陳錫磊， 胡 彬， 張 思， 陸海清

（1.國網(wǎng)浙江慈溪市供電公司，浙江 慈溪 315300；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

一種針對橋斷路器雙TA布置方式的差動保護(hù)邏輯

陳錫磊1， 胡 彬1， 張 思1， 陸海清2

（1.國網(wǎng)浙江慈溪市供電公司，浙江 慈溪 315300；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

根據(jù)橋斷路器雙TA布置的內(nèi)橋變電站的接線特點，分析了在橋斷路器與兩側(cè)TA之間發(fā)生故障時的主變差動保護(hù)動作行為，指出在上述位置發(fā)生故障時將出現(xiàn)全站停電的情況。據(jù)此，提出了改進(jìn)的差動保護(hù)邏輯，并詳細(xì)分析了該差動保護(hù)邏輯在變電站不同運行方式下的動作行為，能夠最大程度地避免全站停電，提高橋斷路器雙TA布置的內(nèi)橋變電站的供電可靠性。

內(nèi)橋接線；雙TA布置；全站停電；差動保護(hù)

0 引言

目前，35 kV與110 kV終端變電站的高壓側(cè)多采用內(nèi)橋接線方式，為了解決橋斷路器單TA（電流互感器）布置方式（即只在橋斷路器一側(cè)裝設(shè)TA）時存在的保護(hù)死區(qū)問題，部分變電站采用了橋斷路器雙TA布置方式[1-4]。這種方式雖然能迅速切除橋斷路器與TA之間的死區(qū)故障，卻會導(dǎo)致停電范圍擴大，出現(xiàn)全站停電事故[5-9]。

以下首先對內(nèi)橋接線變電站的橋斷路器雙TA布置方式下的保護(hù)死區(qū)問題進(jìn)行分析，進(jìn)而提出有選擇性切除故障的差動保護(hù)邏輯改進(jìn)方案。不同運行方式下的保護(hù)動作行為的分析表明，該邏輯能有效避免變電站全停事故的發(fā)生。

1 橋斷路器雙TA布置方式

如圖1所示，高壓側(cè)橋斷路器兩側(cè)均裝設(shè)TA，1號、2號主變壓器（簡稱主變）差動保護(hù)分別使用遠(yuǎn)端TA的繞組進(jìn)行交叉接線，即TA1，TA3，TA5構(gòu)成1號主變差動保護(hù)；TA2，TA4，TA6構(gòu)成2號主變差動保護(hù)。該接線方式的優(yōu)勢是能夠滿足保護(hù)范圍交叉的要求，消除橋斷路器與TA之間的保護(hù)死區(qū)。但是，在該方式下雖然能快速切除橋斷路器與TA之間的死區(qū)故障，卻同時會導(dǎo)致停電范圍擴大，出現(xiàn)全站停電事故，影響終端變電站的供電可靠性。

1.1 故障位于k1位置

如圖1所示，變電站運行方式為進(jìn)線二主供、進(jìn)線一熱備用，主變高壓側(cè)并列運行，即橋斷路器3DL合位。k1點（k1和k2點位置均按圖1所示）發(fā)生故障，該點位于2臺主變差動保護(hù)的交叉范圍內(nèi)，因此1號、2號主變差動保護(hù)均能動作跳開各側(cè)斷路器切除故障，此時將會全站停電。一般，終端變電站高壓側(cè)配置有備用電源自動投入裝置（簡稱備自投），在主變差動保護(hù)動作后，Ⅰ段母線、Ⅱ段母線均失壓，滿足高壓側(cè)進(jìn)線備自投動作條件，備自投跳開進(jìn)線二斷路器2DL（原已分開），合上進(jìn)線一斷路器1DL后，將合于故障點。此時，需由進(jìn)線一對側(cè)的線路距離保護(hù)Ⅱ段動作跳開線路，仍造成本站全站停電。

圖1 橋斷路器雙TA布置方式

由分析可知，當(dāng)k1點發(fā)生故障時，1號主變保護(hù)為正確動作隔離故障，但2號主變保護(hù)也會動作跳閘，造成事故擴大，最終造成全站停電。

1.2 故障位于k2位置

變電站運行方式與k1點故障時相同。此時，保護(hù)動作行為與k1點故障時的差異，僅在于高壓側(cè)進(jìn)線備自投動作合上進(jìn)線一斷路器1DL后，高壓側(cè)Ⅰ段母線能正常帶電，但由于1號主變低壓側(cè)斷路器已經(jīng)由1號主變差動保護(hù)跳開，因此實際上也無法送出負(fù)荷。

