110kV內(nèi)橋接線變電站主變差動(dòng)保護(hù)死區(qū)故障分析及探討

常州供電公司 陳 億

關(guān)鍵字：內(nèi)橋接線；差動(dòng)保護(hù)；死區(qū)故障；解決方案日，110kV甲變電站（內(nèi)橋接線，運(yùn)行于方式1）700開關(guān)C相靠近2號(hào)主變側(cè)絕緣擊穿，故障點(diǎn)落在700開關(guān)與700CT之間，

某位于1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，2號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)范圍外。1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，進(jìn)線備自投動(dòng)作又導(dǎo)致系統(tǒng)再次合于故障之上，最終依靠712的上級(jí)電源的切除隔離了故障，而110kV甲變電站全站失電。繼電保護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后隨即了解了現(xiàn)場(chǎng)的一二次設(shè)備情況，調(diào)取了保護(hù)的相關(guān)報(bào)文進(jìn)行分析。

1 事故前運(yùn)行方式及事故經(jīng)過(guò)

110kV甲變電站高壓側(cè)為內(nèi)橋接線，10kV側(cè)為單母線分段。事故發(fā)生前，系統(tǒng)的運(yùn)行方式如圖1所示，711和700在合位，712在分位（上級(jí)線路713運(yùn)行、714運(yùn)行）。內(nèi)橋700CT靠近2號(hào)主變側(cè)。1號(hào)主變、2號(hào)主變的差動(dòng)、高后備、低后備、非電量保護(hù)均啟用。110kV自投啟用，已充電。10kV自投當(dāng)時(shí)均未啟用。

某時(shí)，甲變電站1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，711、700、101開關(guān)跳閘。上級(jí)713開關(guān)事故跳閘，重合成功。110kV進(jìn)線自投動(dòng)作，712開關(guān)合上。714開關(guān)事故跳閘，重合閘失敗。甲變電站全所失電，同時(shí)所用電失去。

經(jīng)值班員現(xiàn)場(chǎng)檢查匯報(bào)：（1）713開關(guān)零序Ⅰ段、距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，重合成功，C相故障。（2）714開關(guān)零序Ⅰ段、距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，重合不成，C相故障。（3）110kV甲變電站開關(guān)室內(nèi)有濃煙，712開關(guān)彈簧未儲(chǔ)能動(dòng)作。110kV內(nèi)橋700開關(guān)機(jī)構(gòu)故障，SF6壓力降低，2號(hào)主變檢查正常。

2 事故原因及保護(hù)動(dòng)作分析

根據(jù)繼電保護(hù)整定原則，713、714線路保護(hù)（距離、零序）I段保護(hù)范圍伸入甲變電站110kV主變繞組內(nèi)部，結(jié)合值班員現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，故障判定為甲變電站110kV設(shè)備故障。最初，1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳各側(cè)開關(guān)，自投后，2號(hào)主變保護(hù)未動(dòng)，而其上級(jí)線路保護(hù)動(dòng)作。由此基本可以判定故障點(diǎn)在1號(hào)主變差動(dòng)范圍以內(nèi)，2號(hào)主變差動(dòng)范圍之外，而且是110kV II段母線有故障，在700開關(guān)與700CT之間，這是典型的內(nèi)橋接線死區(qū)故障，如圖1中所示。

圖1 故障前一次系統(tǒng)運(yùn)行方式

整個(gè)過(guò)程中，110kV甲變電站內(nèi)保護(hù)動(dòng)作情況是：1號(hào)主變差動(dòng)動(dòng)作、110kV自投動(dòng)作，此后，1號(hào)主變差動(dòng)又動(dòng)作了兩次，具體分析如下。最初，700與橋側(cè)CT之間發(fā)生C相單相接地故障，在1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，裝置的差動(dòng)保護(hù)第一次動(dòng)作，跳開711、700、101開關(guān)。備自投在延時(shí)結(jié)束后動(dòng)作，則712開關(guān)合閘于故障之上，導(dǎo)致1號(hào)主變橋側(cè)CT采到了故障電流，差動(dòng)保護(hù)第二次動(dòng)作。而此時(shí)對(duì)于2號(hào)主變而言，故障電流流經(jīng)CT712、CT700，是穿越性電流和死區(qū)故障，因此2號(hào)主變差動(dòng)沒有啟動(dòng)，只是2號(hào)主變側(cè)上級(jí)開關(guān)714跳開，使得故障得到暫時(shí)的隔離。714開關(guān)在保護(hù)動(dòng)作跳開后，重合閘經(jīng)延時(shí)正確動(dòng)作，但又重合于故障之上，導(dǎo)致1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)裝置再次感受到橋側(cè)CT的故障電流，發(fā)生1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)的第三次動(dòng)作。而此時(shí)2號(hào)主變?nèi)匀徊粫?huì)動(dòng)作。714開關(guān)由于重合于故障之上而永久跳開，故障得以隔離。

