變電站電流互感器一次引線異常接線方式研究

陶 昆，胡 毅

（國網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺(tái)100073）

在變電站中，繼電保護(hù)能感受到的故障范圍取決于電流互感器（TA）的安裝位置，繼電保護(hù)能切除的故障范圍取決于斷路器的安裝位置。在斷路器只有一側(cè)安裝TA的情況下，斷路器與TA之間的一次引線形成保護(hù)死區(qū)。對(duì)于戶外敞開式布置的SF6斷路器而言，若一次引線在布置時(shí)考慮不周，當(dāng)死區(qū)發(fā)生單相故障時(shí)，可能導(dǎo)致停電范圍擴(kuò)大，影響供電可靠性。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)備位置調(diào)整，可以不同程度地解決這一問題。

1 一次系統(tǒng)接線和保護(hù)配置情況

某變電站為220/110/10 kV三電壓等級(jí)樞紐變電站，220 kV及110 kV均為雙母線接線，有3臺(tái)變壓器運(yùn)行，其中4#變壓器高、中壓側(cè)中性點(diǎn)通過接地刀閘（27-4及7-4刀閘）直接接地，2#變壓器、3#變壓器高中壓側(cè)中性點(diǎn)不接地運(yùn)行；10 kV 4#母線及5#母線為單母線分段接線（中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地），帶有10 kV用戶，其中3#變壓器帶10 kV 4#母線運(yùn)行，4#變壓器帶10 kV 5#母線運(yùn)行；2#變壓器單獨(dú)帶10 kV 3#母線運(yùn)行（10 kV 3#變壓器母線僅帶站內(nèi)無功設(shè)備，無用戶負(fù)荷，中性點(diǎn)不接地），如圖1所示。

圖1 某典型雙母線接線變電站一次系統(tǒng)圖

主變壓器配置差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，零序過流、相間過流和中性點(diǎn)間隙過流作為后備保護(hù)；220 kV母線和110 kV母線均配置差動(dòng)保護(hù)。

其中，變壓器后備保護(hù)整定情況如下：

高壓側(cè)零序過流保護(hù)第一時(shí)限跳母聯(lián)、第二時(shí)限跳總出口，中壓側(cè)零序過流保護(hù)第一時(shí)限跳母聯(lián)、第二時(shí)限跳本側(cè)、第三時(shí)限跳總出口；

高壓側(cè)相間過流保護(hù)延時(shí)跳總出口，中壓側(cè)相間過流保護(hù)第一時(shí)限跳母聯(lián)、第二時(shí)限跳本側(cè)，低壓側(cè)相間過流保護(hù)第一時(shí)限跳母聯(lián)、第二時(shí)限跳本側(cè)并閉鎖備自投、第三時(shí)限跳總出口；

中性點(diǎn)間隙過流保護(hù)延時(shí)跳總出口，當(dāng)中性點(diǎn)接地刀閘合入時(shí)保護(hù)自動(dòng)退出。

2 TA一次引線異常接線方式下的故障分析

通常情況下，電流互感器安裝在開關(guān)與線路刀閘之間，如圖2所示。而某變電站主變110 kV側(cè)主開關(guān)TA的安裝位置與此不同，均安裝在開關(guān)與母線刀閘之間，如圖3所示。

圖2 TA一次引線正常布置情況

變壓器差動(dòng)保護(hù)與110 kV母線差動(dòng)保護(hù)感受范圍以TA頂蓋為分界點(diǎn)，TA頂蓋往變壓器側(cè)屬于變壓器差動(dòng)保護(hù)感受范圍，往母線側(cè)屬于110 kV母差保護(hù)感受范圍。

2.1 104開關(guān)與104TA之間發(fā)生單相故障

若104開關(guān)與TA之間的引線接地或104開關(guān)支瓶閃絡(luò)（如圖3所示），此故障點(diǎn)位于4#變壓器差動(dòng)保護(hù)感受范圍內(nèi)，4#變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開4#變壓器三側(cè)主開關(guān)。110 kV母線通過104-4刀閘繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，而故障點(diǎn)位于110 kV母差感受范圍之外，110 kV母差不能動(dòng)作。由于4#變?nèi)齻?cè)跳閘后全站失去接地的變壓器中性點(diǎn)，2#變壓器和3#變壓器110 kV側(cè)中性點(diǎn)間隙擊穿，間隙保護(hù)動(dòng)作跳開2#變壓器、3#變壓器三側(cè)開關(guān)。

