(qū)故障合理預(yù)防的同時(shí)，為后續(xù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)。文章以某側(cè)斷路器死區(qū)故障為例，闡述了快速切除220kV變壓器死區(qū)故障所有故障點(diǎn)及故障因素，對(duì)220kV變壓器在其故障切除中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。以期為快速切除220kV變壓器死區(qū)故障繼電保護(hù)技術(shù)的合理應(yīng)用提供有效的借鑒。

關(guān)鍵詞：220kV；變壓器；死區(qū)故障；繼電保護(hù)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM772 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）33-0149-02

Abstract： In the current stage of power dead-time fault processing， rapid removal of 220kV transformer dead-zone fault is a new mode of power control， which can ensure the reasonable prevention of dead-time fault and provide the basis for the follow-up power system stable operation. Taking one side circuit breaker dead zone fault as an example， this paper expounds all fault points and fault factors of fast removing 220kV transformer dead zone fault， and simply analyzes the application of 220kV transformer in its fault removal， in order to quickly remove the dead zone fault of 220kV transformer relay protection technology and thus to provide an effective reference for the rational application.

Keywords： 220kV； transformer； dead-zone fault； relay protection technology

前言

220kV變壓器的繼電保護(hù)方案主要是在運(yùn)行設(shè)備發(fā)生短路故障，將故障屏蔽在電網(wǎng)運(yùn)行范圍外的一種繼電保護(hù)方法。220kV變壓器繼電保護(hù)模式的設(shè)計(jì)，雖然在一定程度上提升了短路故障處理效率，但是不可避免的在保護(hù)范圍上出現(xiàn)了死區(qū)。這種情況下，短路故障問題就無法有效處理。因此，對(duì)快速切斷220kV變壓器死區(qū)故障繼電保護(hù)方案進(jìn)行適當(dāng)探究具有至關(guān)重要的意義。

1 220kV變壓器中壓側(cè)死區(qū)故障概述

如上圖所示，2017年05月15日，某電網(wǎng)發(fā)生一起220kV變壓器中壓側(cè)死區(qū)故障。整體事故發(fā)生的根本原因?yàn)樵?號(hào)主變壓器安裝過程中，在其吊裝變壓器110kV側(cè)斷路器工作結(jié)束后，相關(guān)工作人員在斷路器上方隔離開關(guān)操作位置，進(jìn)行吊裝鋼絲繩的收集。而由于作業(yè)人員沒有考慮鋼絲繩彈性的變化，將鋼絲繩從隔離開關(guān)位置向下滑落的過程中，最終降落到1號(hào)主變壓器110kV側(cè)斷路器位置（圖上所示短路位置），最終導(dǎo)致與斷路器相連接的導(dǎo)線出現(xiàn)接地短路情況。隨之接地短路故障引起110kV母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，切斷1號(hào)變壓器110kV側(cè)斷路器2QF[1]。而由于此電網(wǎng)系統(tǒng)主電源為220kV側(cè)，導(dǎo)致短路故障沒有切除，在0.8s之后轉(zhuǎn)為AB相間短路；此故障在1號(hào)變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍外，只能由對(duì)側(cè)變電站220kV線路零序II段保護(hù)在1.45s內(nèi)動(dòng)作切斷斷路器4QF來切除故障。

上述故障發(fā)生后由變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)、上級(jí)電源線路后備保護(hù)動(dòng)作切除，整體保護(hù)動(dòng)作在1.5s內(nèi)，最終導(dǎo)致該電網(wǎng)出現(xiàn)2臺(tái)220kV變壓器損壞。

2 220kV變壓器死區(qū)故障繼電保護(hù)技術(shù)實(shí)施措施

2.1 220kV變壓器死區(qū)故障繼電保護(hù)技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)

由上述事故可知，在上述變壓器故障發(fā)生之后，出現(xiàn)了變壓器110kV側(cè)死區(qū)故障。雖然110kV母差保護(hù)正確動(dòng)作跳開變壓器110kV側(cè)斷路器2QF，且變壓器110kV側(cè)后備保護(hù)也正確動(dòng)作并作用于110kV側(cè)斷路器2QF；由于220kV側(cè)主電源仍然供應(yīng)短路電流，變壓器110kV側(cè)仍然有較大的短路電流流經(jīng)，最終造成變壓器110kV側(cè)短路故障切除時(shí)間過長(zhǎng)，主設(shè)備損壞的情況。

