主变压器断路器失灵保护回路与延时定值关系分析

(国网四川省电力公司天府新区供电公司，四川 成都 610041)

0 引 言

当系统发生故障时，故障元件的保护动作但其断路器操作机构失灵拒绝跳闸时，通过故障元件的保护，作用于同一变电站相邻元件的断路器使之跳闸的保护方式，就称为断路器失灵保护[1]。失灵保护的动作逻辑一般包含三个要素，即保护跳闸开入、断路器电流、失灵延时定值，从而构成完整的失灵保护动作逻辑。这三个要素必须同时满足并且符合现场实际的二次回路接线方式，方可保证失灵保护的正确动作。下面主要研究主变压器断路器失灵保护的回路构成与失灵延时定值之间的关系。

1 失灵保护回路与整定延时关系分析

针对主变压器高压侧或中压侧为220 kV双母线接线方式的主变压器断路器失灵保护回路进行研究，探讨其与保护装置相关失灵延时定值的关系。以500 kV变电站为例，其500kV系统采用3/2接线方式，220 kV系统多采用双母线接线方式，主变压器三侧接线示意图如图1所示。

1.1 非六统一变压器保护和母线保护配合判别失灵

变压器保护配置有独立的电量保护和非电量保护，其中变压器非电量及辅助保护装置可实现主变压器中压侧断路器的失灵判别及失灵联跳主变压器三侧断路器功能，如RCS-974FG。变压器配置的电量保护本身不具备联跳主变压器三侧断路器的功能。

图1 主变压器三侧接线

RCS-974FG与失灵延时相关的可整定定值见表1[2]。

表1 RCS-974FG失灵延时相关定值

220 kV母线保护配置分两种情况：一种情况，母线保护专门为主变压器支路提供了联跳主变压器其他各侧断路器的功能。主变压器断路器失灵由母线保护装置判断后，经一定延时出口联跳主变压器其他侧断路器，如RCS-915GC。另一种情况，母线保护不区分主变压器和线路支路，母线保护动作提供失灵启动接点，由其他装置完成失灵判别联跳主变压器其他侧断路器，如RCS-915AS。

RCS-915GC、RCS-915AS与失灵延时相关的可整定定值见表2[3]、表3[4]。

表2 RCS-915GC失灵延时相关定值

根据现场保护实际配置情况，分析保护装置之间的配合关系，明确失灵保护的回路及失灵延时定值的关系。

表3 RCS-915AS失灵延时相关定值

1.1.1 RCS-974FG与RCS-915GC配合

1)母线保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵

220 kV母线发生故障，母差保护动作跳开故障母线连接的所有断路器，若此时故障母线连接的主变压器中压侧断路器失灵，则断路器失灵保护应跳开主变压器三侧断路器，隔离故障点。

现场二次回路的实现方式为：RCS-915GC母线保护动作，启动内部的失灵判断逻辑，并通过母线保护采集的主变压器中压侧断路器电流判据经“失灵保护2时限t2”(可整定)延时，通过联跳回路开给RCS-974FG装置的失灵联跳开入；RCS-974FG收到失灵联跳开入后，再次进入失灵启动逻辑，通过其采集的主变压器中压侧断路器的电流判断后经“失灵联跳时限T2”(可整定)延时,失灵接点SLQD2闭合开给RCS-974非电量开入，通过非电量跳闸回路延时50 ms出口跳主变压器三侧断路器。

可将上述过程简化为图2。

由图2分析可知，若母线保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵时，断路器失灵的判断逻辑在RCS-915GC与RCS-974FG装置均作判断。从故障发生到RCS-974FG装置联跳主变压器三侧断路器隔离故障的时间由四部分组成，如图3所示。

母线保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵，联跳主变压器三侧断路器时间应可靠躲过主变压器中压侧断路器正常跳开时间Tn(母线保护动作出口10 ms+机构动作40 ms+裕度100 ms=155 ms)。因此针对类似情况，可得出如下结论：

t2+T2+60>Tn

(1)

