断路器单电流互感器与双电流互感器配置对保护装置及变电运行的影响

2018-11-19陈浩超

通信电源技术 2018年10期

陈浩超

（广东电网有限责任公司东莞供电局，广东东莞 523000）

0 引言

变电站在日常运行中难免会遇到各种各样的故障、障碍，严重时甚至危及设备和人身安全[1]。继电保护装置能在设备发生故障时自动、迅速、有选择地将故障从电力系统切除，保证其余部分恢复正常运行，使故障元件免于继续受损害[2]。继电保护装置需要与电流互感器、电压互感器等设备配合才能正常工作。

1 电流互感器

电流互感器也被称为CT，是应用电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来供自动装置、计量测量装置使用的仪器。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量电流的线路或设备中，是计量装置、测量装置、继电保护装置的重要测量比较元件。

220 kV常规变电站线路开关只有线路侧才有CT，母联开关也只有一侧有CT（一般为2M或6 M侧），而GIS站线路及母联、分段开关两侧都有CT。主要是受到GIS上CT体积的限制，因为根据标准220 kV线路CT最少6个二次绕组，而GIS每个CT只能做3～4个二次绕组。典型变电站断路器CT配置，如图1、图2所示。

2 继电保护装置

图1 典型220 kV常规变电站CT配置

图2 典型220 kV GIS变电站CT配置

当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，继电保护装置是能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令，终止事件发展的一种自动化措施和设备[3]。其中，较为常见及重要的是线路的纵联保护装置和母差保护装置。

2.1 纵联保护

线路纵联保护是输电线路的主保护。当线路发生故障时，它是使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置。它以线路两侧判别量的特定关系作为判据，即两侧均将判别量借助通道传送到对侧，然后两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障[3]。目前，220 kV线路纵联保护多采用光纤差动保护，保护范围为线路的全长。

2.2 母差保护

母线是变电站的重要系统设备。它将配电装置中的各个载流分支回路连接在一起，有汇集、分配和传送电能的作用。母差保护是母线的主保护。它的安全性、可靠性、灵敏性和快速性，对保证整个区域电网安全具有决定性意义。应用最广的是按分相电流差动原理构成的比率制动式母差保护，保护范围为母线上各开关用于母差CT围成的设备范围，包括从CT开始到母线之间的开关、刀闸引线、支持瓷瓶、母线本身、母线PT和避雷器[4-5]。

3 CT个数对保护的影响

常规220 kV变电站和GIS变电站每个断路器配置的电流互感器个数与位置不同，接入保护的电流互感器绕组相对断路器的位置也不相同。典型的220 kV常规和GIS变电站CT绕组接入保护的配置，如图3、图4所示。

图3 典型220 kV常规变电站CT绕组

图4 典型220 kV GIS变电站CT绕组

3.1 对纵联保护的影响

220 kV常规变电站线路纵联保护存在死区，死区为出线断路器与电流互感器之间的设备（见图5①），不能实现全线故障速动。当故障点①发生故障时，220 kV出线纵联保护感应不到故障电流，故不动作。而故障点处于220 kV母线差动保护的范围，故母差保护动作跳开连接在此母线上的所有开关，但此时故障仍未隔离，220 kV出线对侧仍然通过线路与故障点相连。为了减少故障不能立即切除对系统的冲击和影响，需要加速对侧出线开关跳闸。因此，本侧母差需要与出线的纵联保护配合。该功能是通过母差保护跳闸停信接点让本侧高频停信，让对侧线路开关跳闸来实现的。如果是光纤保护，会通过远跳回路让对侧保护发出跳闸命令。常用的实现方法为母差跳闸接点借用TJR永跳继电器跳母线上线路开关，然后由TJR空接点引至其他保护停讯接点（如线路高频闭锁式保护）或接到相应保护的远跳开入回路（如RCS-931A保护），实现对侧开关快速跳闸的目的，从而确保线路纵联保护死区故障时能快速切除故障。原理如图6所示，当故障点②发生故障时，母差保护动作跳开连接在此母线上的所有开关，隔离故障。

图5 对典型220 kV常规变电站保护的影响

图6 母差停讯、远跳原理

220 kV GIS变电站由于线路断路器两侧均装有CT，保护交叉配置（见图3），靠近母线侧CT用于线路保护，外侧CT用于母差。当故障发生在断路器两CT之间时，无论⑤或⑥处故障（见图7），母差和线路保护均同时动作，不存在死区，能实现全线故障速动。当⑤或⑥处故障时，母差和线路纵联保护均动作，跳开连接在此母线上的所有开关及线路对侧开关，故障在最短时间内得到隔离，减少了其对系统的冲击。因此，220 kV GIS变电站线路纵联保护可靠性更优。

