220kV变电站母线并列运行方式研究及应用

张帅 徐海龙 梁博

摘要：根据电网网架结构，结合不同电压等级系统保护的不同配置，针对220 kV变电站母线并列运行方式，研究断路器失灵后，其保护动作可靠性及停电范围。通过数据对比，合理调整母线运行方式，从而达到提高电网供电稳定性、缩短故障处理时间及减少经济损失的目的。

关键词：变电站;母线;保护配置;断路器;失灵保护

0 引言

随着电网网架结构越来越复杂，大容量、长距离的交直流线路并列运行方式应用越来越广泛，人们对电网稳定运行的要求也越来越高。电网出现连锁故障是影响其稳定运行的重要因素。连锁故障会给电网带来很大的冲击和破坏，造成设备损坏，甚至导致系统瓦解。而不同的母线运行方式，在发生故障时的连锁故障现象也不同。本文通过研究不同电压等级下母线并列运行过程中，其断路器失灵引起的连锁故障现象，来合理调整母线并列运行方式。

1 220 kV电压等级断路器失灵分析

1.1    断路器失灵原因及工作原理

当电力设备发生接地或相间短路故障时，保护装置动作并发出跳闸命令，而故障设备的断路器并未动作分闸时，称之为断路器失灵[1]。断路器失灵的原因很多，如断路器操作机构故障、断路器跳闸线圈损坏、控制回路的直流电源消失等。

一般在220 kV及以上电压等级系统设置断路器失灵保护，其他电压等级系统断路器不配置失灵保护。

1.2    断路器失灵保护的基本组成

失灵保护由保护动作与电流判别构成的启动回路、复合电压闭锁元件、时间元件及跳闸出口回路组成[1]，如图1所示。

启动回路包括启动元件和判别元件，将两个元件设计成“与”逻辑，实现双重判别，以此来保证其运行安全、可靠。启动元件通常利用保护装置及操作箱可瞬时返回的出口跳闸继电器接点，接点动作不返回表明断路器失灵。有流判别元件通常采用相电流、零序电流的“有流”方式进行判别。

时间元件是为了保证各级保护正确动作的顺序，采用双母接线方式时，每条母线设一个具有两段延时的时间元件，以较短时限跳母联断路器与分段断路器，以较长时限跳其他相邻断路器。

复合电压闭锁元件由母线低电压、负序电压和零序电压构成，任一电压达到整定值则闭锁元件开放动作[2]。采用复合电压闭锁是为了防止因误碰或保护中单一元件异常而造成的失灵保护误动作。

1.3    断路器失灵保护启动回路

220 kV线路断路器失灵保护的启动回路如图2所示。

220 kV线路断路器的失灵启动回路为通过线路主一或主二保护的保护动作接点及外部保护跳操作箱TJR接点，结合断路器辅助保护的失灵电流判别，启动失灵并开入母线失灵屏，失灵屏根据输入的母线侧刀闸辅助接点判别所接母线，再经母线复合电压闭锁。220 kV失灵保护的动作时间要求：以第一时限（0.25 s）切除母联断路器和分段断路器，以第二时限（0.4 s）切除故障母线上剩余的所有断路器。失灵动作逻辑如图3所示[3]。

2 110 kV电压等级断路器失灵分析

当前电网220 kV变电站110 kV母线接线方式均采用双母接线的标准设计方式，且220 kV母线、主变、110 kV母线均采用并列运行方式;站内有且仅有一台主变高压侧及中压侧中性点地刀合上，其他设备间隔按运行方式分别挂在不同母线上。各类线路运行方式安排原则如下：

（1）双回线路、同方向线路若开环运行，则此两条110 kV线路不应挂在同一母线上;

（2）双回线路、同方向线路若环网运行，则此两条110 kV线路须挂在同一母线上。

现以双回线路、同方向线路环网运行，但两条110 kV线路挂在不同母线上为研究背景，当线路发生故障而断路器拒动时，研究其各级保护动作、断路器的状态及其停电范围。并列双回线挂不同母线如图4所示。

由图4可知，110 kV B站由110 kV甲线、乙线同供，且110 kV甲线、乙线分别挂220 kV A站110 kV#1、#2母线。

当110 kV丙线发生故障，且110 kV丙线220 kV A站侧开关失灵拒分时，110 kV线路不配置断路器失灵保护，而故障点在母差保护范围以外，因此故障只能由主变中后备保护动作切除故障，其第一时限（一般为0.9 s）断开110 kV母联1012开关，动作后各开关状态如图5所示。

由图5可知，当主变中后备保护（第一时限）动作断开110 kV母联1012开关后，110 kV甲线、乙线分别挂220 kV A站110 kV

#1、#2母线，而110 kV B站110 kV母线可看成220 kV A站的另一个”母联开关”，则110 kV甲线、乙线和110 kV B站110 kV母线构成完整回路。所以220 kV A站两条110 kV母线上所有运行的主变都有故障电流流过，但是故障点为主变的区外故障，只能靠主变的中后备第二时限动作（一般为1.2 s），断开220 kV A站所有的主变变中开关以隔离故障[4]，动作过后造成220 kV A站两条110 kV母线全部失压，扩大了电网停电范围，主变中后备第二时限动作后各开关状态如图6所示。

3 结果对比分析

一般情况下，220 kV及以上电压等级系统至少配有两套相对独立的保护装置，保护拒动的概率非常小，而且还配备了断路器失灵保护[5]，因此其运行稳定性较高。将220 kV线路断路器及110 kV线路断路器失灵情况进行对比，其结果如表1所示。

从表1对比数据中可以看出，220 kV及以上电压等级系统所配置的保护，当出现断路器失灵时，隔离故障时间少，停电范围小，对系统的冲击都偏小。因此，110 kV双回或多回线路环网运行时，应按上述原则（2）调整运行方式。

4 结语

220 kV变电站母线运行方式的确定，要通过综合分析，充分考虑可能发生的各种故障、现有的电网网架结构、正确评估事故事件等级、负荷恢复的难易、事故处理的难度等各种情况，才能确定母线运行的最优方式。

[参考文献]

[1] 成云云，王玥婷.双母线接线断路器失灵保护的应用分析及优化[J].供用电，2011，28（3）：49-52.

[2] 邓云书.断路器失灵保护功能解析[J].云南电力技术，2016，44（Z1）：8-9.

[3] 贺春，李鑫.220 kV主变压器高压侧断路器失灵保护的若干问题分析[J].电力系统保护与控制，2010，38（1）：102-106.

[4] 郑春生.220 kV变压器高压侧断路器失灵保护的改进[J].油气田地面工程，2016，35（2）：59-60.

[5] 秦瑞兵.关于主变压器 220 kV側断路器失灵保护的探讨[J].科技风，2017（24）：160.