电力系统中110 kV 备自投闭锁及联切回路的应用

田恩勇 ，吴玉柱 ，张 霖，陈世丹，王 亮

（贵州电网有限责任公司贵阳供电局，贵州 贵阳 550081）

0 引 言

电力系统中，大部分用户使用的电能都是通过10 kV 或35 kV 配网供应，因此需要保障电压等级供电的可靠性。在某次110 kV 线路故障跳闸中，110 kV 变电站110 kV 侧采用单母分段的内桥常规接线方式，备自投采用进线备自投方式。由于主供电源进线发生永久性故障，线路差动保护动作后加速跳闸，110 kV 变电站备自投依据动作逻辑发送一次跟跳主供进线电源断路器命令，101 ms 后发送合备用电源进线命令，备用电源断路器合于故障，备用进线差动保护9 ms 跳闸，因重合闸充电时间不足，无法重合，该站失压。该站10 kV 侧有风电小电源上网，而备自投动作后未联切小电源进线断路器，小电源通过10 kV 母线、主变压器带10 kV 负荷、35 kV 负荷及110 kV 母线运行，10 kV 上网孤网运行，功率缺额严重，3 min 后风电解网[1-2]。因此，对于通过低电压等级小电网向高电压等级电网送电的变电站，必须严格审查把关相关二次设备在实现保护或备自投动作中的联切问题。基于此，文章分析研究运行中关于110 kV 备自投的有关联切及闭锁问题。

1 闭锁逻辑分析与研究

在有小电源上网的变电站，主变压器故障后主变压器保护动作，母线故障母线保护动作，这两种保护动作后需考虑闭锁110 kV 备自投装置，并完善回路以实现其功能。

1.1 主变保护动作闭锁逻辑分析与研究

主变保护动作逻辑在内桥接线与外桥接线的不同接线情形下对于备自投的闭锁逻辑存在一些区别，在进线备自投与桥备自投的不同备自投方式下也存在一些差别[3-5]。

1.1.1 桥备自投方式下的闭锁分析与研究

内桥接线如图1 所示。内桥接线情况下，桥备自投分析与研究主要内容如下。

图1 内桥接线

如果在K1点发生故障，将由线路保护动作跳开断路器DL1，从而隔离故障点，桥备自投满足动作逻辑合上断路器DL3，无须闭锁备自投。

如果变压器K2点发生故障，主变差动保护或非电量保护跳开断路器DL1、断路器DL7，若主变差动保护或非电量保护拒动，则由变压器高后备保护出口。此时，I 母失压，进线1 无流，且Ⅱ母有压，满足备自投启动条件，如果此时备自投合上断路器DL3，则进线2 将与故障点连接。保护动作跳开断路器DL2，将会造成全站失压，扩大停电范围。因此，主变差动保护、非电量保护及高后备保护动作须闭锁内桥备自投。如果故障点在低压母线上的K3点时，主变低后备保护跳开断路器DL6、断路器DL7，此时主变高压侧及其母线仍有电压，备自投不满足启动条件，不动作。如果低后备保护或断路器DL7拒动，则由高后备保护动作，跳开断路器DL1、断路器DL7，此时#1 号主变压器高压侧及其母线失压，备自投满足启动条件，如果备自投动作合上断路器DL3，则1 号主变空载运行，没有实际意义。如果断路器DL7拒动导致高后备动作，备自投启动合上断路器DL3，则进线2 与故障点K3连接，保护动作跳开断路器DL1，将会造成全站失压。因此，主变高后备保护动作应闭锁桥备自投。

单母分段外桥接线如图2所示。外桥接线情况下，桥备自投分析与研究主要内容如下。若K4点发生故障，将由线路保护动作跳开DL1，从而隔离故障点，桥备自投满足动作逻辑合上断路器DL3，无须闭锁备自投。

图2 单母分段外桥接线

若变压器K5点发生故障，主变差动保护、非电量保护或高后备保护跳开断路器DL4、断路器DL7，隔离故障点，高压侧母线并未失压，不满足备自投启动条件，无须闭锁备自投。

若低压侧K6点发生故障，主变低后备保护跳开断路器DL6、断路器DL7，此时主变高压侧及其母线仍有电压，备自投不满足启动条件，不动作。如果低后备保护或DL7拒动，则由高后备保护动作，跳开断路器DL4、断路器DL6、断路器DL7，跳开断路器DL4、断路器DL7后，高压侧母线并未失压，不满足备自投启动条件，无须闭锁备自投。

在内桥与外桥不同的接线情形下，不同的故障点位置对桥备自投的闭锁方式不同，能有效防止备自投合于故障设备上，减少二次冲击，如表1 所示。

表1 不同接线方式下对桥备自投的闭锁情况

1.1.2 进线备自投方式下的闭锁分析与研究

由图1 可知，内桥接线情况下，进线备自投分析与研究主要内容如下。

如果在K1点发生故障，将由线路保护动作跳开断路器DL1，从而隔离故障点，进线备自投满足动作逻辑合上断路器DL2，无须闭锁备自投。如果进线1保护或断路器DL1拒动，那么将由进线1 对侧线路保护跳闸切除对侧断路器隔离故障，此时由进线备自投跟跳一次断路器DL1，如果断路器DL1跳开，将进行合进线2 的断路器DL2备自投逻辑。如果断路器DL1仍然拒动，由于断路器DL1位置为合闸位置，不满足备自投检主供进线断路器位置分位且110 kV Ⅱ母线无压及进线2 有压的状态之一，备自投不满足动作条件，不动作，以此防止备自投合于永久性故障造成二次冲击。