式中：t2为RCS-915GC的可整定失灵保护2时限；

图2 母线保护动作启动主变压器中压侧断路器失灵跳主变压器三侧回路

图3 母线保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵，联跳主变压器三侧断路器时间构成

T2为RCS-974FG的失灵联跳时限；Tn为主变压器中压侧断路器正常跳开时间。

2)主变压器保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵

主变压器保护动作跳主变压器中压侧断路器，若断路器失灵时，既需联跳主变压器三侧断路器，同时需跳开主变压器中压侧断路器所连接母线上的其他断路器。

现场联跳主变压器三侧断路器二次回路为：当主变压器电量保护动作跳主变压器中压侧断路器时，主变压器电量保护开给母线保护主变压器三相失灵和解除复压闭锁开入，启动母线保护的失灵判别逻辑；母线保护根据所采集主变压器中压侧断路器电流进行判别后，经“失灵保护1时限t1” (可整定)跳母联，经“失灵保护2时限t2(可整定)延时，通过联跳回路开给RCS-974FG装置的失灵联跳开入；RCS-974FG收到失灵联跳开入后，再次进入失灵启动逻辑，通过其采集的主变压器中压侧断路器的电流判断后，时经“失灵联跳时限T2”(可整定)延时,失灵接点SLQD2闭合开给RCS-974非电量开入，通过非电量跳闸回路延时50 ms出口跳主变压器三侧断路器。

可将上述过程简化为图4。

由图4分析可知，当主变压器中后备保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵时，断路器失灵的判断逻辑在RCS-915GC和RCS-974FG内均作判断。从故障发生到母线保护跳开连接母线上所有断路器的时间由两部分组成，而从故障发生到RCS-974FG装置联跳主变压器三侧的时间由4部分组成，如图5所示。

主变压器电量保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵，跳同一母线相邻断路器和联跳主变压器三侧断路器时间需可靠躲过主变压器中压侧断路器正常跳开时间Tn。因此针对类似情况，可得出如下结论：

t2+10>Tn
t2=T2+60>Tn

(2)

3)结论

结合式(1)和式(2)所得结论及继电保护整定计算技术规范[5]，建议将RCS-915GC的失灵保护2时限t2整定为0.3 s，RCS-974的失灵联跳时限T2整定为0.01 s。若RCS-915GC的失灵保护2时限t2整定过短，无法躲过断路器正常跳开时间可能导致误动，扩大事故范围。若RCS-974的失灵联跳时限T2整定时间过长，可能造成失灵保护无法及时动作，影响系统的稳定运行。

1.1.2 RCS-974FG与RCS-915AS配合

1)母线保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵

现场二次回路的实现方式为：RCS-915AS母线保护动作，启动主变压器中压侧断路器失灵接点TJ经10 ms延时闭合，通过失灵启动回路将中压侧断路器失灵开入给RCS-974FG装置的失灵联跳开入；RCS-974FG收到失灵联跳开入后，进入失灵启动逻辑，通过其采集的主变压器中压侧断路器的电流判断经“失灵联跳时限T2”(可整定),失灵接点SLQD2闭合开给RCS-974非电量开入，通过非电量跳闸回路延时50 ms出口跳主变压器三侧断路器。

可将上述过程简化为图6。

图4 主变压器保护动作跳中压侧断路器并启动失灵跳相邻开关

图5 主变压器保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵，联跳同一母线相邻断路器及主变压器三侧断路器时间构成

图6 母线保护动作启动主变压器中压侧断路器失灵跳主变压器三侧回路

由图6分析可知，若母线保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵时，断路器失灵的判断逻辑在RCS-974FG装置内完成。从故障发生到RCS-974FG装置联跳主变压器三侧断路器的时间由3部分组成，如图7所示。

母线保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵，联跳主变压器三侧断路器时间需可靠躲过主变压器中压侧断路器正常跳开时间Tn。因此针对类似情况，可得出如下结论：

图7 母线保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵，联跳主变压器三侧断路器时间构成

T2+60>Tn

(3)

2)主变压器保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵

现场联跳主变压器三侧断路器二次回路为：当主变压器电量保护动作跳主变压器中压侧断路器时，主变压器电量保护开给RCS-974FG“变压器保护跳闸起动失灵”；RCS-974FG收到开入后，进入失灵启动逻辑，通过其采集的主变压器中压侧断路器的电流判断经“失灵联跳时限T2”(可整定),失灵接点SLQD1闭合开给RCS-974非电量开入，通过非电量跳闸回路延时50 ms出口跳主变压器三侧断路器。

现场跳主变压器中压侧断路器所连接母线上的其他断路器二次回路为：当主变压器电量保护动作跳中压侧断路器时，主变压器电量保护开给母线保护解除复压闭锁开入，同时开给RCS-974FG“变压器保护跳闸起动失灵”；此时RCS-974FG收到失灵联跳开入后，进入失灵启动逻辑，由本装置所采集到的主变压器中压侧断路器电流判断经“失灵时限T1”(可整定),将失灵开给220 kV母线保护；当母线保护的失灵保护检测到此开入时，根据其采集到的主变压器中压侧断路器电流判断，经过失灵保护电压闭锁起动失灵保护；失灵保护经跟跳延时Tgt(可整定)再次动作于该线路断路器，经跳母联延时Tml(可整定)动作于母联，经失灵保护动作延时Tsl(可整定)切除该元件所在母线的各个连接元件。