同樣，在運行方式轉(zhuǎn)換為進(jìn)線一主供、進(jìn)線二熱備用時，k2點發(fā)生故障，也會造成全站停電。

因此，在橋斷路器雙TA布置方式下，兩側(cè)TA之間的范圍內(nèi)發(fā)生故障時，2臺主變保護(hù)同時跳閘，導(dǎo)致停電范圍擴大，造成全站停電，影響終端變電站的供電可靠性。

2 改進(jìn)的差動保護(hù)動作邏輯

2.1 2組橋TA均接入差動保護(hù)

將橋斷路器兩側(cè)的橋TA二次繞組均分別接入2臺主變的差動保護(hù)裝置，這樣每臺主變可以形成2個差動保護(hù)范圍，根據(jù)保護(hù)范圍的大小可分別稱之為“大差”和“小差”。如圖2所示，TA1，TA3，TA5構(gòu)成1號主變“大差”保護(hù)范圍；TA1，TA4，TA5構(gòu)成1號主變“小差”保護(hù)范圍；同理，TA2，TA4，TA6構(gòu)成2號主變“大差”保護(hù)范圍；TA2，TA3，TA6構(gòu)成2號主變“小差”保護(hù)范圍。

圖2 主變“大差”和“小差”保護(hù)范圍

值得注意的是，上述差動回路接入方式中每套保護(hù)裝置均需要4路差動電流采樣，而目前常見的主變回路差動保護(hù)裝置一般均具備4路交流采樣的功能，因此該接入方法并不需要對保護(hù)裝置的硬件進(jìn)行改造。

2.2 差動保護(hù)邏輯改進(jìn)

2.2.1 判斷故障區(qū)域

改進(jìn)后的差動保護(hù)動作邏輯，首先通過判斷大差和小差是否動作來判斷故障所處的位置。如果差動保護(hù)的大差和小差同時動作，可以判斷故障位置不是發(fā)生在橋斷路器兩側(cè)TA之間的范圍內(nèi)，即非交叉保護(hù)區(qū)域內(nèi)。保護(hù)動作邏輯與常規(guī)的差動保護(hù)一致，只需要差動保護(hù)不經(jīng)延時跳開主變各側(cè)斷路器隔離故障即可。

若差動保護(hù)的大差動作而小差不動作，則判斷故障發(fā)生在上述的交叉保護(hù)范圍內(nèi)，此時保護(hù)邏輯第一步不經(jīng)延時跳開橋斷路器3DL。

2.2.2 判斷故障的主變

第一步跳橋斷路器3DL的指令經(jīng)50 ms的延時后，差動保護(hù)再封鎖橋TA的電流（2個橋TA均封鎖），再判斷主變小差保護(hù)是否動作，以此來判斷故障位置屬于哪臺主變的范圍內(nèi)。由于此時采取了封鎖橋TA電流的措施，所以實際上差動保護(hù)判斷的是主變高低壓兩側(cè)TA之間是否存在故障。若小差保護(hù)動作表明故障位置在該主變，立即出口跳開該主變各側(cè)斷路器，若差動不動作則保護(hù)返回。

需要指出的是，該差動保護(hù)動作邏輯即使在第一步發(fā)生橋斷路器3DL拒動的情況下，也能跳開主變各側(cè)斷路器隔離故障，具體動作行為詳見第4節(jié)的分析。詳細(xì)的保護(hù)邏輯見圖3。

圖3 改進(jìn)的差動保護(hù)動作邏輯

3 不同運行方式時保護(hù)動作行為分析

內(nèi)橋接線的終端變電站運行方式靈活，最常見的運行方式為“一線帶兩變”，即一條進(jìn)線帶2臺主變運行，另一條進(jìn)線熱備用。此外，內(nèi)橋接線變電站還存在主變分列運行等其他運行方式。以下將對內(nèi)橋接線變電站常見的3種不同運行方式下橋斷路器兩側(cè)TA之間發(fā)生故障時的差動保護(hù)動作行為進(jìn)行分析。

