变电站电流互感器一次引线异常接线方式研究

陶 昆，胡 毅

（国网北京市电力公司检修分公司，北京 丰台100073）

在变电站中，继电保护能感受到的故障范围取决于电流互感器（TA）的安装位置，继电保护能切除的故障范围取决于断路器的安装位置。在断路器只有一侧安装TA的情况下，断路器与TA之间的一次引线形成保护死区。对于户外敞开式布置的SF6断路器而言，若一次引线在布置时考虑不周，当死区发生单相故障时，可能导致停电范围扩大，影响供电可靠性。通过适当的设备位置调整，可以不同程度地解决这一问题。

1 一次系统接线和保护配置情况

某变电站为220/110/10 kV三电压等级枢纽变电站，220 kV及110 kV均为双母线接线，有3台变压器运行，其中4#变压器高、中压侧中性点通过接地刀闸（27-4及7-4刀闸）直接接地，2#变压器、3#变压器高中压侧中性点不接地运行；10 kV 4#母线及5#母线为单母线分段接线（中性点经消弧线圈接地），带有10 kV用户，其中3#变压器带10 kV 4#母线运行，4#变压器带10 kV 5#母线运行；2#变压器单独带10 kV 3#母线运行（10 kV 3#变压器母线仅带站内无功设备，无用户负荷，中性点不接地），如图1所示。

图1 某典型双母线接线变电站一次系统图

主变压器配置差动保护作为主保护，零序过流、相间过流和中性点间隙过流作为后备保护；220 kV母线和110 kV母线均配置差动保护。

其中，变压器后备保护整定情况如下：

高压侧零序过流保护第一时限跳母联、第二时限跳总出口，中压侧零序过流保护第一时限跳母联、第二时限跳本侧、第三时限跳总出口；

高压侧相间过流保护延时跳总出口，中压侧相间过流保护第一时限跳母联、第二时限跳本侧，低压侧相间过流保护第一时限跳母联、第二时限跳本侧并闭锁备自投、第三时限跳总出口；

中性点间隙过流保护延时跳总出口，当中性点接地刀闸合入时保护自动退出。

2 TA一次引线异常接线方式下的故障分析

通常情况下，电流互感器安装在开关与线路刀闸之间，如图2所示。而某变电站主变110 kV侧主开关TA的安装位置与此不同，均安装在开关与母线刀闸之间，如图3所示。

图2 TA一次引线正常布置情况

变压器差动保护与110 kV母线差动保护感受范围以TA顶盖为分界点，TA顶盖往变压器侧属于变压器差动保护感受范围，往母线侧属于110 kV母差保护感受范围。

2.1 104开关与104TA之间发生单相故障

若104开关与TA之间的引线接地或104开关支瓶闪络（如图3所示），此故障点位于4#变压器差动保护感受范围内，4#变压器差动保护动作跳开4#变压器三侧主开关。110 kV母线通过104-4刀闸继续向故障点提供短路电流，而故障点位于110 kV母差感受范围之外，110 kV母差不能动作。由于4#变三侧跳闸后全站失去接地的变压器中性点，2#变压器和3#变压器110 kV侧中性点间隙击穿，间隙保护动作跳开2#变压器、3#变压器三侧开关。

综上所述，在当前布置方式下，104开关与104TA之间发生单相故障将造成2#变压器、3#变压器、4#变压器全停，110 kV 4#、5#母线、10 kV 3#、4#、5#母线失压的5级事件。

2.2 103开关与103TA之间发生单相故障

若103开关与TA之间的引线接地或103开关支瓶闪络（与图3类似），此故障点位于3#变压器差动感受范围内，3#变压器差动保护动作跳开3#变压器三侧主开关，10 kV侧母联245开关自投。110 kV母线通过103-5刀闸继续向故障点提供短路电流，而故障点位于110 kV母差保护感受范围之外，110 kV母差保护不能动作。最终4#变压器中压侧零序过流保护动作跳开母联145开关，故障被切除。

图3 某变电站TA一次引线异常布置情况

综上所述，在当前布置方式下，103开关与103TA之间发生单相故障将造成3#变压器全停、110 kV 5#母线失压。

2.3 104开关与104TA之间发生相间故障

如图3所示，若104开关与104TA之间发生相间故障（如风吹异物搭挂、带地线送电等，概率极低），4#变压器差动保护动作跳开4#变压器三侧主开关，10 kV侧母联245开关自投。110 kV母线通过104-4刀闸继续向故障点提供短路电流，而故障点位于110 kV母差保护感受范围之外，110 kV母差保护不能动作。最终2#变压器、3#变压器中压侧相间过流保护动作跳开母联145和2#变压器102开关，将故障切除。故障造成4#变压器全停、110 kV 4#母线失压。

