基于多种接线方式下继电保护死区的研究及应用_梁凯.pdf

2023.05/基于多种接线方式下继电保护死区的研究及应用梁凯时玉强(国能大渡河流域生产指挥中心)摘要:针对不同电站阐述了继电保护死区的概念，分析了各种接线方式下的继电保护死区特征，认为快速准确地判断出各站的保护死区逻辑，同时加强对该区域的监控，防止发生故障才是文章研究的关键。本文针对大渡河流域电站的运行方式特点，对不同接线方式下的死区范围、死区保护配置、死区保护动作后果进行研究，总结了保护死区在各个接线方式下的应用。关键词:接线方式;继电保护死区;保护配置;监控;故障0引言目前，我国电网广泛采用的主接线方式包括双母线分段接线、角形接线、三分之四断路器接线、二分之三断路器接线。大渡河流域电站规模庞大，种类、数量繁多，不同的接线方式与保护配置会产生不同的继电保护死区，即主保护动作也无法切除故障的区域，或者需要扩大范围才能切除故障区域，此时往往需要借助辅助判据或者扩大停电范围才能将故障切除，不仅增加了保护配置的复杂性，而且扩大了停电范围，降低了电力系统的稳定性1。1角形接线方式下的保护死区角形接线、二分之三接线、双母线分段接线方式如图所示，高压侧开关合环运行，线路通过两个开关送出，主变为两机一变的扩大单元接线方式，两台发电机同时接入一台主变给系统供电2。图角形接线、二分之三接线、双母线分段接线方式该接线方式下，当电流互感器 TA1 与 TA2 之间发生短路故障时，1 号主变差动与 1 号机组差动保护同时动作，DL1、DL2、DL5、DL8 全部断开，将故障切除，此时 1 号主变、1 号机组、2 号机组均停电;当电流互感器 TA1 与断路器 DL1 之间发生短路故障时，该区域也在以上区域内，因此动作后果也是将111电气技术与经济/技术与应用/2023.05DL1、DL2、DL5、DL8 全部断开，但是针对该种故障情况，DL1 断开就足以将故障切除，无需断开其余三个断路器，显然后者故障的保护动作扩大了停电范围，导致电站 1 号主变与 2 号机组同时停电。为缩小停电范围，可以考虑增加以下判据:仅当 1 号主变差动和 1 号机组保护同时动作(DL1 跳闸)时，经短延时后，主变差动和机组差动保护均返回，且故障电流消失，则不跳 DL2、DL5、DL8 断路器，其余电气设备依然可以保持正常运行。以上方法的不利之处在于在该死区内发生短路故障时，无法立即切除，变相延长故障的存在时间，增加设备的损坏程度;有利之处为缩小停电范围，提高系统可靠性，较为适用于重要的、短路电流小的场所3。其余保护死区存在于电流互感器 TA5 与 TA6 之间，当该区域内发生短路故障时，1 号主变保护动作，DL1、DL2、DL5、DL8 断开，线路保护也同时动作，DL6 断开，此时 1 号主变、1 号机组和 2 号机组线路全部停电。由此可见，当死区内发生短路故障时，停电范围很大，系统稳定性大幅降低，后果极其严重，因此有效防止死区故障至关重要。2二分之三接线方式下的保护死区如图所示，两条母线之间三个断路器串联，形成主接线中的第一串，在 DL2 与 DL3 开关之间引出线，与主变相连，在 DL3 与 DL4 开关之间引出线，与线路相连。这种接线方式的保护死区范围涉及三个部分，第一部分位于断路器 DL1 与电流互感器 TA1 之间，当该区域发生短路故障时，发电机保护动作断开 DL1，主变保护动作断开 DL2、DL3，造成发电机和主变同时停电;第二部分位于电流互感器 TA5 与 TA6 之间，该区域发生短路故障时，主变保护动作断开 DL2、DL3，线路保护动作断开 DL4，造成主变和线路同时停电;第三部分位于电流互感器 TA7 与 TA8 之间，该区域发生短路故障时，线路保护动作断开 DL3、DL4，II 母母线保护动作断开该母线的所有断路器，造成线路和母线同时停电。由此可见，以上三部分发生短路后均会通过扩大停电范围的方式切除故障。3双母线分段接线方式下的保护死区如图所示，母联开关合闸使两条母线同时运行，机组和线路根据需要分别上不同母线运行。受死区影响，电流互感器要求交叉配置，才能确保死区内发生故障时迅速切除。该电站母线保护和线路保护所用电流互感器并没有交叉配置，因此当该接线方式下的死区发生故障时，若不采取相关措施，则无法迅速切除故障，不仅会导致事故的扩大，还会严重损坏设备。3.1母联保护死区该电站母差保护所用电流互感器配置方式为仅在母联开关靠近 II 母侧装设，靠近 I 母侧并没有装设。