2.2 220kV變壓器死區(qū)故障保護(hù)方案設(shè)置

在母線差動(dòng)保護(hù)中，若母聯(lián)斷路器與TA之間出現(xiàn)故障，則母線差動(dòng)保護(hù)中非故障母線小差保護(hù)、大差保護(hù)啟動(dòng)，進(jìn)而使母線上全部斷路器斷開；此種情況即為母線死區(qū)故障。這種情況下，由于母聯(lián)斷路器在分閘位置并不能保證相應(yīng)母線故障的有效切除[3]。即母線差動(dòng)保護(hù)大差保護(hù)未有效返回，經(jīng)150ms延時(shí)將母聯(lián)斷路器TA電流封鎖，不參與非故障母線的差流計(jì)算。上述變壓器死區(qū)故障與母線死區(qū)故障類似。因此依據(jù)220kV變壓器各側(cè)死區(qū)故障特征及繼電保護(hù)動(dòng)作特征，在實(shí)際處理過程中，若220kV變壓器某側(cè)出現(xiàn)死區(qū)故障，則可以設(shè)置基于母線死區(qū)故障保護(hù)原理的繼電保護(hù)措施。即變壓器某側(cè)死區(qū)故障封鎖該側(cè)TA二次電流跳閘控制措施。具體死區(qū)故障保護(hù)方案邏輯視圖如下：

如上圖所示，在220kV變壓器某側(cè)死區(qū)故障封TA跳閘控制方案運(yùn)行過程中，首先220kV變壓器故障側(cè)啟動(dòng)后備保護(hù)跳閘出口，故障側(cè)斷路器及變壓器故障側(cè)母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作；然后變壓器故障側(cè)某相達(dá)到啟動(dòng)值，同時(shí)負(fù)序電流在差動(dòng)保護(hù)整定值以上。在變壓器某側(cè)故障條件全部具備之后，通過一定延時(shí)時(shí)間，將變壓器故障側(cè)TA二次電流封鎖；使220kV變壓器故障側(cè)電流不參與變壓器差動(dòng)保護(hù)電流計(jì)算。因此在變壓器死區(qū)故障發(fā)生0s時(shí)，220kV變壓器故障側(cè)電流參與差動(dòng)保護(hù)的差流計(jì)算，隨后220kV變壓器差動(dòng)保護(hù)將故障側(cè)電流延時(shí)后退出變壓器差動(dòng)保護(hù)差流計(jì)算，即220kV變壓器差動(dòng)保護(hù)差流由以往的0轉(zhuǎn)化為故障點(diǎn)極大短路電流。而這種情況下，220kV變壓器區(qū)外故障就轉(zhuǎn)化為區(qū)內(nèi)故障。對(duì)于220kV變壓器區(qū)內(nèi)故障而言，可通過變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)變壓器總出口跳閘回路，并跳開220kV變壓器其他與故障點(diǎn)相鄰的斷路器，保證相應(yīng)故障的有效切除。

2.3 應(yīng)對(duì)220kV變壓器死區(qū)故障具體實(shí)施辦法

以220kV變壓器中壓側(cè)死區(qū)故障為例。一方面若變壓器中壓側(cè)斷路器2QF與電流互感器TA間出現(xiàn)短路故障，則在220kV變壓器配置的中壓側(cè)母線差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)出現(xiàn)故障點(diǎn)，且相應(yīng)故障點(diǎn)在220kV變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)范圍外。這種情況下，220kV變壓器中壓側(cè)母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，隨之切除接于故障點(diǎn)母線上的斷路器及變壓器中壓側(cè)斷路器2QF。另一方面，若變壓器高壓側(cè)或低壓側(cè)存在短路電流，則由于變壓器中壓側(cè)斷路器2QF位于分閘情況，若該故障點(diǎn)在變壓器斷路器2QF、電流互感器間，或者故障相負(fù)序電流、零序電流均超出以往負(fù)序電流、零序電流整定值，則220kV變壓器第I套差動(dòng)保護(hù)、第II套差動(dòng)保護(hù)跳閘出口。

依據(jù)上述已知條件，可判定該故障為220kV變壓器某側(cè)死區(qū)故障，與變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)條件相符。這時(shí)可利用繼電保護(hù)裝置，保證變壓器某側(cè)死區(qū)故障的及時(shí)判定，便于相應(yīng)故障的有效及時(shí)切除。

3 結(jié)束語

綜上所述，基于變壓器與斷路器、電流互感器的連接方式，在220kV變壓器運(yùn)行過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)死區(qū)故障。而針對(duì)220kV側(cè)變壓器死區(qū)故障問題，常規(guī)的電力繼電保護(hù)措施并不能發(fā)揮良好的作用。因此為了保證電網(wǎng)設(shè)備始終在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，電力工作人員可以從220kV變壓器110kV側(cè)死區(qū)故障的特點(diǎn)入手，參考母線死區(qū)故障的設(shè)計(jì)方案，增加變壓器差動(dòng)保護(hù)對(duì)死區(qū)故障的判別，保證220kV變壓器死區(qū)故障的及時(shí)切除。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯大海，陳永明，曹斌，等.快速切除220kV變壓器死區(qū)故障的繼電保護(hù)方案[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014（4）.

[2]楊凡，李偉，尹項(xiàng)根，等.一種3/2接線死區(qū)故障隔離與誤切元件快速恢復(fù)方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016（20）.

[3]韓萍.快速切除220kV變壓器死區(qū)故障的繼電保護(hù)方案的研究[J].電子測(cè)試，2016（20）.