110 kV母差失灵一体化保护改造方案研究及应用

陈祎亮，王世祥，张 琳

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518020)

0 引言

失灵保护是作用于断路器跳闸的近后备保护。当线路或主变等保护动作发出跳闸指令后，由于某种原因(如跳闸线圈断线或压力低闭锁等)造成断路器拒动时，失灵保护启动回路会启动站内的失灵保护系统，经失灵保护逻辑判别后，迅速跳开母联断路器，并把与故障断路器接于同一段母线的其他所有断路器跳开，以实现故障隔离。根据GB14285—93《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求，220 kV及以上电压等级电网均应配置失灵保护。110 kV电压等级通常未配置失灵保护功能。然而，随着电网发展规模越来越大，受短路电流水平和系统稳定性的影响，对电网运行方式以及供电可靠性的要求越来越高，在现有220 kV变电站的110 kV侧配置失灵保护将是未来保护配置的趋势。

目前，国内对220 kV及以上系统的失灵保护的相关研究已趋于成熟。某些失灵保护能自行实现开关电流的监测与间隔所属母线的判别功能，即各保护间隔仅提供跳闸接点作为母差保护失灵开入，因其大幅简化了接线而便于维护，现已广泛应用于220 kV及以上的变电站。当220 kV变电站110 kV系统的电气主接线为双母带旁母时，考虑到主变变中代路情况的失灵回路设计，较常规220 kV变电站220 kV系统双母接线的失灵回路更为复杂，不适用于新型的母线保护装置。因此，现以某公司220 kV变电站的改造经验为例，研究适应于新型母线的保护装置，并考虑在最复杂接线方式下的110 kV系统上增配失灵保护的设计方案。

1 变电站110 kV母线失灵保护介绍

110 kV母差失灵一体化保护改造是在原有110 kV母线保护的基础上，增加失灵回路以实现断路器失灵保护功能的改造。该220 kV变电站的110 kV母线保护采用南京南瑞继保电气有限公司的PCS-915系列微机母线保护，具备母线差动保护、母联过流保护、母联非全相保护、母联死区保护、母联失灵保护及断路器失灵保护功能。

1.1 母联失灵保护逻辑

母联失灵保护逻辑如图1所示。当保护向母联发出跳闸指令后，经整定延时母联电流仍然大于母联失灵电流定值时，母联失灵保护经各母线电压闭锁分别跳相应的母线。母差保护、母联过流保护、母联非全相保护以及外部启动母联失灵开入均可以启动母联失灵保护。母联失灵保护功能固定投入。

1.2 断路器失灵保护逻辑

断路器失灵保护逻辑如图2，3所示。断路器失灵保护由母线上各连接元件保护装置提供的保护跳闸接点启动。输入110 kV母线保护装置的跳闸接点有2种。

(1)分相跳闸接点。分别对应各元件保护装置的跳A相、跳B相、跳C相，当失灵保护保护检测到此接点动作时，若该元件的对应相电流大于失灵相电流定值，则经过失灵保护电压闭锁启动失灵保护。

(2)三相跳闸接点TJ。当失灵保护检测到此接点动作时，若该元件的任一相电流大于失灵相电流定值(或零序电流大于零序电流定值，或负序电流大于负序电流定值)，则经过失灵保护电压闭锁启动失灵保护。

失灵保护启动后经跟跳延时再次动作于该元件断路器，经跳母联延时动作于母联，经失灵延时切除该元件所在母线的各个连接元件。

图1 母联失灵保护逻辑

图2 断路器失灵保护逻辑(线路支路)

图3 断路器失灵保护逻辑(主变支路)

由图3可见，对于主变支路的断路器失灵保护逻辑，装置另设“失灵解除电压闭锁”开入。为防止主变低压侧故障且中压侧开关失灵时，中压侧母线的电压闭锁灵敏度有可能不够的情况，可同时将主变另一对跳闸接点接至“失灵解除电压闭锁”开入，该接点动作时允许解除电压闭锁。

同时，失灵保护还为主变支路提供了联跳主变其他各侧开关的功能。220 kV主变110 kV侧开关失灵时，220 kV系统将经过220 kV主变向110 kV母线故障点提供很大的短路电流，若仅依靠主变的后备保护经一定延时去切除220 kV和10 kV断路器，在此延时的时间内可能造成220 kV主变烧毁的严重后果，因此110 kV失灵保护需要具备主变变中失灵联跳三侧的功能。

2 线路及母联支路失灵改造方案研究

2.1 线路支路

受110 kV断路器三相式控制方式的限制，110 kV线路保护无法提供分相跳闸接点，仅能提供三相跳闸接点作为三相失灵开入。由前述可知，当母线保护检测到三相失灵开入置“1”后，若该间隔的任一相电流大于定值，则均可经复压判据启动失灵保护,故仅使用三相跳闸接点即能够满足失灵保护要求。

该220 kV变电站的110 kV线路间隔多采用南京南瑞继保电气有限公司RCS941B或RCS943B型保护装置，应采用1组备用跳闸接点作为三相跳闸启动失灵开入母差保护，该线路的失灵回路如图4所示。

图4 线路支路启动失灵回路

2.2 母联支路

由前述可知，对于PCS-915型母线保护装置，外部启动母联失灵开入并非母联失灵保护的必要条件。当一次系统发生故障且出现母联断路器拒动的情况时，可通过母差保护或母联过流保护动作启动母联失灵保护。