至此，對(duì)于甲變電站而言，全站失電；而甲變電站進(jìn)線的兩個(gè)上級(jí)電源，也有一個(gè)永久跳開；故障點(diǎn)被沖擊了三次。

3 內(nèi)橋接線下主變差動(dòng)保護(hù)死區(qū)故障的解決方案

上述案例是內(nèi)橋接線的變電站主變差動(dòng)保護(hù)死區(qū)故障的典型動(dòng)作過(guò)程。由于故障位于內(nèi)橋700開關(guān)和內(nèi)橋側(cè)CT之間，在1號(hào)主變保護(hù)范圍內(nèi)卻不在2號(hào)主變保護(hù)范圍內(nèi)，最終導(dǎo)致不僅全站失電，而且有一個(gè)上級(jí)電源永久跳開。

內(nèi)橋接線是110kV變電站的典型接線，為節(jié)約成本，橋側(cè)CT一般只會(huì)配置一個(gè)，相對(duì)也就帶來(lái)了上述死區(qū)故障的問(wèn)題。雖然死區(qū)故障比較少見，但如果能采取措施減小此處故障時(shí)的損害，也是有討論意義的。故下述提出了兩種解決方案，具體的分析過(guò)程均以永久性故障為例，110kV配有基本的備自投邏輯，10kV配有分段備自投。

3.1 方案一：內(nèi)橋側(cè)配置兩個(gè)CT

如圖2所示，此時(shí)內(nèi)橋側(cè)配置兩個(gè)CT：CT2和CT1，分別給2號(hào)主變以及1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)使用，其余CT配置不變。由于橋側(cè)保護(hù)范圍有交錯(cuò)，所以不存在差動(dòng)保護(hù)的死區(qū)。

圖2 內(nèi)橋側(cè)配置兩個(gè)CT

（1）711主供方式：711、700合位，712分位（713、714、101、102合位），此處分為故障點(diǎn)A和故障點(diǎn)B兩個(gè)點(diǎn)分析其動(dòng)作過(guò)程。

①故障點(diǎn)A：首先，故障電流流經(jīng)CT713、CT711、CT2，則上級(jí)電源處線路保護(hù)動(dòng)作，跳開713；1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開711、700、101；同時(shí)2號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開712、700、102。經(jīng)重合閘延時(shí)，713重合成功。一般而言，常州地區(qū)進(jìn)線備自投會(huì)配有“備用側(cè)主變故障閉鎖備自投”邏輯，此時(shí)，系統(tǒng)原本在方式1下，2號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故閉鎖進(jìn)線備自投，備自投不動(dòng)作。最終，全站負(fù)荷失電，但上級(jí)電源均能正常運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程對(duì)故障點(diǎn)的沖擊一次。

②故障點(diǎn)B：分析同故障點(diǎn)A。

（2）分列運(yùn)行：711、712合位，700分位（713、714、101、102合位），此處考慮到對(duì)稱性，僅分析故障點(diǎn)B的動(dòng)作過(guò)程。

故障點(diǎn)B：首先，故障電流流經(jīng)CT714、CT712、CT1，則上級(jí)電源處線路保護(hù)動(dòng)作，跳開714；2號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開712、700、102；1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開711、700、101。經(jīng)重合閘延時(shí)，714重合成功。由于主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作閉鎖110kV橋備自投，因此備自投不會(huì)動(dòng)作。至此，全站失電，上級(jí)線路均正常運(yùn)行，故障點(diǎn)被沖擊一次。

為了便于比較，將常規(guī)CT配置下，系統(tǒng)處于分列運(yùn)行時(shí)，死區(qū)的故障特征分析如下（如圖1，注意此時(shí)711、712合位，700分位）。首先，故障電流流經(jīng)CT714、CT712、CT700，則上級(jí)電源處線路保護(hù)動(dòng)作，跳開714；2號(hào)主變差動(dòng)不動(dòng)作；1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開711、700、101，橋備自投放電。經(jīng)重合閘延時(shí)，714重合于故障之上，則上級(jí)電源處線路保護(hù)再次動(dòng)作跳開714。1、2號(hào)主變動(dòng)作情況同上。最終，全站失電；上級(jí)線路有一個(gè)永久跳開；故障點(diǎn)被沖擊兩次。

3.2 方案二：700開關(guān)在分位時(shí)差動(dòng)計(jì)算不計(jì)入橋CT電流

如圖1所示，橋CT配置同常規(guī)的一樣，但是在差動(dòng)保護(hù)的開入量中多引入一個(gè)700開關(guān)的TWJ接點(diǎn)或者700開關(guān)的常閉輔助接點(diǎn)DL，以引入下述邏輯：當(dāng)700開關(guān)在分位時(shí)，差動(dòng)保護(hù)計(jì)算不再計(jì)入橋CT電流。

