主變壓器斷路器失靈保護(hù)回路與延時(shí)定值關(guān)系分析

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司天府新區(qū)供電公司，四川 成都 610041)

0 引 言

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障元件的保護(hù)動(dòng)作但其斷路器操作機(jī)構(gòu)失靈拒絕跳閘時(shí)，通過故障元件的保護(hù)，作用于同一變電站相鄰元件的斷路器使之跳閘的保護(hù)方式，就稱為斷路器失靈保護(hù)[1]。失靈保護(hù)的動(dòng)作邏輯一般包含三個(gè)要素，即保護(hù)跳閘開入、斷路器電流、失靈延時(shí)定值，從而構(gòu)成完整的失靈保護(hù)動(dòng)作邏輯。這三個(gè)要素必須同時(shí)滿足并且符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的二次回路接線方式，方可保證失靈保護(hù)的正確動(dòng)作。下面主要研究主變壓器斷路器失靈保護(hù)的回路構(gòu)成與失靈延時(shí)定值之間的關(guān)系。

1 失靈保護(hù)回路與整定延時(shí)關(guān)系分析

針對(duì)主變壓器高壓側(cè)或中壓側(cè)為220 kV雙母線接線方式的主變壓器斷路器失靈保護(hù)回路進(jìn)行研究，探討其與保護(hù)裝置相關(guān)失靈延時(shí)定值的關(guān)系。以500 kV變電站為例，其500kV系統(tǒng)采用3/2接線方式，220 kV系統(tǒng)多采用雙母線接線方式，主變壓器三側(cè)接線示意圖如圖1所示。

1.1 非六統(tǒng)一變壓器保護(hù)和母線保護(hù)配合判別失靈

變壓器保護(hù)配置有獨(dú)立的電量保護(hù)和非電量保護(hù)，其中變壓器非電量及輔助保護(hù)裝置可實(shí)現(xiàn)主變壓器中壓側(cè)斷路器的失靈判別及失靈聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器功能，如RCS-974FG。變壓器配置的電量保護(hù)本身不具備聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器的功能。

圖1 主變壓器三側(cè)接線

RCS-974FG與失靈延時(shí)相關(guān)的可整定定值見表1[2]。

表1 RCS-974FG失靈延時(shí)相關(guān)定值

220 kV母線保護(hù)配置分兩種情況：一種情況，母線保護(hù)專門為主變壓器支路提供了聯(lián)跳主變壓器其他各側(cè)斷路器的功能。主變壓器斷路器失靈由母線保護(hù)裝置判斷后，經(jīng)一定延時(shí)出口聯(lián)跳主變壓器其他側(cè)斷路器，如RCS-915GC。另一種情況，母線保護(hù)不區(qū)分主變壓器和線路支路，母線保護(hù)動(dòng)作提供失靈啟動(dòng)接點(diǎn)，由其他裝置完成失靈判別聯(lián)跳主變壓器其他側(cè)斷路器，如RCS-915AS。

RCS-915GC、RCS-915AS與失靈延時(shí)相關(guān)的可整定定值見表2[3]、表3[4]。

表2 RCS-915GC失靈延時(shí)相關(guān)定值

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)實(shí)際配置情況，分析保護(hù)裝置之間的配合關(guān)系，明確失靈保護(hù)的回路及失靈延時(shí)定值的關(guān)系。

表3 RCS-915AS失靈延時(shí)相關(guān)定值

1.1.1 RCS-974FG與RCS-915GC配合

1)母線保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈

220 kV母線發(fā)生故障，母差保護(hù)動(dòng)作跳開故障母線連接的所有斷路器，若此時(shí)故障母線連接的主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈，則斷路器失靈保護(hù)應(yīng)跳開主變壓器三側(cè)斷路器，隔離故障點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)二次回路的實(shí)現(xiàn)方式為：RCS-915GC母線保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)內(nèi)部的失靈判斷邏輯，并通過母線保護(hù)采集的主變壓器中壓側(cè)斷路器電流判據(jù)經(jīng)“失靈保護(hù)2時(shí)限t2”(可整定)延時(shí)，通過聯(lián)跳回路開給RCS-974FG裝置的失靈聯(lián)跳開入；RCS-974FG收到失靈聯(lián)跳開入后，再次進(jìn)入失靈啟動(dòng)邏輯，通過其采集的主變壓器中壓側(cè)斷路器的電流判斷后經(jīng)“失靈聯(lián)跳時(shí)限T2”(可整定)延時(shí),失靈接點(diǎn)SLQD2閉合開給RCS-974非電量開入，通過非電量跳閘回路延時(shí)50 ms出口跳主變壓器三側(cè)斷路器。