可将上述过程简化为图8。

由图8分析可知，当主变压器中后备保护动作跳主变中压侧断路器失灵时，断路器失灵的判断逻辑在RCS-974FG和RCS-915AS内均做判断。从故障发生到母线保护跳开连接母线上所有断路器的时间和到RCS-974FG装置联跳主变压器三侧的时间均由3部分组成，如图9所示。

图8 主变压器保护动作跳中压侧断路器并启动失灵跳相邻开关

图9 主变压器保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵，联跳同一母线相邻断路器及主变压器三侧断路器时间构成

主变压器电量保护动作跳主变压器中压侧断路器失灵，跳同一母线相邻断路器和联跳主变压器三侧断路器时间需可靠躲过主变压器中压侧断路器正常跳开时间Tn。因此针对类似情况，可得出如下结论：

T2+60>Tn

T1+Ts1+10>Tn

(4)

式中：T1为RCS-974FG的失灵时限；Ts1为RCS-915AS的失灵保护动作时间。

3)结论

结合式(3)和式(4)所得结论及继电保护整定计算技术规范[5]，建议将RCS-974的失灵时限T1整定为0.01 s，失灵联跳时限T2整定为0.3 s。若失灵联跳时限整定过短可能造成保护误动而扩大事故范围。由于RCS-915AS母线保护的失灵保护动作时间Ts1为母线保护装置失灵保护的公共定值，需兼顾连接母线的所有间隔，一般整定为0.3 s。

1.2 六统一主变压器保护和母线保护配合

按照国家电网公司六统一的要求，母线保护具备区分主变压器支路和线路支路功能，可判失灵并启动主变压器联跳。

主变压器中压侧断路器失灵由母线保护来判断，有两种情况可以启动母线保护判主变压器中压侧开关失灵：一是母差保护动作；二是主变压器电量保护动作，开给母差保护启动失灵和解除复压闭锁。变压器支路失灵保护动作，经失灵短延时跳开母联开关，长延时跳开相应母线，同时启动变压器支路跳三侧功能。其逻辑框图如图10所示。

母线保护专门提供变压器失灵跳三侧启动接点，直接开给变压器保护中压侧失灵联跳开入，由变压器保护完成跳主变压器三侧断路器功能。变压器中压侧断路器失灵保护动作开入后，应经灵敏的、不

图10 六统一母线保护断路器失灵保护逻辑图

需整定的电流元件并带50 ms延时后跳变压器各侧断路器[6]。其逻辑框图如图11所示。

图11 六统一变压器保护失灵联跳逻辑图

六统一主变压器保护和母线保护之间配合判断主变压器中压侧断路器失灵回路变得相对简单。主变压器电量保护中不存在可整定的失灵延时，而母线保护涉及失灵延时的仅有两个定值，即失灵出口短延时和长延时，如图10所示。

2 结 语

失灵保护是高压电网中一种近后备保护，对电网的故障隔离和稳定运行有非常重要的作用。但是因接线方式、保护配置等不同，失灵保护的实现方式存在较大差异。前面介绍了主变压器断路器失灵保护在实际工程中的三种实现方式，即：由变压器非电量及辅助保护装置单独实现；由变压器非电量及辅助保护装置与母线保护装置配合实现；以及由母线保护装置单独实现。具体的实现方式要根据工程中所配置的保护装置类型以及二次回路的接线决定。失灵保护的整定计算需建立在充分了解二次回路及保护装置原理的基础上，否则可能因误整定造成继电保护误动或拒动。

[1] 王梅义. 高压电网继电保护运行与设计[M].北京：中国电力出版社，2007：139-140.

[2] 南京南瑞继保电气有限公司.RCS-974FG型变压器非电量及辅助保护装置技术说明书[Z].南京：南瑞继保电气有限公司.

[3] 南京南瑞继保电气有限公司.RCS-915GC型母线保护装置技术说明书[Z].南京：南瑞继保电气有限公司.

[4] 南京南瑞继保电气有限公司.RCS-915AS型母线保护装置技术说明书[Z].南京：南瑞继保电气有限公司.

[5] 国家电网公司.国家电网继电保护整定计算技术规范：Q/GDW 422-2010[S].北京：中国电力出版社，2010.

[6] 国家电网公司.变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范：Q/GDW 1175-2013 [S].北京：中国电力出版社，2013.