綜上所述，在當(dāng)前布置方式下，104開關(guān)與104TA之間發(fā)生單相故障將造成2#變壓器、3#變壓器、4#變壓器全停，110 kV 4#、5#母線、10 kV 3#、4#、5#母線失壓的5級(jí)事件。

2.2 103開關(guān)與103TA之間發(fā)生單相故障

若103開關(guān)與TA之間的引線接地或103開關(guān)支瓶閃絡(luò)（與圖3類似），此故障點(diǎn)位于3#變壓器差動(dòng)感受范圍內(nèi)，3#變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開3#變壓器三側(cè)主開關(guān)，10 kV側(cè)母聯(lián)245開關(guān)自投。110 kV母線通過103-5刀閘繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，而故障點(diǎn)位于110 kV母差保護(hù)感受范圍之外，110 kV母差保護(hù)不能動(dòng)作。最終4#變壓器中壓側(cè)零序過流保護(hù)動(dòng)作跳開母聯(lián)145開關(guān)，故障被切除。

圖3 某變電站TA一次引線異常布置情況

綜上所述，在當(dāng)前布置方式下，103開關(guān)與103TA之間發(fā)生單相故障將造成3#變壓器全停、110 kV 5#母線失壓。

2.3 104開關(guān)與104TA之間發(fā)生相間故障

如圖3所示，若104開關(guān)與104TA之間發(fā)生相間故障（如風(fēng)吹異物搭掛、帶地線送電等，概率極低），4#變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開4#變壓器三側(cè)主開關(guān)，10 kV側(cè)母聯(lián)245開關(guān)自投。110 kV母線通過104-4刀閘繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，而故障點(diǎn)位于110 kV母差保護(hù)感受范圍之外，110 kV母差保護(hù)不能動(dòng)作。最終2#變壓器、3#變壓器中壓側(cè)相間過流保護(hù)動(dòng)作跳開母聯(lián)145和2#變壓器102開關(guān)，將故障切除。故障造成4#變壓器全停、110 kV 4#母線失壓。

2.4 103開關(guān)與103TA之間發(fā)生相間故障

若103開關(guān)與103TA之間發(fā)生相間故障（與圖3類似），3#變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開3#變壓器三側(cè)主開關(guān)，10 kV側(cè)母聯(lián)245開關(guān)自投。110 kV母線通過103-5刀閘繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，而故障點(diǎn)位于110 kV母差保護(hù)感受范圍之外，110 kV母差保護(hù)不能動(dòng)作。最終2#變壓器、4#變壓器中壓側(cè)相間過流保護(hù)動(dòng)作跳開145開關(guān)，將故障切除。故障造成3#變壓器全停、110 kV 5#母線失壓。

102開關(guān)與102TA之間發(fā)生相間故障的情況與此類似，將造成2#變壓器全停、110 kV 4#母線失壓。

3 TA一次引線正常接線方式下的故障分析

3.1 104開關(guān)與104TA之間發(fā)生單相故障

若按照常規(guī)方式，將104TA安裝在開關(guān)與線路側(cè)刀閘之間（如圖2所示）。當(dāng)104開關(guān)與104TA之間發(fā)生單相故障時(shí)，110 kV母差保護(hù)動(dòng)作跳開110 kV 4#母線上所有開關(guān)，4#變通過104-2刀閘繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，最終4#變中壓側(cè)零序過流保護(hù)動(dòng)作跳開4#變壓器三側(cè)主開關(guān)。

故障將造成4#號(hào)變壓器全停、110 kV 4#母線失壓。相比于2.1小節(jié)所描述的情況，故障停電范圍要小得多。

3.2 104開關(guān)與104TA之間發(fā)生相間故障

如圖2所示，若104TA按常規(guī)方式安裝在開關(guān)與線路側(cè)刀閘之間，當(dāng)104開關(guān)與104TA之間發(fā)生相間故障時(shí)，由母差保護(hù)動(dòng)作跳開110 kV 4#母線上所有開關(guān)，4#變壓器通過104-2刀閘繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，最終4#變高壓側(cè)相間過流保護(hù)動(dòng)作跳開4#變壓器三側(cè)主開關(guān)。這種情況下，故障造成4#變?nèi)Ｌl、110 kV 4#母線失壓。