（1）711主供方式：711、700合位，712分位（713、714、101、102合位）。

故障點(diǎn)C：首先，故障電流流經(jīng)CT713、CT711，則上級(jí)電源處線路保護(hù)動(dòng)作，跳開713；1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開711、700、101。經(jīng)重合閘延時(shí)，713重合成功。110kV備自投動(dòng)作，合上712開關(guān)，合于故障之上。此時(shí)，故障電流流經(jīng)CT714、CT712、CT700，但是此時(shí)700開關(guān)已在分位，故差動(dòng)保護(hù)已不計(jì)及CT700，故上級(jí)電源處線路保護(hù)動(dòng)作，跳開714；2號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開712、102。經(jīng)重合閘延時(shí)，714重合成功。最終，全站失電；上級(jí)電源側(cè)均可運(yùn)行；故障點(diǎn)被沖擊兩次。

（2）分列運(yùn)行：711、712合位，700分位（713、714、101、102合位）。

故障點(diǎn)C：首先，故障電流流經(jīng)CT714、CT712、CT700，但是700開關(guān)此時(shí)在分位，故差動(dòng)保護(hù)不計(jì)及CT700。則上級(jí)電源處線路保護(hù)動(dòng)作，跳開714；2號(hào)主變差動(dòng)動(dòng)作，跳開712、102，同時(shí)閉鎖橋備自投，但不閉鎖10kV分段備自投。經(jīng)重合閘延時(shí)，714重合成功。可以看到，1號(hào)主變側(cè)并未失電，加之10kV備自投動(dòng)作，合上100，全站10kV負(fù)荷全在運(yùn)行中；上級(jí)電源側(cè)均可運(yùn)行；故障點(diǎn)僅沖擊一次。

4 幾種配置方案的比較

711主供方式常規(guī)配置：全站失電，一個(gè)上級(jí)電源永久跳開，故障點(diǎn)沖擊3次。

方案一：內(nèi)橋側(cè)配置兩個(gè)CT，全站失電；上級(jí)電源側(cè)均可運(yùn)行；故障點(diǎn)沖擊1次（故障點(diǎn)A、B）。方案二：700開關(guān)在分位時(shí)，差動(dòng)計(jì)算不計(jì)入橋CT電流，全站失電；上級(jí)電源側(cè)均可運(yùn)行；故障點(diǎn)沖擊2次（故障點(diǎn)C）。

分列運(yùn)行常規(guī)配置：全站失電，一個(gè)上級(jí)電源永久跳開，故障點(diǎn)沖擊2次。

方案一：內(nèi)橋側(cè)配置兩個(gè)CT，全站失電；上級(jí)電源側(cè)均可運(yùn)行；故障點(diǎn)沖擊1次（故障點(diǎn)B）。方案二：700開關(guān)在分位時(shí)，全站失電；10kV負(fù)荷全在運(yùn)行中；上級(jí)電源側(cè)均可運(yùn)行；故障點(diǎn)沖擊1次（故障點(diǎn)C）。

相比常規(guī)配置，當(dāng)711主供時(shí)，方案一、二都可確保上級(jí)電源的運(yùn)行，提高整個(gè)供電系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)還可減少對(duì)系統(tǒng)的沖擊。當(dāng)分列運(yùn)行時(shí)，也具有上述優(yōu)點(diǎn)，而且方案二還可以保證本站10kV系統(tǒng)的供電?？梢姡槍?duì)本案例所涉及到的橋CT與橋開關(guān)之間發(fā)生故障的情況，方案一、二在提高供電可靠性和減少系統(tǒng)沖擊上都具有明顯優(yōu)點(diǎn)。方案二在分列運(yùn)行時(shí)，在保電方面更具有優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)然，方案一、二也是有相應(yīng)要求的。方案一需要多配置一個(gè)CT，增加了系統(tǒng)接線復(fù)雜性，也提高了成本。方案二需要引入TWJ或者DL，也是增加了配線，復(fù)雜了保護(hù)邏輯，對(duì)接點(diǎn)的可靠性要求也比較高。

5 結(jié)語(yǔ)

事故的分析，首先應(yīng)了解事故前一次設(shè)備的運(yùn)行方式及二次保護(hù)的配置情況，然后結(jié)合值班員的檢查結(jié)果和保護(hù)的主要?jiǎng)幼鲌?bào)文，分析事故原因。針對(duì)本文分析的110kV內(nèi)橋接線變電站主變差動(dòng)保護(hù)死區(qū)故障典型案例，首先應(yīng)熟悉保護(hù)動(dòng)作過(guò)程及特征，以便更迅速地判斷故障性質(zhì)。同時(shí)，綜合考慮電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行、供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性等原則，可在常規(guī)方案與本文提出的方案間作出合理的選擇與配置。