3.2 对母差保护的影响

220 kV常规变电站母线差动保护存在死区，死区为母联断路器与电流互感器之间的设备（见图5③），不能实现母差保护范围内所有故障速动。当故障点③发生故障时，220 kV母线差动保护会将故障判断为220 kV 1M设备故障，出口连接在220 kV 1M上的所有开关。此时故障未得到有效隔离，若等后备保护动作将故障隔离，将对系统造成很大冲击。为了迅速将220 kV 2M的设备切除，需要设专门的死区保护。母线并列运行，当故障发生在母联（分段）开关与母联（分段）流互之间时，断路器侧母线段跳闸出口无法切除该故障，流互侧母线段的小差元件不会动作，称为死区故障。此时，母差保护已动作于一段母线，大差电流元件不返回，母联（分段）开关已跳开，而母联（分段）流互仍有电流，死区保护应经母线差动复合电压闭锁后切除相关母线[6]，原理如图8所示。因此，220 kV常规变电站母线差动保护死区故障时，故障无法立即切除，需要经过延时由死区保护或母联失灵保护切除。当故障点④（见图5④）发生故障时，母差保护动作出口跳开连接于该母线上的所有断路器，隔离故障。

图7 对典型220 kV GIS变电站保护的影响

图8 母差死区保护原理

220 kV GIS变电站220 kV母差保护采用双重化配置，母线差动保护一、母线差动保护二分别接人母联断路器两侧的CT，保护交叉配置，因此不存在死区。当故障发生在母联断路器的两CT之间时，母线差动保护一、母线差动保护二均同时动作。当⑦处故障时，220 kV母线差动保护一、母线差动保护二的大差启动，母线差动保护一的220 kV 2M小差与母线差动保护二的220 kV 1M小差同时动作，断开连接在两段上的所有断路器。当⑧处故障时，220 kV母线差动保护一、母线差动保护二的大差启动，母线差动保护一的220 kV 1M小差与母线差动保护二的220 kV 2M小差同时动作，断开连接在两段上的所有断路器。220 kV GIS变电站母线差动保护范围内的故障能在最短时间内得到隔离，因此220 kV GIS变电站母线差动保护可靠性更优。

4 对变电运行的指导

由于CT个数不同对保护带来的影响、不同类型变电站故障发生时的具体保护动作情况不完全相同，因此熟知不同类型变电站不同位置故障时保护的具体动作情况对快速隔离故障、迅速恢复电网有积极的影响。

4.1 220 kV常规变电站

当220 kV常规变电站出线断路器电流互感器出线侧以外发生故障时，只有220 kV线路纵联保护动作出口。当故障发生在220 kV线路纵联保护死区时，母差保护动作跳开连接在此母线上的所有开关，母差跳闸接点借用TJR永跳继电器跳线路对侧开关。此时，故障跳闸其实是超范围的。当看到母差动作出口及线路远跳同时动作时，应着重检查线路保护的死区。发现死区有故障时，要及时拉开线路断路器两侧刀闸，恢复母线上其他设备的运行。

当220 kV常规变电站母线上除死区外的区域发生故障时，只有故障母线的小差动作，故障正确隔离。当220 kV常规变电站母线上死区发生故障时，非故障母线小差动作，故障点由死区保护最后动作出口隔离。当看到母差保护动作出口及死区保护同时动作时，应迅速判断故障点在母差保护死区，母差动作的母线为非故障设备，加快检查送电。

4.2 220 kV GIS变电站

当220 kV GIS变电站出线断路器电流互感器出线侧以外发生故障时，只有220 kV线路纵联保护动作出口。当故障发生在220 kV线路断路器与电流互感器之间时，纵联保护与母差保护同时动作。当看到母差动作出口及线路纵联保护同时动作时，应及时拉开故障线路断路器两侧刀闸，恢复母线上其他设备的运行。

当220 kV GIS变电站母线上除母联断路器CT之间的区域发生故障时，只有故障母线的小差动作，故障正确隔离。当母联断路器CT之间发生故障时，两端母线的小差同时动作。由于GIS两母线同时发生故障的几率极低，当看到母差保护动作出口和死区保护同时动作时，应迅速判断出故障点在母联断路器CT之间，母差动作的母线为非故障设备，加快检查送电。