变电站继电保护问题的探讨

摘要：本文主要分析了变电站母线保护死区和变压器保护死区常见的一些故障，并提出相应的改进措施。

关键词：继电保护；保护死区；母线保护；电力变压器

随着我国电力工业的快速发展，电网规模的不断扩大，网络密集程度逐步提高。因此，在一般情况下，个别线路或母线因故障断开，只要能够保证断路器快速跳闸，对整个系统的稳定运行不会带来太大的影响。实际上，在某些系统接线中仍然存在继电保护的死区，若由带延时的后备保护来切除故障对系统的安全和稳定运行将带来很大的影响。本文主要分析母线保护死区和变压器保护死区常见的故障，并提出相应的改进措施。对于出线处断路器与其电流互感器间故障的可行措施为增加启动光纤保护远跳回路中的“永跳继电器启动远跳”连片，并在本侧进行检修时退出该光纤通道或进行光纤自环：对于母联断路器与其电流互感器间故障，增加一个CT3以避免双母线全部跳闸；对于变压器保护死区故障，建议在联跳主变压器三侧回路中去掉断路器辅助接点；并在回路中增加一块连片(LP2)以防止在保护设备检修过程中误启动联跳主变压器三侧。

1 母线保护死区及解决措施

1．1 出线处断路器与其电流互感器间故障

目前，220 kV变电站一般采用双母线或双母带旁的电气主接线方式，如图1所示。当出线断路器与其电流互感器之间的点发生故障时，如Kl点接地故障。对于线路保护来说，此时故障不在其保护范围内，而属于母线差动保护范围。母差保护动作跳闸后，Kl点故障仍然存在，因此在出线断路器与CT间存在保护死区。通常采用母差保护动作停信来解决此类死区故障。如高频闭锁式保护，其母差保护、失灵保护动作通过启动各线路保护中分相操作箱的永跳继电器来实现对相应断路器的跳闸。

图1 双母线电气接线图

对本侧出线的高频主保护来说，K1点属于反方向故障；只能利用永跳接点来迫使收发讯机停信，让对侧高频保护及时动作切除死区故障。光纤纵联保护为解决此类死区故障，配置了远跳功能；由永跳接点开入光纤纵差保护，实现远跳对侧线路断路器以切除故障。但在现场工作中，例如用旁路开关代运该线路，将该线路保护退出进行检修，但线路对侧开关仍然在运行。若未断开光纤纵差保护对应的光纤通道，在试验人员模拟永久性故障整组传动开关的情况下，会启动分相操作箱中永跳继电器开入至光纤保护，导致误发远跳命令，跳开对侧的运行中的线路断路器。因此，对于此类死区故障的解决措施有：

1)增加启动光纤保护远跳回路中的“永跳继电器启动远跳”连片，并在对侧断路器运行时退出该连片；

2)对于远跳命令，需完善本侧就地判据闭锁功能，若在本侧处于检修或退出状态时，闭锁发送信号；

3)在本侧进行检修时，退出该光纤通道或进行光纤自环。

上述几种解决措施的比较如下：采取措施l后，检修时将其断开能够有效地切断远跳启动回路，从根本上避免了误发远跳命令。但还要采取一定的措施，避免在检修过程中可能会出现“误碰”该连片导致误发远跳命令的情况。

措施2完善本侧就地判据进行信号闭锁，能够很好地解决误发远跳命令的问题，但就地判据条件较多，有可能需要增加微机装置硬件和修改相关软件，需要改造的线路多，成本会很高。

措施3进行光纤自环是目前厂家解决此类问题的主要手段，但需要用备用光纤自环以替换与对侧相连的光纤。备用光纤作为备件，极有可能在长期的、反复的预试检修过程中遗失或损坏，更换新的备件较为麻烦。同时，很可能因为检修人员的一时疏忽，在未将备用光纤自环的情况下进行模拟故障调试，导致发出远跳命令使对侧跳闸。这种情况虽然很少，但却真实地发生过。

