关于主变启动失灵回路存在问题分析

吴素贤

摘要：失灵保护是电网的重要保护，为提高失灵保护的正确动作率，本文以恩平变电站＃1主变为例，分析了在变压器附近的不同位置发生短路接地故障时，使用变压器套管CT的电流作为变压器保护启动失灵的电流判据的做法，可能会导致失灵保护拒动或误动的严重后果，以供设计部门和同行专家进行探讨。最后结合现场CT二次绕组的实际，提出整改建议，以达到规范回路接线的目的。

关键词:变压器保护失灵回路误动拒动套管CT开关CT

0引言

断路器失灵保护是在线路或者变压器发生故障，故障元件的保护动作发出跳闸脉冲而断路器操作失灵拒绝跳闸时，通过线路或者变压器的保护作用于相邻断路器跳闸的保护。它是在断路器拒绝动作时，能够以较短的时限切除其它相关断路器，使停电范围限制为最小的一种后备保护，在电力系统中具有很重要的作用。

在实际的工程应用中，失灵保护设备包含失灵启动、失灵保护两个概念的产品。同时失灵保护的设计涉及到系统保护、元件保护等两个专业范畴。因此，一套失灵保护系统的设计往往涉及到多种保护的设备。特别是变压器的保护和运行方式比较复杂，一旦主变压器的失灵保护发生误动或拒动，不但造成全站失压，而且还会造成主变变形、爆炸等设备事故，给国家带来巨大的经济损失。因此对主变的失灵保护回路提出了更高的要求。但是主变失灵启动回路中，使用开关CT还是使用套管CT二次绕组的电流作为“相电流元件”来判别存在分歧。在我局管辖的2个220kV变电站中，一个变电站使用开关CT，另外一个变电站使用套管CT。本文以使用主变套管CT作为“相电流元件”判别的恩平变电站＃1主变为例，分析使用主变套管CT的二次电流来判别断路器失灵保护启动这种接线方式所存在的问题，用举例的方法指出，这种接线方式在一定条件下会导致断路器失灵保护误动或拒动的严重后果，以供同行专家进行探讨，也想通过文章引起有关的设计部门和同行人员对这个回路的高度重视，最后提出本人的意见和整改建议，达到规范回路接线的目的。

1失灵保护的概念

断路器失灵保护是指故障电气设备的继电保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时，利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失灵的判别，能够以较短的时限切除同一厂站内其他有关的断路器，使停电范围限制在最小，从而保证整个电网的稳定运行。

2失灵保护的基本构成

失灵保护由电庄闭锁元件、保护动作与电流判别构成的启动回路、时间元件及跳闸出口回路组成。启动回路是保证整套保护正确工作的关键之一，必须安全可靠，应实现双重判别，防止单一条件判断断路器失灵，以及因保护触点卡涩不返回或误碰、误通电等造成断路器的拒动和误动。

启动回路包括启动元件和判别元件；2个元件构成“与”逻辑。启动元件通常利用断路器自动跳闸出口回路本身，可直接用瞬时返回的出口跳闸继电器触点，也可与出口跳闸继电器并联的、瞬时返回的辅助中间继电器触点，触点动作不复归表示断路器失灵。判别元件以不同的方式鉴别故障确未消除。现有运行设备采用相电流、零序电流的“有流”判别方式。保护动作后，回路中仍有电流，说明故障确未消除。时间元件是断路器失灵保护的中间环节，为了防止单一时间元件故障造成失灵保护误动，时间元件应与启动回路构成“与”逻辑后，再启动出口继电器。失灵保护的电压闭锁一般由母线低电压、负序电压和零序龟压继电器构成。当失灵保护与母差保护共用出口跳闸回路时，它们也共用电压闭锁元件。

3恩平变电站1号主变现场设备失灵回路介绍

恩平变电站是一个双母线带旁路接线方式的220kV变电站，＃1主变高压侧和中压侧都有电源存在，低压侧为无功补偿设备，主变三侧都是三相联动的开关，旁路是分相动作的开关。＃1主变保护配置有两套国电南自公司的WBZ-500H差动保护，第一套使用开关CT，第二套使用变压器的套管CT，正常运行时两套WBZ-500H都投入运行，旁路代路时只投第二套WBZ-500H差动保护；第一套保护屏配置一个失灵启动电流继电器，使用套管CT作为相电流判据。

主变失灵保护启动回路是第一套WBZ-500H保护装置的电气量保护跳高压侧命令（110K2）和该套保护装置的失灵保护启动连接片（40XB）与第二套WBZ-500H保护装置的电气量保护跳高压侧命令（110K2）和该套保护装置的失灵保护启动连接片（40XB）并联。然后通过断路器失灵保护装置的失灵保护专用电流继电器出口触点（201K）串联，启动1号主变高压侧断路器的失灵回路。再经母差保护的电压闭锁启动断路器的失灵保护。最后通过母差保护的出口回路动作跳闸各失灵回路相关的断路器。本设计未涉及旁路带路时的变压器启动失灵的回路。