2.4 103开关与103TA之间发生相间故障

若103开关与103TA之间发生相间故障（与图3类似），3#变压器差动保护动作跳开3#变压器三侧主开关，10 kV侧母联245开关自投。110 kV母线通过103-5刀闸继续向故障点提供短路电流，而故障点位于110 kV母差保护感受范围之外，110 kV母差保护不能动作。最终2#变压器、4#变压器中压侧相间过流保护动作跳开145开关，将故障切除。故障造成3#变压器全停、110 kV 5#母线失压。

102开关与102TA之间发生相间故障的情况与此类似，将造成2#变压器全停、110 kV 4#母线失压。

3 TA一次引线正常接线方式下的故障分析

3.1 104开关与104TA之间发生单相故障

若按照常规方式，将104TA安装在开关与线路侧刀闸之间（如图2所示）。当104开关与104TA之间发生单相故障时，110 kV母差保护动作跳开110 kV 4#母线上所有开关，4#变通过104-2刀闸继续向故障点提供短路电流，最终4#变中压侧零序过流保护动作跳开4#变压器三侧主开关。

故障将造成4#号变压器全停、110 kV 4#母线失压。相比于2.1小节所描述的情况，故障停电范围要小得多。

3.2 104开关与104TA之间发生相间故障

如图2所示，若104TA按常规方式安装在开关与线路侧刀闸之间，当104开关与104TA之间发生相间故障时，由母差保护动作跳开110 kV 4#母线上所有开关，4#变压器通过104-2刀闸继续向故障点提供短路电流，最终4#变高压侧相间过流保护动作跳开4#变压器三侧主开关。这种情况下，故障造成4#变全停跳闸、110 kV 4#母线失压。

3.3 103开关与103TA之间发生单相故障

按常规布置方式，将103TA安装在开关与线路侧刀闸之间（与图2类似）。当103开关与103TA之间发生单相故障时，110 kV母差保护动作跳开110 kV 5#母线上所有开关；故障零序电压使3#变压器中压侧中性点间隙击穿，3#变压器间隙保护动作跳开3#变压器三侧主开关，10 kV侧母联245开关自投。

故障造成3#变压器全停、110 kV 5#母线失压，与2.2小节所描述的情况故障停电范围相同。

102开关与102TA之间发生单相故障的情况与此类似，将造成2#变全停、110 kV 4#母线失压。

3.4 103开关与103TA之间发生相间故障

若103TA按常规方式安装在开关与线路侧刀闸之间（与图2类似），则当103开关与103TA之间发生相间故障时，由母差保护动作跳开110 kV 5#母线上所有元件。3#变通过103-2刀闸继续向故障点提供短路电流，最终由3#变高压侧相间过流保护动作跳开3#变2203开关。故障造成3#变失电、110 kV 5#母线失压。

102开关与102TA之间发生相间故障的情况与此类似，将造成2#变失电、110 kV 4#母线失压。

3.5 结论

将上述故障情况下造成的停电范围整理如表1所示。可见，变压器主开关TA一次引线当前的异常接线方式在大多数情况下并无问题，但当104TA与104开关之间发生单相故障时，将造成几乎全站停电的5级事件（仅剩余220 kV母线未失压，但失去了全部负荷及站用电源，对故障恢复造成非常不利的影响），对供电可靠性造成严重后果；而按照常规方式布置，仅损失110 kV 4#母线负荷。因此，对TA一次引线异常接线方式进行整改势在必行。

表1 不同接线方式下，TA和开关之间一次引线发生故障时的停电范围

4 整改方案

4.1 方案一：调整一次引线位置

如图4所示，将102/103/104开关下接线板改连-2刀闸，上接线板改连TA，并将TA转向180°（TA顶盖对断路器侧引线绝缘，对母线侧引线连通）。重新点TA极性、测保护向量后投入运行。采用这种方案，施工时间较短，但并不能从根本上解决问题。

图4 整改方案一：调整一次引线位置

按照方案一调整后，开关与TA之间的一次引线位置从支瓶处提高到开关上接线板，相当于增加了爬电距离，减少了开关与TA之间发生单相故障的可能性。但一旦开关与TA间发生单相故障，仍将造成前文所述的严重后果。

4.2 方案二：更改TA安装位置

如图5所示，将TA与开关位置互换，使之符合常规布置方式，不须调换TA方向，这种方法施工时间较长，但能彻底解决TA与开关之间发生单相故障时扩大停电范围的问题，前文已经详细论述过，此处不再赘述。

图5 整改方案二：调整TA位置

5 结束语

电流互感器（TA）和断路器（开关）分别作为继电保护的测量元件和执行元件，它们的布置方式影响保护动作范围和动作结果。特别是发生死区故障时，不恰当的布置方式可能导致继电保护不能第一时间将故障点与运行设备隔离，继而造成故障停电范围扩大，影响供电可靠性。因此，在变电站设计和改扩建工作中，对涉及保护死区的一次设备进行故障校核十分必要。