可將上述過程簡(jiǎn)化為圖2。

由圖2分析可知，若母線保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈時(shí)，斷路器失靈的判斷邏輯在RCS-915GC與RCS-974FG裝置均作判斷。從故障發(fā)生到RCS-974FG裝置聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器隔離故障的時(shí)間由四部分組成，如圖3所示。

母線保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈，聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器時(shí)間應(yīng)可靠躲過主變壓器中壓側(cè)斷路器正常跳開時(shí)間Tn(母線保護(hù)動(dòng)作出口10 ms+機(jī)構(gòu)動(dòng)作40 ms+裕度100 ms=155 ms)。因此針對(duì)類似情況，可得出如下結(jié)論：

t2+T2+60>Tn

(1)

式中：t2為RCS-915GC的可整定失靈保護(hù)2時(shí)限；

圖2 母線保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈跳主變壓器三側(cè)回路

圖3 母線保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈，聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器時(shí)間構(gòu)成

T2為RCS-974FG的失靈聯(lián)跳時(shí)限；Tn為主變壓器中壓側(cè)斷路器正常跳開時(shí)間。

2)主變壓器保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈

主變壓器保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器，若斷路器失靈時(shí)，既需聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器，同時(shí)需跳開主變壓器中壓側(cè)斷路器所連接母線上的其他斷路器。

現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器二次回路為：當(dāng)主變壓器電量保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器時(shí)，主變壓器電量保護(hù)開給母線保護(hù)主變壓器三相失靈和解除復(fù)壓閉鎖開入，啟動(dòng)母線保護(hù)的失靈判別邏輯；母線保護(hù)根據(jù)所采集主變壓器中壓側(cè)斷路器電流進(jìn)行判別后，經(jīng)“失靈保護(hù)1時(shí)限t1” (可整定)跳母聯(lián)，經(jīng)“失靈保護(hù)2時(shí)限t2(可整定)延時(shí)，通過聯(lián)跳回路開給RCS-974FG裝置的失靈聯(lián)跳開入；RCS-974FG收到失靈聯(lián)跳開入后，再次進(jìn)入失靈啟動(dòng)邏輯，通過其采集的主變壓器中壓側(cè)斷路器的電流判斷后，時(shí)經(jīng)“失靈聯(lián)跳時(shí)限T2”(可整定)延時(shí),失靈接點(diǎn)SLQD2閉合開給RCS-974非電量開入，通過非電量跳閘回路延時(shí)50 ms出口跳主變壓器三側(cè)斷路器。

可將上述過程簡(jiǎn)化為圖4。

由圖4分析可知，當(dāng)主變壓器中后備保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈時(shí)，斷路器失靈的判斷邏輯在RCS-915GC和RCS-974FG內(nèi)均作判斷。從故障發(fā)生到母線保護(hù)跳開連接母線上所有斷路器的時(shí)間由兩部分組成，而從故障發(fā)生到RCS-974FG裝置聯(lián)跳主變壓器三側(cè)的時(shí)間由4部分組成，如圖5所示。

主變壓器電量保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈，跳同一母線相鄰斷路器和聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器時(shí)間需可靠躲過主變壓器中壓側(cè)斷路器正常跳開時(shí)間Tn。因此針對(duì)類似情況，可得出如下結(jié)論：

t2+10>Tn
t2=T2+60>Tn

(2)

3)結(jié)論

結(jié)合式(1)和式(2)所得結(jié)論及繼電保護(hù)整定計(jì)算技術(shù)規(guī)范[5]，建議將RCS-915GC的失靈保護(hù)2時(shí)限t2整定為0.3 s，RCS-974的失靈聯(lián)跳時(shí)限T2整定為0.01 s。若RCS-915GC的失靈保護(hù)2時(shí)限t2整定過短，無(wú)法躲過斷路器正常跳開時(shí)間可能導(dǎo)致誤動(dòng)，擴(kuò)大事故范圍。若RCS-974的失靈聯(lián)跳時(shí)限T2整定時(shí)間過長(zhǎng)，可能造成失靈保護(hù)無(wú)法及時(shí)動(dòng)作，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.1.2 RCS-974FG與RCS-915AS配合

1)母線保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈

現(xiàn)場(chǎng)二次回路的實(shí)現(xiàn)方式為：RCS-915AS母線保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈接點(diǎn)TJ經(jīng)10 ms延時(shí)閉合，通過失靈啟動(dòng)回路將中壓側(cè)斷路器失靈開入給RCS-974FG裝置的失靈聯(lián)跳開入；RCS-974FG收到失靈聯(lián)跳開入后，進(jìn)入失靈啟動(dòng)邏輯，通過其采集的主變壓器中壓側(cè)斷路器的電流判斷經(jīng)“失靈聯(lián)跳時(shí)限T2”(可整定),失靈接點(diǎn)SLQD2閉合開給RCS-974非電量開入，通過非電量跳閘回路延時(shí)50 ms出口跳主變壓器三側(cè)斷路器。