4主变启动失灵回路存在问题分析

1主变正常运行时，如果故障点发生在主变内部F1处或中压侧F2处、或低压侧F3处时，流过开关CT和流过变压器高压侧套管CT的一次电流是一样的，此时不管使用开关CT还是套管CT作为相电流判据，主变保护启动失灵的行为和结果都是一样的。但是当故障点发生在开关CT和变压器高压侧套管CT之间时，问题就出现了,下面将举两个例子，分别从误动和拒动两种情况进行分析。

4.1失灵保护误动分析假设＃1主变正常运行时，故障发生在F4处，此时，如果主变110kV中压侧开关失灵，将导致220kV失灵保护误动。请看下面的分析：当故障发生在F4时，对第二套WBZ-500H差动保护来说是区外故障，因此不动作；对第一套WBZ-500H差动保护来说是区内故障，因此可靠动作，发跳闸命令给主变三侧261、161和低压侧开关，由于161开关拒动，因此261和低压侧开关跳开后，故障点F4处仍然存在由161开关通过主变中压侧流到高压测的故障电流，该故障电流流过高压侧套管CT，因此相电流判据元件触点201K不返回，同时因为故障电流未完全切除，第一套WBZ-500H仍然存在差流，因此其出口触点110K2不返回，这样就导致220kV失灵保护被误启动；同时主变间隔有一个解除220kV失灵保护复合电压闭锁的回路，在上述条件下，220KV失灵保护复合电压闭锁已经被解除，因此就造成了220kV失灵保护误动作，造成事故扩大。实际上高压侧261开关是已经跳开了的，导致这个结果的原因就是相电流判别元件不能准确判断261开关确已断开。

4.2失灵保护拒动分析假设＃1主变正常运行时，故障发生在F4处，此时第一套WBZ-500H差动保护是区内故障，出口将主变三侧开关跳开。如果此时261开关拒动了，按照电力系统运行方式的要求，应该启动220kV失灵保护，跳开该母线上的所有开关（含母联），将故障隔离，但是，由于失灵保护的相电流判据元件使用套管CT，当中、低压侧开关跳开后，就已经没有故障电流通过套管CT，因此失灵相电流元件接点201K就会返回，这样就导致了220kV失灵保护拒动。

从送电的过程来分析，如：更换了高压侧开关261CT之后的送电，在使用高压侧对主变进行充电之前，为确保刚刚更换过的261CT本体及其引出线没有故障，决定让开关CT先带电，因此有以下几个送电的步骤：①主变保护先按正常运行方式投入运行。即两套WBZ-500H差动保护已经投入。②合上2611刀闸。（2614刀闸不合上）③合上261开关。④261CT带电正常后，断开261开关。⑤合上2614刀闸。⑥接下来就是主变送电的步骤了……

从上面操作的目的来看是为了检查CT本体及其引出线是否有故障，也就说明存在故障的可能性是比较大的，如果在开关CT靠近主变的这一侧有故障，并且261开关失灵了，那么其结果同样会导致220kV失灵保护拒动。原因和F4处故障相同，在这里就不重复分析了。从上面的几个例子可以知道，使用变压器套管CT作为相电流判别元件，220kV失灵保护的动作结果刚好与我们所期望的动作结果相反，即该动时拒动，不该动时误动，这就是要引起大家高度重视的地方。

5旁路代主变高时失灵回路设计

当主变高压侧开关由旁路290代路时，261开关CT是没有电流通过的，也许这就是有些设计者考虑采用套管CT的原因，但主变失灵功能与开关是对应的，当主变高压侧用290代路时，261开关分开，按照规程要求主变失灵回路必须退出运行，因此此时主变保护启动失灵回路的功能是多余的。实际上，旁路290保护本身已经有了完善的失灵启动回路

主变保护动作后，会作用于290开关操作箱的TJR继电器，如果290开关任何一相失灵，290开关该相的失灵电流判别触点就会动作，这样就可以通过TJR继电器的触点启动失灵保护了。同时290开关也配置有自己的保护，以保护290CT至变高套管引线故障，290开关的保护也会动作，从而完成启动失灵的功能，不存在动作死区。

6结束语

从以上的分析知道，主变启动失灵的电流判据如果使用变压器套管CT，那么在一定的条件下，可能导致失灵保护拒动或者误动，因此我们在设计时，要认真考虑现场可能出现的各种情况，使用更准确代表开关分合状态的电流作为相电流判据，所以建议现场将失灵电流判据改用开关CT的二次绕组电流。在220kV双母线配置的线路间隔中，每个CT均有4个二次绕组是给保护用的，其中母差保护用2个，线路保护用2个，失灵启动装置与其中一套线路保护共用。在主变间隔中，由于第二套差动保护使用套管CT，这样还剩余一个保护级别的绕组给失灵判据使用。因此建议现场尽快整改。

失灵保护运行的可靠性是大家都非常关注的问题，为最大限度地杜绝失灵保护的不正确动作，需要我们从接线、操作和设备质量等各环节着手努力。采用高可靠性的失灵保护判别元件或装置，合理接线、整定，严格按规程操作，必将极大地提高失灵保护的正确动作率，为电网的安全运行作出应有的贡献。