3.1 運行方式一

一線帶兩變，進(jìn)線一運行，進(jìn)線二熱備用，主變高低壓側(cè)均并列運行，即2DL分位，其余斷路器合位。

3.1.1 k1點故障

短路電流由進(jìn)線一通過橋TA4與故障位置形成回路，2臺主變的大差保護(hù)動作而小差不動作，根據(jù)上述保護(hù)邏輯，跳開橋斷路器3DL，并延時封鎖差動保護(hù)的橋TA電流。由于3DL跳開后故障并未隔離，此時1號主變的高低壓兩側(cè)差動保護(hù)動作，跳開各側(cè)斷路器，而2號主變差動保護(hù)不動返回。此時，高壓側(cè)進(jìn)線備自投條件滿足，跳開進(jìn)線一斷路器1DL（已跳開），合上進(jìn)線二斷路器2DL，2號主變向低壓側(cè)兩段母線正常供電，最大程度地避免了變電站全停事故的發(fā)生。

3.1.2 k2點故障

橋斷路器3DL跳開前，短路電流路徑與k1點故障時一致，如圖4（a）中的Ik1所示。當(dāng)差動保護(hù)第一步跳開3DL后，短路電流路徑發(fā)生變化，如圖4（b）中的Ik2所示。由于已經(jīng)封鎖了橋TA的電流，該短路電流對于1號主變而言是穿越性故障，1號主變差動保護(hù)不會動作；對于2號主變是區(qū)內(nèi)故障，差動保護(hù)將動作跳開2號主變各側(cè)斷路器，從而成功隔離故障，保障1號主變正常運行。

圖4 運行方式一時的短路電流

由上述分析可知，在一線帶兩變、主變高低壓側(cè)均并列運行的方式下，該差動保護(hù)邏輯能有選擇性地切除故障，保障正常變壓器的運行，避免變電站全停。

3.2 運行方式二

一線帶兩變，進(jìn)線一運行，進(jìn)線二熱備用，主變高壓側(cè)并列運行，低壓側(cè)分列運行，即2DL和6DL分位，其余斷路器合位。

3.2.1 k1點故障

在該運行方式下，k1點故障時保護(hù)動作行為與運行方式一時一致，最終2號主變能夠正常供電。

3.2.2 k2點故障

橋斷路器3DL跳開前，短路電流路徑如圖4（a）中的Ik1所示，當(dāng)差動保護(hù)跳開3DL后，由于6DL處于分位系統(tǒng)短路電流將消失，1號、2號主變的差動保護(hù)均返回。此時，低壓側(cè)Ⅱ段母線失壓，低壓側(cè)母分備自投經(jīng)延時跳開2號主變低壓側(cè)斷路器5DL，合上低壓側(cè)母分?jǐn)嗦菲?DL，使得1號主變向低壓側(cè)兩段母線正常供電。

由上述分析可知，在一線帶兩變、高壓側(cè)并列運行、低壓側(cè)分列運行的方式下，該差動保護(hù)邏輯通過與備自投裝置的配合，有選擇性地切除故障，保障正常變壓器的運行，避免變電站全停事故。

3.3 運行方式三

2條進(jìn)線各帶1臺主變運行，主變高壓側(cè)分列運行，低壓側(cè)并列運行，即3DL分位，其余斷路器合位。

3.3.1 k1點故障

當(dāng)k1點故障時，2條進(jìn)線分別提供1路短路電流，如圖5所示。該運行方式下橋斷路器3DL本身已處于分位，因此差動保護(hù)第一步出口跳開3DL不會對短路電流產(chǎn)生影響。封鎖橋TA的電流后，對于1號主變而言Ik1是區(qū)內(nèi)故障，對2號主變而言Ik2是穿越性故障，因此1號主變差動保護(hù)動作跳開各側(cè)斷路器隔離故障，2號主變正常向低壓側(cè)兩段母線供電。

圖5 運行方式三時的短路電流

3.3.2 k2點故障

k2與k1點對稱，保護(hù)動作行為與上述一致，最終由1號主變正常向低壓側(cè)兩段母線供電。

由上述分析可知，2條進(jìn)線各帶1臺主變運行、主變高壓側(cè)分列運行、低壓側(cè)并列運行的方式下，該差動保護(hù)邏輯能有選擇性地切除故障，保障正常變壓器的運行，避免變電站全停事故。