可將上述過程簡(jiǎn)化為圖6。

圖4 主變壓器保護(hù)動(dòng)作跳中壓側(cè)斷路器并啟動(dòng)失靈跳相鄰開關(guān)

圖5 主變壓器保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈，聯(lián)跳同一母線相鄰斷路器及主變壓器三側(cè)斷路器時(shí)間構(gòu)成

圖6 母線保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈跳主變壓器三側(cè)回路

由圖6分析可知，若母線保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈時(shí)，斷路器失靈的判斷邏輯在RCS-974FG裝置內(nèi)完成。從故障發(fā)生到RCS-974FG裝置聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器的時(shí)間由3部分組成，如圖7所示。

母線保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈，聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器時(shí)間需可靠躲過主變壓器中壓側(cè)斷路器正常跳開時(shí)間Tn。因此針對(duì)類似情況，可得出如下結(jié)論：

圖7 母線保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈，聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器時(shí)間構(gòu)成

T2+60>Tn

(3)

2)主變壓器保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈

現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器二次回路為：當(dāng)主變壓器電量保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器時(shí)，主變壓器電量保護(hù)開給RCS-974FG“變壓器保護(hù)跳閘起動(dòng)失靈”；RCS-974FG收到開入后，進(jìn)入失靈啟動(dòng)邏輯，通過其采集的主變壓器中壓側(cè)斷路器的電流判斷經(jīng)“失靈聯(lián)跳時(shí)限T2”(可整定),失靈接點(diǎn)SLQD1閉合開給RCS-974非電量開入，通過非電量跳閘回路延時(shí)50 ms出口跳主變壓器三側(cè)斷路器。

現(xiàn)場(chǎng)跳主變壓器中壓側(cè)斷路器所連接母線上的其他斷路器二次回路為：當(dāng)主變壓器電量保護(hù)動(dòng)作跳中壓側(cè)斷路器時(shí)，主變壓器電量保護(hù)開給母線保護(hù)解除復(fù)壓閉鎖開入，同時(shí)開給RCS-974FG“變壓器保護(hù)跳閘起動(dòng)失靈”；此時(shí)RCS-974FG收到失靈聯(lián)跳開入后，進(jìn)入失靈啟動(dòng)邏輯，由本裝置所采集到的主變壓器中壓側(cè)斷路器電流判斷經(jīng)“失靈時(shí)限T1”(可整定),將失靈開給220 kV母線保護(hù)；當(dāng)母線保護(hù)的失靈保護(hù)檢測(cè)到此開入時(shí)，根據(jù)其采集到的主變壓器中壓側(cè)斷路器電流判斷，經(jīng)過失靈保護(hù)電壓閉鎖起動(dòng)失靈保護(hù)；失靈保護(hù)經(jīng)跟跳延時(shí)Tgt(可整定)再次動(dòng)作于該線路斷路器，經(jīng)跳母聯(lián)延時(shí)Tml(可整定)動(dòng)作于母聯(lián)，經(jīng)失靈保護(hù)動(dòng)作延時(shí)Tsl(可整定)切除該元件所在母線的各個(gè)連接元件。

可將上述過程簡(jiǎn)化為圖8。

由圖8分析可知，當(dāng)主變壓器中后備保護(hù)動(dòng)作跳主變中壓側(cè)斷路器失靈時(shí)，斷路器失靈的判斷邏輯在RCS-974FG和RCS-915AS內(nèi)均做判斷。從故障發(fā)生到母線保護(hù)跳開連接母線上所有斷路器的時(shí)間和到RCS-974FG裝置聯(lián)跳主變壓器三側(cè)的時(shí)間均由3部分組成，如圖9所示。

圖8 主變壓器保護(hù)動(dòng)作跳中壓側(cè)斷路器并啟動(dòng)失靈跳相鄰開關(guān)

圖9 主變壓器保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈，聯(lián)跳同一母線相鄰斷路器及主變壓器三側(cè)斷路器時(shí)間構(gòu)成

主變壓器電量保護(hù)動(dòng)作跳主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈，跳同一母線相鄰斷路器和聯(lián)跳主變壓器三側(cè)斷路器時(shí)間需可靠躲過主變壓器中壓側(cè)斷路器正常跳開時(shí)間Tn。因此針對(duì)類似情況，可得出如下結(jié)論：

T2+60>Tn

T1+Ts1+10>Tn

(4)

