220kV电网保护死区动作分析与改进

王寅，李森茂，张鹏，盛晓文，董尚阳

（国网驻马店供电公司，河南驻马店，463000）



220kV电网保护死区动作分析与改进

王寅，李森茂，张鹏，盛晓文，董尚阳

（国网驻马店供电公司，河南驻马店，463000）

摘要：随着电网结构愈来愈复杂，电力系统安全稳定运行越来越重要。电网保护死区故障时由后备保护动作，隔离故障点时间长，不利于电网安全。本文分析了地区电网220kV变电站高压侧几种常见的保护死区故障及逻辑问题，结合现有电网典型保护死区的继电保护方案，根据保护死区的故障特点，提出封故障间隔开关CT构成死区故障的快速保护方案。该方案可有效地提高继电保护装置的可靠性和电网运行的稳定性。

关键词：保护死区；母差保护；线路保护；后备保护；快速保护

引言

随着电力工业的快速发展，地区电网结构越来越复杂，也越来越强大，基本满足N-1要求。按照国网公司“大运行”建设要求，地市供电公司将电网调度运行与设备监控运行值班集中融合，实现“大值班”工作模式，优化人力资源配置，提升运行工作效率，基本统一采用“集中监控、分设操作队”运行管理模式，此时不仅要求运行人员具备较高技能素质，对电网结构和电力系统保护装置运行可靠性也提出了更高的要求。

目前220k V变电站内220k V母线均配置母差保护，母线发生故障时，母差保护能准确判断出故障母线并切除故障点。但母线各间隔出线断路器和CT之间发生故障时（称为死区故障），母线差动保护动作跳开故障间隔所在母线各出线开关后故障点并未隔离，只能通过上级元件后备保护较长时限的将故障切除，不利于系统的安全稳定运行[1-5]。对于值班调度员而言，死区故障使故障范围扩大，难以判断。因此，文中分析了地区电网中常见的几种死区故障，并根据保护死区故障特点提出了相应的快速保护方案。

1　地区220kV电网典型死区故障分析

1.1线路开关与CT之间的死区故障

目前，220kV变电站一般采用双母线接线方式，如图1所示。

当出线开关与出线电流互感器之间的保护死区k3点发生短路故障时，母线差动保护启动跳开母线上各出线间隔开关，故障点未隔离，对侧线路继续向故障点提供短路电流，因该故障点处于线路两侧电流互感器之外，对电流差动保护来说是外部短路，线路差动保护不会动作，当对侧电流互感器检测到故障电流后，由线路后备保护启动跳开对侧开关，将故障切除，故障隔离时间较长。

图1　某地区电网局部系统

1.2母联开关与CT之间的死区故障

母联开关保护死区k2发生短路故障时，母差保护启动，大差动元件动作判断母线故障，小差动元件动作选择其中II母故障，跳开母联开关和II母上各出线开关，但故障点未被隔离，I母上各出线间隔继续向故障点提供短路电流，此时大差动元件没有返回，经过0.15s跳开故障段母线所有出线开关，从而切除了母联断路器死区故障，与此同时使无故障II母失压，减轻了大量负荷。

1.3变压器开关与CT之间的死区故障

220kV母线各出线开关配置失灵保护，当变压器220kV高侧死区k1短路故障时，220kV侧母差保护动作跳开220kVI母上各出线开关，但不能切除故障，220kV变压器侧高压开关启动失灵保护将主变三侧开关断开隔离故障点。

2　现有保护死区方案

220kV线路开关死区故障时，母差保护动作跳开故障点所在母线上所有出线开关的同时，光纤纵联电流保护采取发远跳信号，高频保护停、起信加速对端开关跳闸，快速切除故障，保证系统稳定[6]。

220kV母联开关死区故障时，大差动元件动作没有返回，先跳开母联开关，再封母联开关CT，此时小差动元件对死区故障有了选择性，启动跳开故障段母线所有断路器，切除了母联断路器死区故障，避免了两条母线都失压，缩小了事故停电范围[7]。

2 20 k V变压器高、中压侧死区故障时，220kV侧母差保护先动作跳开高/中压侧开关所在母线各出线开关，差动保护未返回，故障电流仍存在，文献[8]提出的快速保护跳开主变另外两侧开关，切除了变压器开关死区故障，保证变压器的安全。

3　保护死区快速保护方案

对现有的针对死区故障的保护方案进行总结，发现电网保护死区大都位于各出线开关CT处，故障点本身位于下级元件保护范围之内，下级元件的快速保护动作之后，故障点未被隔离，进而使上级元件的后备保护动作将故障切除，动作时间较长，不利于系统稳定，同时扩大了停电范围，其本质就是保护死区缺乏快速保护。