4 3DL拒動時的保護(hù)行為分析

運行方式三的橋斷路器3DL本身就處于分位，不存在拒動問題。運行方式一和二區(qū)別僅在于低壓側(cè)母分?jǐn)嗦菲?DL是否斷開，而當(dāng)3DL拒動時6DL的狀態(tài)對短路電流不會有影響。因此，以運行方式一為例分析橋斷路器3DL拒動時的保護(hù)動作行為。

如圖4（a）所示，如果橋斷路器3DL拒動，則無論是k1點還是k2點故障，短路電流Ik1一直存在，即便封鎖了橋TA后，1號主變的高低壓兩側(cè)差動保護(hù)仍然能夠動作跳開1號主變各側(cè)斷路器，此時將出現(xiàn)全站停電。但在橋斷路器兩側(cè)TA之間的這個特殊范圍內(nèi)出現(xiàn)故障而同時橋斷路器3DL拒動時，全站停電本就已經(jīng)無法避免。

因此，改進(jìn)后的差動保護(hù)邏輯不會因為橋斷路器3DL拒動而無法隔離故障。

5 結(jié)語

部分內(nèi)橋變電站為了解決橋斷路器與橋TA之間存在的保護(hù)死區(qū)問題，采用了橋斷路器兩側(cè)均配置TA，同時主變差動保護(hù)采用交叉接線的方式。該種方式雖然能迅速切除橋斷路器與TA之間的死區(qū)故障，但會導(dǎo)致停電范圍擴大，出現(xiàn)全站停電事故?；诟倪M(jìn)的差動保護(hù)邏輯，通過與備用電源自投裝置的配合，能夠在不同運行方式下最大程度地避免全站停電，提高橋斷路器雙TA布置的內(nèi)橋終端變電站的供電可靠性。

[1]張自偉.變電站內(nèi)橋接線方式下的保護(hù)死區(qū)問題探討[J].浙江電力，2013，32（1）∶27-30.

[2]葉志剛.兩種差動保護(hù)中的死區(qū)問題及其解決[J].供用電，2008，25（5）∶32-34.

[3]李斌，馬超，商漢軍，等.內(nèi)橋接線主變壓器差動保護(hù)誤動原因分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33（1）∶99-102.

[4]金山紅.淺談110 kV內(nèi)橋接線變電所主變差動保護(hù)的接線與選型[J].浙江電力，2003，22（1）∶50-51.

[5]李雙偉.一起線路保護(hù)裝置異常報警的分析處理[J].浙江電力，2016，35（8）∶39-41.

[6]蔣道乾，余榮強，李君.變電站內(nèi)橋接線方式下備自投動作的可靠性探討[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2014，8（4）∶77-81.

[7]王建成，張濤，張建成，等.500 kV主變差動保護(hù)TA問題分析及改進(jìn)[J].浙江電力，2015，34（10）∶12-16.

[8]陸振芬，王徐延.110 kV內(nèi)橋接線變電站的安全運行分析[J].江蘇電機工程，2009，28（6）∶37-39.

[9]姜正馳，屈晗煒，施偉成.內(nèi)橋接線變電站主變差動保護(hù)死區(qū)問題分析[J].電力安全技術(shù)，2015，17（5）∶58-60.

（本文編輯：趙曉明）

A Differential Protection Criterion for Double TA Distribution of Bridge Circuit Breaker

CHEN Xilei1，HU Bin1，ZHANG Si1，LU Haiqing2
（1.State Grid Cixi Power Supply Company，Cixi Zhejiang 315300，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Aiming at the wiring characteristics of inner bridge substation with double TA distribution of bridge circuit breaker，the paper analyzes differential protection action of main transformer when faults occur between bridge circuit breaker and TA at its both sides.It is indicates that there will be outage when faults occurs in the aforementioned location.Therefore，the paper presents an improved differential protection logic and expounds its protection action under different operation modes，for the purpose of avoiding outage of the entire substation to the maximum extent and improving power supply reliability of inner bridge substation with bridge circuit breaker equipped with double TA.

inner bridging wiring；double TA distribution；substation outage；differential protection

TM561

B

1007-1881（2017）02-0018-04

2016-08-26

陳錫磊（1986），男，工程師，從事繼電保護(hù)檢修工作。