3.3 103開關(guān)與103TA之間發(fā)生單相故障

按常規(guī)布置方式，將103TA安裝在開關(guān)與線路側(cè)刀閘之間（與圖2類似）。當(dāng)103開關(guān)與103TA之間發(fā)生單相故障時(shí)，110 kV母差保護(hù)動(dòng)作跳開110 kV 5#母線上所有開關(guān)；故障零序電壓使3#變壓器中壓側(cè)中性點(diǎn)間隙擊穿，3#變壓器間隙保護(hù)動(dòng)作跳開3#變壓器三側(cè)主開關(guān)，10 kV側(cè)母聯(lián)245開關(guān)自投。

故障造成3#變壓器全停、110 kV 5#母線失壓，與2.2小節(jié)所描述的情況故障停電范圍相同。

102開關(guān)與102TA之間發(fā)生單相故障的情況與此類似，將造成2#變?nèi)！?10 kV 4#母線失壓。

3.4 103開關(guān)與103TA之間發(fā)生相間故障

若103TA按常規(guī)方式安裝在開關(guān)與線路側(cè)刀閘之間（與圖2類似），則當(dāng)103開關(guān)與103TA之間發(fā)生相間故障時(shí)，由母差保護(hù)動(dòng)作跳開110 kV 5#母線上所有元件。3#變通過103-2刀閘繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，最終由3#變高壓側(cè)相間過流保護(hù)動(dòng)作跳開3#變2203開關(guān)。故障造成3#變失電、110 kV 5#母線失壓。

102開關(guān)與102TA之間發(fā)生相間故障的情況與此類似，將造成2#變失電、110 kV 4#母線失壓。

3.5 結(jié)論

將上述故障情況下造成的停電范圍整理如表1所示?？梢?，變壓器主開關(guān)TA一次引線當(dāng)前的異常接線方式在大多數(shù)情況下并無問題，但當(dāng)104TA與104開關(guān)之間發(fā)生單相故障時(shí)，將造成幾乎全站停電的5級(jí)事件（僅剩余220 kV母線未失壓，但失去了全部負(fù)荷及站用電源，對(duì)故障恢復(fù)造成非常不利的影響），對(duì)供電可靠性造成嚴(yán)重后果；而按照常規(guī)方式布置，僅損失110 kV 4#母線負(fù)荷。因此，對(duì)TA一次引線異常接線方式進(jìn)行整改勢在必行。

表1 不同接線方式下，TA和開關(guān)之間一次引線發(fā)生故障時(shí)的停電范圍

4 整改方案

4.1 方案一：調(diào)整一次引線位置

如圖4所示，將102/103/104開關(guān)下接線板改連-2刀閘，上接線板改連TA，并將TA轉(zhuǎn)向180°（TA頂蓋對(duì)斷路器側(cè)引線絕緣，對(duì)母線側(cè)引線連通）。重新點(diǎn)TA極性、測保護(hù)向量后投入運(yùn)行。采用這種方案，施工時(shí)間較短，但并不能從根本上解決問題。

圖4 整改方案一：調(diào)整一次引線位置

按照方案一調(diào)整后，開關(guān)與TA之間的一次引線位置從支瓶處提高到開關(guān)上接線板，相當(dāng)于增加了爬電距離，減少了開關(guān)與TA之間發(fā)生單相故障的可能性。但一旦開關(guān)與TA間發(fā)生單相故障，仍將造成前文所述的嚴(yán)重后果。

4.2 方案二：更改TA安裝位置

如圖5所示，將TA與開關(guān)位置互換，使之符合常規(guī)布置方式，不須調(diào)換TA方向，這種方法施工時(shí)間較長，但能徹底解決TA與開關(guān)之間發(fā)生單相故障時(shí)擴(kuò)大停電范圍的問題，前文已經(jīng)詳細(xì)論述過，此處不再贅述。

圖5 整改方案二：調(diào)整TA位置

5 結(jié)束語

電流互感器（TA）和斷路器（開關(guān)）分別作為繼電保護(hù)的測量元件和執(zhí)行元件，它們的布置方式影響保護(hù)動(dòng)作范圍和動(dòng)作結(jié)果。特別是發(fā)生死區(qū)故障時(shí)，不恰當(dāng)?shù)牟贾梅绞娇赡軐?dǎo)致繼電保護(hù)不能第一時(shí)間將故障點(diǎn)與運(yùn)行設(shè)備隔離，繼而造成故障停電范圍擴(kuò)大，影響供電可靠性。因此，在變電站設(shè)計(jì)和改擴(kuò)建工作中，對(duì)涉及保護(hù)死區(qū)的一次設(shè)備進(jìn)行故障校核十分必要。