因此，除设置后备保护外，增设快速保护，缩短保护动作时间。下级元件保护动作，开关断开一定时限后封出线开关CT，当母线差动保护大差元件动作，先跳开母联开关，封母联开关CT，若为母联开关死区故障，小差动元件和大差动元件共同保死区故障所在母线隔离，其保护动作逻辑图如图2所示。

图2　母联开关死区保护逻辑方案

若220kV线路开关死区故障，母线差动保护动作后，将故障点隔离，然后封各出线线路开关CT，判别为线路，线路差动保护启动，差动电流大于判别电流，迅速跳开线路对侧开关，故障快速切除，若死区无故障，线路纵联保护不会启动；若220kV变压器高/中压侧开关CT死区故障，220kV母线差动保护动作后，封高压侧开关CT，主变差动保护动作快速切除故障，若主变高/中压侧开关死区无故障，主变差动保护不启动，其保护动作逻辑图如图3所示。

图3　出线开关死区保护逻辑方案

4　实用性分析

母联开关死区快速保护在传统母差保护的基础上，使母联开关第一时限跳开，再短接母联开关CT，以此判别并跳开故障母线；出线开关死区快速保护本质是利用对侧元件的快速保护，短接本侧开关CT使对侧检测到故障电流，可作为220kV变压器和线路开关死区的快速保护。采用短接开关CT接线方式简单、可靠性高，能满足工程要求，快速隔离死区故障。

5　结束语

地区电网迅速发展，保护死区故障造成的危害会越大。本文分析了典型保护死区故障的特点，通过封母联开关CT，可避免母联开关死区故障，减少双母线失压减供负荷；通过封出线开关CT，可利用线路和变压器本身差动保护快速切除该类死区故障，可以减轻死区短路故障对电力设备的冲击和损伤，有利于电网安全稳定运行。

本文的研究将对实际工作具有指导作用。

参考文献

[1]陈霄,徐荆州.电网典型“死区”故障保护动作分析[J].江苏电机工程.2011,30(4):55-57.

[2]张自伟.变电站内桥接线方式下的保护死区问题探讨[J].浙江电力.2013.1:27-30.

[3]刘宇,弥惠.典型的保护死区问题探讨[J].湖南电力.2008,28(2)46-48.

[4]左军,郭达奇.关于“快速保护死区"问题的分析与解决对策[J].湖北电力.2008.32(3):50-53.

[5]李季,陶丽莉,屈自强等.变电站继电保护死区的改进措施[J].电工技术.2009.8:8-9.

[6]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材（下册）[M].北京.中国电力出版社,2009.

[7]刘枫,李晓方,秦莉等．针对辐射型电网母联死区故障的保护改进设计[J].电力系统自动化,2013,37(22):122-124.

[8]汤大海,陈永明,曹斌.快速切除220kV变压器死区故障的继电保护方案[J].电力系统自动化.2014,38(4):115-121.

[9]俞胜,马继政,钱美芳等.一种线路死区的保护方式[J].电力系统保护与控制.2008.36(23):113-115.

[10]赵佰成,徐炜彬,曲绍杰.220 kV典型保护死区问题的探讨[J].电力系统保护与控制.2008.38(13):130-132.

[11]王建雄,罗志平,梁运华.220 kV 保护死区问题的探讨及改进[J].继电器.2006.37(7):83-86.

[12]周捷锦.母差保护死区解决方法及其在崇明电网的应用[J].上海电力学院学报.2009.25(3):229-231,239.

王寅(1986-)，男，硕士研究生，工程师，现从事电力系统及其自动化工作。

Analysis and Improved Design for Protection's Dead-zone of 220kV Grid

Yin Wang,SenMao Li,Peng Zhang,XiaoWen Sheng,ShangYang Dong
(Zhumadian Power Supply Company,Zhumadian Henan,463000,China)

Abstract:As the grid structure become more and more complicated,the problem of safe and stable operation of power system becomes increasingly prominent.Backup protection operates when failure occurs in the dead zone,which is unfavorable for grid security because of long time action.This paper analyzes several common failures in dead zone and logic problems in regional power grid,and then introduces some typical relay protection schemes about dead zone protection at present,finally put forward that the CT is connected to constitute a fast protection for Dead-zone fault,which can effectively improve the reliability of relay protection device and the stability of power grid operation.

Key words:Protection dead-zone;Bus differential protection;Pilot protection;Backup protection;Rapid protection

作者简介：

DOI:工业技术创新 URL:http//www.china-iti.com10.14103/j.issn.2095-8412.2016.01.013

中图分类号：TM772

文献标识码：B

文章编号：2095-8412(2016)01-644-03