正常运行时，一次电流如图中左图所示，I 母和 II 母的电流流入和流出相对平衡。当区域内故障发生在死区以外时，若故障在母联电流互感器 TA0 与 II 母之间、主变侧电流互感器 TA2与 II 母之间、线路侧电流互感器 TA4 与 II 母之间、II母母线上时，短路电流均流入 II 母，II 母电流平衡被打破。对于 I 母来说，短路电流从 I 母流入但又通过母联电流互感器流出至 II 母，I 母的电流依然是平衡的，所以此时 II 母差动动作切除 II 母，I 母差动不动作。当区域内故障发生在死区以外时，若故障在母联开关 DL0 与 I 母之间、主变侧电流互感器 TA1 与 I 母之间、线路侧电流互感器 TA3 与 I 母之间、I 母母线上时，短路电流均流入 I 母，I 母电流平衡被打破。对于 II 母来说，短路电流从 II 母流入但又通过母联电流互感器流出至 I 母，II 母的电流依然是平衡的，所以此时 I 母差动动作切除 I 母，II 母差动不动作。当区域内故障发生在死区以内时，即故障在母联电流互感器 TA0 与母联开关 DL0 之间，受电流互感器安装位置、极性的影响，电流互感器二次侧电流方向如图右侧所示。流经 I 母差动继电器的二次电流满足以下公式:Id1=I0+I1+I3(1)式中，Id1为流经 I 母差动继电器的差动电流;I0为流经母联电流互感器 TA0 的电流;I1为流经 I 母侧主变电流互感器 TA1 的电流;I3为流经 I 母侧线路电流互感器 TA3 的电流。由于 I0、I1、I3方向均相同，均流进 KA1，则可得出 Id1 0，当差流达到整定值时，保护动作跳开DL0、DL1、DL3。流经 II 母差动继电器的二次电流满足以下公式:Id2=I0+I2+I4(2)式中，Id2为流经 II 母差动继电器的差动电流;I0为流经母联电流互感器 TA0 的电流;I2为流经 II 母侧211电气技术与经济/技术与应用2023.05/主变电流互感器 TA2 的电流;I4为流经 II 母侧线路电流互感器 TA4 的电流。由于 I0与 I2、I4方向不同、大小相等，则可得出Id2 0，此时 II 母差动继电器不会动作，DL2、DL4仍在合闸状态，II 母所属设备依然带电运行。该故障发生在 TA0 与 DL0 之间，即使 I 母差动动作已经切除DL0，但是 II 母仍然与故障点相连，且经上述分析 II母差动不会动作，若不采取措施则会严重损坏设备，破坏电力系统的稳定性。在该接线方式下，针对母联电流互感器与母联开关之间的死区故障，设置专用的死区保护逻辑，当 I母差动动作后，母联开关 DL0 在分闸，且母联电流互感器依然有故障电流存在，则死区保护逻辑介入，使II 母差动继电器不采集母联电流互感器的电流，此时流经 II 母差动继电器的二次电流满足以下公式:Id2=I2+I4(3)I2、I4方向相同，均流进 KA2，则可得出 Id2 0，II 母差动保护动作跳开 DL2 与 DL4，将故障完全切除，及时避免因死区故障造成的严重后果。3.2线路保护死区该电站线路保护与母差保护共用一个电流互感器，且位于线路开关外侧，当 TA4 与 DL4 之间发生短路故障时，根据上述分析，II 母差动保护必然动作，跳开 DL0、DL2、DL4。由于线路保护范围在本侧线路电流互感器与对侧电流互感器之间，因此线路保护认为该故障为区外故障，不会动作。针对该死区内发生的故障，线路主保护无法动作，因此当 DL4 跳闸后，本侧线路保护向对侧线路保护发送一个远方跳闸命令，对侧线路保护收到该命令，同时结合电流、电压、突变量等辅助判据，对线路进行开关跳闸，将故障彻底消除。4结束语文章针对大渡河流域三种典型接线方式的电站进行分析，阐述了死区内发生故障的动作逻辑、动作后果以及一系列运行要求等。虽然死区发生故障的概率很小，但是各种情况下的死区故障均会通过扩大停电范围的方式将故障可靠隔离，后果极其严重。文章对不同接线方式下保护死区进行深入研究，为电站的安全可靠运行提供了解决思路及改进措施，具有一定的参考性及指导意义。参考文献 1刘宇，孙惠 典型的保护死区问题探讨 J 湖南电力，2008，28(2):46-48 2刘志学高压电力系统死区保护的一种实现方法 J 电工技术，2010，31(12):52-54 3郑建梓，陈东海 3/2 断路器接线的保护死区分析 J 浙江电力，2007，26(3):54-56(收稿日期:2023-03-10)311电气技术与经济/技术与应用