总结上述几种改进办法，将其中的一些方法相结合并且在检修过程中严格执行相关安全措施，可以更有效地避免事故，例如将措施1和3相结合就可以取长补短，而且容易实现。

1．2 母联断路器与其电流互感器间故障

当前大多数双母主接线方式系统中，母联只安装一组电流互感器(如TA2)，当故障发生在母联断路器和TA2之间时，母差保护不能完全切除故障。当图1中的K2点发生故障时，Ⅱ母差动保护判为外部故障，其保护不会动作；此时Ⅰ母差动保护动作跳开其母线上所有出线断路器及母联断路器，但故障仍存在。对于此类死区故障的解决措施有：

1)利用故障电流一直存在和母差动作不返回条件，依靠母联断路器失灵保护切除故障。

2)在母联上增加一个电流互感器，如图l中的TA3所示，TA3的电流引入Ⅱ母差动，TA2的电流引人Ⅰ母差动，当出现死区故障时，瞬时跳开母联，同时母联电流退出两母线小差，然后延时150 ms跳Ⅰ母或Ⅱ母，其逻辑框图如图2所示。

图2增加母联TA后的母差动作逻辑框图

3)在不增加母联互感器(TA3)的前提下，可增加母联跳闸开入量，在母联断路器跳闸后使母联电流退出小差，由母线的小差判断跳闸。

上述几种解决措施的比较如下：

措施1利用母联断路器失灵保护切除母联死区故障，损失较大，停电范围扩大。从理论上说，此类故障发生时，应先跳母联断路器，之后只需要再跳开一条母线即可使故障消失。而采用启动母线失灵保护的结果是两条母线全部跳闸停电。

措施2增加TA3的办法，可以避免双母线全部跳闸的情况，但增加了一台电流互感器，从而增加了设备投入，占用了场地，提高了设备的维护成本。措施3增加母联跳闸开入量，出现任何母线故障都先跳母联断路器。此时若出现母线故障但不在母联死区时，其切除故障的时间要比其他两种方法的长，因此不利于快速切除故障，减少设备损失。

2 变压器保护死区及解决措施

在220 kV系统中，当主变压器断路器失灵，往往采用220 kV母线差动保护动作来联跳主变压器三侧断路器，其逻辑接线如图3所示。其原理是，220 kV 母线差动保护动作后，断路器仍在合闸位置，互感器仍有电流流过，经延时出口跳主变压器三侧。

图3 母差启动主变压器联跳原理图

当主变压器断路器与TA 之间发生故障时，如图4中K点所示。此故障在220 kV母线差动保护范围内，故220 kV母线差动保护动作，跳高压侧断路器1。实际上高压侧跳开后，K点故障仍然存在；

此时高压侧断路器处于断开状态，虽然母差动作未返回，但主变压器断路器辅助接点打开；只能由后备保护来切除故障。

图4 220KV主变压器接线图

在当前的220 kV系统中，尚未考虑220 kV母线故障出现在主变压器断路器与CT间的死区时采用母线差动保护联跳主变压器三侧的设计方案。虽然110 kV 侧电源较弱，但是当1l0 kV侧电源很强或者变电站有两台以上的主变压器并列运行时，如果出现此类情况而不能快速切除故障，后果是相当严重的。因此，建议在母差启动联跳主变压器三侧回路中去掉断路器辅助接点；同时为防止在保护设备检修过程中误启动联跳主变压器三侧，可在回路中增加一块连片(LP2)，如图5所示。检修时必须将两块连片同时取下，这样就可以保证回路中有两处明显断开处，而不至于因误碰导致误启动。

图5 去掉断路器辅助接点后的母差启动主变压器联跳原理

3 结语

本文分析母线保护死区和变压器保护死区常见的故障，并提出相应的改进措施，供继电保护人员在设计、安装、调试工作过程中参考。

继电保护是电力系统安全正常运行的重要保障，随着电网自动化技术的快速发展，电网自动化系统的功能和性能不断完善，电力运行管理工作的自动化程度达到了很高的水平。其中继电保护技术的发展是电力安全发展趋势的一种必然选择，也是企业在供电过程中不可缺少的一种重要应用工程。本文主要探讨了新形势下继电保护故障分析系统在电力系统中的应用。

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