在变压器K2点发生故障，主变差动保护或非电量保护跳开断路器DL1、断路器DL3、断路器DL7。此时，I 母失压，进线1 无流，且Ⅱ母有压，但断路器DL3位置分位，不满足备自投启动条件，备自投不启动，无须闭锁。若因差动保护、非电量保护、高后备保护拒动或断路器断路器DL3拒动时，由于断路器DL3位置满足合位状态要求，备自投满足启动条件，动作合上断路器DL2，此时将合于故障，2#主变后备保护动作，造成全站失压。若断路器DL7拒动时，进线备自投将通过另一台主变与故障点K2连接，将通过另一台主变后备保护跳闸，因此主变后备保护动作应闭锁备自投。

如果在低压母线上的K3点发生故障，主变低后备保护跳开断路器DL6、断路器DL7，此时主变高压侧及其母线仍有电压，备自投不满足启动条件，不动作。

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如果低后备保护或DL7拒动，则由高后备保护动作，跳开断路器DL1、断路器DL3、断路器DL7。此时主变高压侧及其母线失压，但DL3位置分位，不满足备自投启动条件，不动作。如果断路器DL6拒动导致2 号主变高后备保护或低后备保护动作，则进线1 通过#2 主变与故障点K3连接，2 号主变保护动作，造成低压侧失压。同时，如果备自投动作，也会使进线2 通过2 号主变压器与故障点K3连接，因此主变高后备保护动作应闭锁进线备自投。

1.2 110 kV 母线保护动作闭锁逻辑分析与研究

当母线保护动作时，说明母线上发生故障。在110 kV 变电站中采用内桥接线方式时，由于主变差动保护可以保护母线，通常不再配置母线保护。

而对于采用单母线分段的外桥接线方式时，由于母线都不在线路保护和母线保护的快速保护范围中，此时通常需要配置母线保护。这种情况下当母线保护动作时，通常要跳开与母线有连接的各断路器间隔。无论采用分段备自投方式还是采用进线备自投方式，当出断路器位置问题满足备自投动作条件时，备自投动作都会再次连接电网与故障点，形成二次冲击。因此，需要闭锁备自投。

2 联切逻辑分析与研究

有小电源通过10 kV或35 kV母线上送至电网时，该变电站相应的保护设备动作，如果联切回路考虑不周到，未切除应该切除的小电源断路器，很容易形成孤网运行，导致重合闸或备自投动作不成功。

2.1 主变保护动作联切分析与研究

主变保护动作时，通常属于永久性故障，在将相应电压等级的分段和主变低压侧断路器切除后，其他负荷间隔断路器仍然处于合闸状态，如果不切除小电源系统间隔断路器，小电源系统将带被隔离的各间隔负荷继续运行。此时，由于是孤网运行，很容易造成功率缺额或功率过剩，从而引起过频或欠频的情况，使发电机产生震荡甚至损坏。

2.2 10 kV 或35 kV 小电阻动作联切逻辑分析与研究

小电阻动作时，在切除低压侧断路器DL6或断路器DL7后，如果未考虑联切小电源间隔，此时存在的问题与主变保护动作时的情形相似。

2.3 110 kV 主供线路保护动作联切逻辑分析与研究

2.4 110 kV 母线保护动作联切逻辑分析与研究

110 kV 母线保护动作时，将高压侧与母线连接的断路器全部切除后，如果不切除小电源间隔断路器，此时存在的问题与主变保护动作时的情形相似。

2.5 110 kV 备自投动作联切逻辑分析与研究

110 kV 备自投动作需要联切小电源系统间隔断路器，主要是基于跳开主供进线断路器后，由于系统频率与小电源系统频率不同步引起合备用进线断路器合闸不成功，从而造成孤网运行。

如果在10 kV 装设弧光保护和10 kV 母线保护，按保护设计逻辑小电源是要切除的间隔之一，此时不用考虑联切的问题。对于主变保护、110 kV 母线保护、10 kV 或35 kV 小电阻保护、110 kV 主供线路保护及110 kV 备自投的动作，在有小电源通过10 kV 或35 kV 上网的变电站，如果在项目可行性研究、设计及施工阶段都没有考虑、审查或发现联切小电源的隐患，使得存在缺陷的回路投入运行，那么就会造成相应问题。因此，在各个阶段应针对实际的电网运行方式做好项目可行性研究、设计与审查，避免问题回路投入运行电网，确保联切回路的实现。动作时需要联切小电源间隔的保护如表2 所示。

3 结 论

电力系统中各种接线形式都有，因此针对不同的接线形式和网络连接，在有小电源上网的变电站，对其配置的保护或安自设备在其功能实现中，应结合具体情况，完善对应的二次回路。对于会造成二次冲击的合闸设备设置闭锁回路、会造成孤网运行的小电源系统、会造成重合闸或备自投合闸不成功的应考虑切除。未来，主要研究小电源上网变电站备自投合闸是否考虑同期合闸的方式，主变保护差动、高压侧、中压侧及低压侧分体的保护装置与主后一体的保护装置之间，不同组合的主变保护在保护动作时对备自投闭锁的差别和是否都要闭锁的问题。