结合现场实际，虽然母联1012开关单独配备了南京南瑞继保电气有限公司的RCS9611AII型保护装置，但其长期退出运行。母联充电及母联过流保护均由PCS-915母线保护实现。因此，单独设计外部启动母联失灵回路并无意义,本次失灵改造未设计相关回路。

3 主变支路失灵改造方案研究

主变支路的失灵改造方案应包括启动失灵回路、失灵解除复压闭锁回路以及失灵联跳主变三侧回路，对于一次电气主接线具备旁路母线的，还应考虑主变变中旁路代路时的相关失灵回路。以该变电站1号主变支路失灵改造方案为例，对上述回路进行介绍。

3.1 启动失灵回路

220 kV主变保护采用南京南瑞继保电气有限公司RCS-978G2型保护装置，启动失灵回路应采用电气量保护的备用跳闸接点作为三相跳闸启动失灵开入母差保护。现场保护跳闸出口及矩阵如表1所示。

表1 主变保护跳闸出口及矩阵

由表1可知，跳1101启动失灵应与跳1101取自同一出口，故可选用D2的1A27-1A29节点用于跳变中启动失灵回路。由于220 kV主变保护为双重化配置，而110 kV系统仅配置1套母线保护，故可采用主一与主二保护跳闸节点并联方式(即“二对一”方式)启动主变失灵，其失灵回路如图5所示。

3.2 失灵解除复压闭锁回路

按照国网公司《十八项反措》要求，为提高可靠性，失灵解除复压闭锁与跳1101开关启动失灵所用接点应分别取自不同的继电器。由表1可见，D9位控制字未被占用，故采用D9的1B22-1B24接点作为失灵解除复压闭锁开入母差保护。同时在整定主变保护定值时，跳闸矩阵中D9位应与D2位同时投退。与启动失灵回路相同，失灵解除复压闭锁回路为“二对一”方式，其回路如图6所示。

图5 主变支路启动失灵回路

图6 主变变中开关失灵解除复压闭锁回路

3.3 失灵联跳主变三侧回路

一旦变压器启动失灵，则要求失灵保护同时跳主变三侧。因此，在不增加失灵保护出口数量的前提下，可以将失灵保护跳主变回路接至变压器非电量启动回路中。结合现场实际，可利用主变突变非电量(或其他非延时跳闸非电量)保护去实现失灵联跳功能。

失灵联跳主变三侧回路如图7所示，将母线保护失灵联跳主变三侧出口节点引至主变非电量保护，通过备用压力突变继电器J9完成失灵联跳主变三侧的功能。当110 kV母线保护的主变支路失灵保护动作时，对应失灵联跳接点闭合，使继电器J9励磁，对应J9常开接点闭合，启动非电量跳闸继电器TJ，完成主变三侧开关跳闸。

3.4 旁路代路时的启动失灵回路

关于旁路代主变断路器启动失灵保护的相关问题，存在直接利用主变保护启动旁路开关失灵而退出旁路断路器启动失灵的方案。但该方案遭到了相关学者的否定，认为该方案最大的问题是不能自动识别旁路断路器所接具体母线，因而没有解决具体为哪条母线启动失灵的问题。同时提出了旁路代路运行时，旁路断路器、变压器断路器启动失灵装置同时投入，采用变压器启动失灵装置第一时限完成解除复压功能，并用旁路断路器启动失灵电流判别触点串接旁路断路器操作箱TJR触点及旁路断路器位置触点启动失灵保护的方案。

图7 失灵联跳主变三侧回路

然而，由于保护装置的发展，新型的母线保护装置已经具备了检测支路开关电流以及判别支路所属母线的功能。因此，该220 kV变电站旁路代路的启动失灵方案设计为：直接利用主变保护启动旁路开关失灵，并与主变保护失灵解复压相配合。当主变变中由旁路代路发生故障而旁路开关拒动时，110 kV母线保护收到来自主变保护的起动旁路开关失灵开入及解除失灵复压闭锁开入，经自身判断旁路开关电流及旁路开关所接母线位置后，断路器失灵保护动作，隔离故障。

旁路开关启动失灵回路如图8所示。由于跳1030启动失灵应与跳1030取自同一出口，故选用D2的1B1-1B3节点作为三相跳闸启动失灵开入母差保护。当主变变中正常运行时，退出主变主I保护屏1LP22、主II保护屏2LP22压板，投入1LP23、2LP23压板；当主变变中由旁路代路运行时，退出主变主I保护屏1LP23、主II保护屏2LP23压板，投入1LP22，2LP22压板，主变失灵解除复压闭锁1LP27，2LP27长期投入运行。

图8 旁代主变时的起动失灵回路

4 结束语

以某220 kV变电站的110 kV母差失灵一体化保护改造工程为例，结合110 kV断路器控制回路特点，研究了220 kV变电站110 kV电压等级的失灵改造方案，涵盖了母联支路、线路支路及主变支路的完整失灵回路，并考虑到了主变变中旁路代路时的启动失灵回路。

该工程完成后，全站设备运行状态良好，不仅使110 kV母线的运行方式更加灵活，也大大缩短了断路器失灵时的故障切除时间，有效地提高了系统运行的可靠性。

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