基于220 kV变电站主变断路器失灵保护改进方案研究

侯红卫

摘 要：鉴于220kV 主变失灵保护的特殊性和重要性，根据220kV变电站的实际情况，具体落实改造方案，降低了 220 kV主变压器受到故障电流冲击的可能性，保障了电网安全、稳定运行。

关键词：220 kV；变电站；断路器；失灵保护

引言

随着电网容量的不断增大和电网间联系日趋紧密复杂，保证电网的安全运行就更加重要， 超高压电力系统中继电保护的拒动给电网带来的危害越来越大， 电力系统运行中的任一电力设备均应处在保护范围中， 并设有后备保护措施。为了保证电网的运行方式更加安全可靠，220kV母差保护均已更换为微机保护的情况下对 220kV主变进行高压侧断路器失灵保护的接入改造。

某地区3座220kV变电站的主变断路器失灵保护中，以前均采用继电保护典型设计，即主变高压侧（220 kV侧） 断路器失灵时启动失灵保护，到220 kV母差屏上去启动母差保护模块内的失灵保护，利用母差保护出口来切除母联断路器和本母线上所有相连断路器。但相对于主变开关来说，这种失灵保护的典型配置不能有效地隔离故障点，另一侧进线可通过其他主变和 110kV母联向故障点反供电，从而会继续使故障点注入短路电流，因此，改进220kV主变高压侧断路器失灵保护配置具有重要意义。

1 开关典型失灵保护分析

本220 kV主变压器均配备有两套保护，分为保护屏A和B，主保护为差动保护和瓦斯等非电量保护，均零时限跳主变三侧开关。220kV变电站系统简图如图 1所示，其忽略了旁路和隔离开关等器件，主变高压侧开关 CT 绕组功能按排列顺序分别为：纵差一和后备、纵差二和后备、母差（失灵）一、母差（失灵）二、失灵保护。

两套主变差动保护装置均无延时跳主变三侧断路器。

两套相同原理的220 kV复压过流保护和零序过流保护均经延时跳主变三侧断路器，投入零序方向保护，经延时跳主变高压侧断路器。两套相同原理的110kV复压过流保护 I段第一时限跳110 kV 母联断路器，Ⅰ段第二时限跳本变压器中压侧 110 kV 断路器；零序过流一时限经延时跳主变三侧断路器；配置零序方向过流Ⅰ、Ⅱ段，均分为两个时限，第一时限跳 110 kV 母联断路器，第二时限跳本变压器中压侧 110 kV断路器。各个继电保护器相互配合，完成对主变及相邻线路故障的保护。如图 1 所示，Ⅰ#主变发生 CT 覆盖范围内故

障，即 GZ1 点故障，差动保护动作并零时限跳Ⅰ#主变三侧断路器，但此时高压侧断路器Ⅰ-DL1失灵拒动，220 kV 进线仍然给Ⅰ#主变供电，差动不返回，失灵启动开放母线保护装置内的失灵保护，跳开 220 kV 母联断路器及所有与Ⅰ母相连的断路器，故障点被切除。

虽然经过上述保护动作，切除了故障点，但由于高压侧断路器拒动导致了故障范围的扩大，跳开了与Ⅰ母相连的其他线路。

2 非典型性故障失灵保护动作分析

当故障點非为主变保护 CT 覆盖范围内时，高压侧断路器失灵拒动则会带来其他的影响并使故障扩大化。

（1） 故障发生在 CT 绕组间。出现此类故障时，由于主变两套差动保护所采用的CT 绕组是互相交叉的，此类故障在差动保护的覆盖范围内，因此与上述典型失灵保护故障动作情况是一致的。

（2） 故障发生在 CT 和高压侧断路器之间。当故障点在 CT 和高压侧断路器之间时，如图 1 所示的故障点 GZ2，属于主变差动保护范围之外，母线差动保护范围之内，此时母差保护动作，跳开220 kV母联断路器和Ⅰ母上相连的所有出线断路器。但此时由于高压侧断路器拒动，则Ⅰ-DL1 不能跳开，系统进线通过Ⅱ#主变、Ⅱ-DL2、中压侧母联断路器、Ⅰ-DL2 构成回路向故障点注入短路电流，如图中标注所示。这时如果短路电流达到 220 kV高后备动作电流，且不考虑投入方向，经 t1延时 （根据新孤变定值延时为 3.9 s）可跳开主变三侧开关，切除故障。如果短路电流未达到高后备动作电流，此时Ⅱ#主变中压侧后备保护复压过流可靠动作，经 t2延时 （根据新孤变定值延时为 3.3 s） 跳 110kV 母联断路器，将故障切除。无论上述哪种情况，虽然最终都能将故障切除，但两台主变均经过一定延时 （视 t1、t2大小而定） 的短路电流的冲击，已经对主变造成了很大的损害，并且在故障切除后，也损失了一部分 110 kV的负荷。

（3） 故障点发生在Ⅰ母上。当故障发生在Ⅰ母上时，即为故障点 GZ3，此时扔属于母差保护的范围之内，其动作情况与上述第 2种情况基本一致。

3 失灵保护改进方案

为了完善失灵保护措施，防止故障扩大化，降低故障时对主变和相应线路的冲击，可将失灵保护设定为：当主变高压侧断路器失灵时，快速跳主变三侧开关来有效地隔离故障。

主变本体重瓦斯保护、有载重瓦斯保护等非电量保护可启动跳主变三侧开关，将失灵保护动作节点和母差保护动作节点串接接入非电量启动继电器，如图 2所示。当失灵保护启动时，相应节点闭合，启动继电器，跳开主变三侧开关。

4 方案实施

根据上述改进方案，对3座 220kV变电站的主变失灵保护进行了相应完善，改造情况如表1所示。

将各种故障分类，分析各种故障下跳主变三侧断路器的必要性，完善了主变高压侧断路器失灵保护。改进方案是通过非电量出口继电器来跳主变三侧开关，解决了各种故障情况下，主变 220kV高压侧断路器失灵拒动时，需要长时间才能切除故障的问题，降低了变压器受故障电流冲击的可能性，保证了电网安全、稳定运行。

5结束语

本文从开关典型失灵保护问题入手，分析非典型性故障失灵保护动作，对断路器失灵保护的启动回路提出了改进措施。通过实验验证了实施改进措施后，断路器失灵保护动作逻辑正确。该站主变高压侧断路器失灵保护运行情况良好，有效地保障了变电站的安全稳定运行，对于其它变电站断路器失灵保护类似问题的解决，具有一定的参考价值。

参考文献

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