式中：T1為RCS-974FG的失靈時(shí)限；Ts1為RCS-915AS的失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。

3)結(jié)論

結(jié)合式(3)和式(4)所得結(jié)論及繼電保護(hù)整定計(jì)算技術(shù)規(guī)范[5]，建議將RCS-974的失靈時(shí)限T1整定為0.01 s，失靈聯(lián)跳時(shí)限T2整定為0.3 s。若失靈聯(lián)跳時(shí)限整定過短可能造成保護(hù)誤動(dòng)而擴(kuò)大事故范圍。由于RCS-915AS母線保護(hù)的失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間Ts1為母線保護(hù)裝置失靈保護(hù)的公共定值，需兼顧連接母線的所有間隔，一般整定為0.3 s。

1.2 六統(tǒng)一主變壓器保護(hù)和母線保護(hù)配合

按照國(guó)家電網(wǎng)公司六統(tǒng)一的要求，母線保護(hù)具備區(qū)分主變壓器支路和線路支路功能，可判失靈并啟動(dòng)主變壓器聯(lián)跳。

主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈由母線保護(hù)來判斷，有兩種情況可以啟動(dòng)母線保護(hù)判主變壓器中壓側(cè)開關(guān)失靈：一是母差保護(hù)動(dòng)作；二是主變壓器電量保護(hù)動(dòng)作，開給母差保護(hù)啟動(dòng)失靈和解除復(fù)壓閉鎖。變壓器支路失靈保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)失靈短延時(shí)跳開母聯(lián)開關(guān)，長(zhǎng)延時(shí)跳開相應(yīng)母線，同時(shí)啟動(dòng)變壓器支路跳三側(cè)功能。其邏輯框圖如圖10所示。

母線保護(hù)專門提供變壓器失靈跳三側(cè)啟動(dòng)接點(diǎn)，直接開給變壓器保護(hù)中壓側(cè)失靈聯(lián)跳開入，由變壓器保護(hù)完成跳主變壓器三側(cè)斷路器功能。變壓器中壓側(cè)斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作開入后，應(yīng)經(jīng)靈敏的、不

圖10 六統(tǒng)一母線保護(hù)斷路器失靈保護(hù)邏輯圖

需整定的電流元件并帶50 ms延時(shí)后跳變壓器各側(cè)斷路器[6]。其邏輯框圖如圖11所示。

圖11 六統(tǒng)一變壓器保護(hù)失靈聯(lián)跳邏輯圖

六統(tǒng)一主變壓器保護(hù)和母線保護(hù)之間配合判斷主變壓器中壓側(cè)斷路器失靈回路變得相對(duì)簡(jiǎn)單。主變壓器電量保護(hù)中不存在可整定的失靈延時(shí)，而母線保護(hù)涉及失靈延時(shí)的僅有兩個(gè)定值，即失靈出口短延時(shí)和長(zhǎng)延時(shí)，如圖10所示。

2 結(jié) 語(yǔ)

失靈保護(hù)是高壓電網(wǎng)中一種近后備保護(hù)，對(duì)電網(wǎng)的故障隔離和穩(wěn)定運(yùn)行有非常重要的作用。但是因接線方式、保護(hù)配置等不同，失靈保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方式存在較大差異。前面介紹了主變壓器斷路器失靈保護(hù)在實(shí)際工程中的三種實(shí)現(xiàn)方式，即：由變壓器非電量及輔助保護(hù)裝置單獨(dú)實(shí)現(xiàn)；由變壓器非電量及輔助保護(hù)裝置與母線保護(hù)裝置配合實(shí)現(xiàn)；以及由母線保護(hù)裝置單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。具體的實(shí)現(xiàn)方式要根據(jù)工程中所配置的保護(hù)裝置類型以及二次回路的接線決定。失靈保護(hù)的整定計(jì)算需建立在充分了解二次回路及保護(hù)裝置原理的基礎(chǔ)上，否則可能因誤整定造成繼電保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。

[1] 王梅義. 高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行與設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007：139-140.

[2] 南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-974FG型變壓器非電量及輔助保護(hù)裝置技術(shù)說明書[Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司.

[3] 南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-915GC型母線保護(hù)裝置技術(shù)說明書[Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司.

[4] 南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS-915AS型母線保護(hù)裝置技術(shù)說明書[Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司.

[5] 國(guó)家電網(wǎng)公司.國(guó)家電網(wǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算技術(shù)規(guī)范：Q/GDW 422-2010[S].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[6] 國(guó)家電網(wǎng)公司.變壓器、高壓并聯(lián)電抗器和母線保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范：Q/GDW 1175-2013 [S].北京：中國(guó)電力出版社，2013.