劉滬平，陳恒祥，田輝，湯大海，劉建民

（1.南京供電公司，江蘇南京210008；2.鎮(zhèn)江供電公司，江蘇鎮(zhèn)江212000；3.濱海供電公司，江蘇濱海224500）

為反映變壓器外部短路故障引起的過(guò)電流以及作為縱差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備，變壓器應(yīng)裝設(shè)反映相間或接地短路故障的后備保護(hù)，帶延時(shí)跳開相應(yīng)的斷路器。根據(jù)變壓器容量和保護(hù)靈敏度要求，變壓器后備保護(hù)宜選用過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓（負(fù)序電壓和線間電壓）啟動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)或復(fù)合電流保護(hù)（負(fù)序電流和單相式電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)）[1]。經(jīng)復(fù)壓閉鎖的過(guò)流保護(hù)能夠降低動(dòng)作電流，靈敏度較高，在主變后備保護(hù)裝置中得到了普遍的應(yīng)用。

1 復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)原理分析

復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)（簡(jiǎn)稱復(fù)壓閉鎖）由復(fù)合電壓元件、過(guò)電流元件和時(shí)間元件組成，作為主變及相鄰設(shè)備短路故障的后備保護(hù)，該保護(hù)的接入電流為主變某側(cè)電流互感器（TA）二次三相電流，接入電壓為主變?cè)搨?cè)或其他側(cè)電壓互感器（TV）二次三相電壓。

目前常用的幾種變壓器后備保護(hù)有南瑞繼保的RCS-978、國(guó)電南自的PST-1200、南瑞中德的NSP772、南瑞科技的NSR695R等。

以兩圈變?yōu)槔?，有些后備保護(hù)裝置將高壓側(cè)后備保護(hù)和低壓側(cè)后備保護(hù)進(jìn)行分別配置，接入電流為主變本側(cè)TA二次三相電流，接入電壓為主變本側(cè)TV二次三相電壓，典型的如南瑞繼保的RCS-978、國(guó)電南自的PST-1200等。

保護(hù)邏輯框圖如圖1所示，本側(cè)復(fù)壓元件可由復(fù)壓閉鎖投退控制字選擇是否投入。

由圖1可以看出，當(dāng)本側(cè)電壓降低，或負(fù)序電壓大于整定值及本側(cè)過(guò)電流時(shí)，本側(cè)后備保護(hù)即動(dòng)作，經(jīng)延時(shí)切除變壓器。其他側(cè)復(fù)壓?jiǎn)?dòng)也可開放本側(cè)過(guò)流保護(hù)。當(dāng)設(shè)置本側(cè)電壓退出時(shí)，該側(cè)復(fù)壓元件開放，過(guò)流保護(hù)可不經(jīng)復(fù)壓閉鎖直接出口。

有些變壓器后備保護(hù)只配置高壓側(cè)后備保護(hù)，一般情況下，接入電流為主變高壓側(cè)TA二次三相電流，接入電壓為主變低壓側(cè)TV二次三相電壓，例如南瑞中德的NSP772、南瑞科技的NSR695R等。其保護(hù)邏輯框圖如圖2所示。

對(duì)于只配置高壓側(cè)后備保護(hù)的裝置，當(dāng)復(fù)壓閉鎖功能投入時(shí)，只有在低壓側(cè)母線電壓滿足復(fù)壓閉鎖開放條件后，過(guò)流保護(hù)才能出口跳閘。而同時(shí)配置高低后備保護(hù)的裝置，當(dāng)故障產(chǎn)生時(shí)，即使低壓側(cè)復(fù)壓不開放，高壓側(cè)后備在檢測(cè)到故障且復(fù)壓閉鎖開放的同時(shí)，也會(huì)將低壓側(cè)后備保護(hù)的復(fù)壓閉鎖開放，這能夠保證故障可靠切除。

2 保護(hù)死區(qū)產(chǎn)生的運(yùn)行方式背景

某110kV變電站一次系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖3所示。該110kV變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為江蘇省110kV終端變電站的典型配置，有主變2臺(tái)，電壓等級(jí)為110/10kV，110kV為內(nèi)橋接線，2回進(jìn)線，10kV為單母線分段接線。

該變電站110kV主變后備保護(hù)只配置高后備保護(hù)，接入電流為主變110kV側(cè)TA二次三相電流，接入電壓為10kV母線TV二次三相電壓。相過(guò)流Ⅰ段保護(hù)、相過(guò)流Ⅱ段保護(hù)投入，相過(guò)流Ⅰ段復(fù)壓閉鎖投入、相過(guò)流Ⅱ段復(fù)壓閉鎖投入。復(fù)壓閉鎖定值低電壓、負(fù)序過(guò)壓投入。

當(dāng)1號(hào)主變停運(yùn)檢修時(shí)，10kV I段母線通過(guò)母聯(lián)110開關(guān)由2號(hào)主變供電。1號(hào)主變檢修完成后，進(jìn)行送電投運(yùn)操作，常規(guī)的操作流程如下：投入主變差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)，合上701開關(guān)，1號(hào)主變帶電，101開關(guān)處于分位；1號(hào)主變充電完成后合上101開關(guān)，斷開110開關(guān)，10kV I段母線、10kV II段母線分列運(yùn)行。

如圖3所示，在此送電操作過(guò)程中，在1號(hào)主變變二側(cè)TA與101開關(guān)之間存在一個(gè)保護(hù)死區(qū)。若在該死區(qū)內(nèi)發(fā)生三相短路故障，1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)判區(qū)外故障，不動(dòng)作，1號(hào)主變后備保護(hù)過(guò)流保護(hù)啟動(dòng)，但由于此時(shí)10kV I段母線正常帶電，電壓為額定值，經(jīng)低壓側(cè)母線電壓復(fù)壓閉鎖，1號(hào)主變后備保護(hù)也不動(dòng)作。站內(nèi)110kV線路未安裝任何保護(hù)，此時(shí)，該短路故障無(wú)法切除，需上級(jí)變電站的線路保護(hù)經(jīng)延時(shí)后動(dòng)作切除此短路故障。

一般，主變壓器的熱穩(wěn)定時(shí)間不能超過(guò)2s，該死區(qū)引起的后備保護(hù)拒動(dòng)事故將可能造成主變損壞。

3 避免保護(hù)死區(qū)的措施

在上述1號(hào)主變停運(yùn)檢修后送電投運(yùn)的運(yùn)行操作過(guò)程中，10kV I段母線一直處于正常帶電運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)后備保護(hù)中的過(guò)流保護(hù)仍經(jīng)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖是不合理的，這也是產(chǎn)生后備保護(hù)死區(qū)的根本原因。

因此，應(yīng)設(shè)法在此運(yùn)行操作過(guò)程中增加一個(gè)將后備保護(hù)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖功能退出的環(huán)節(jié)。所增加的這個(gè)操作應(yīng)當(dāng)易于運(yùn)行操作人員執(zhí)行，或可以自動(dòng)執(zhí)行復(fù)壓閉鎖退出。

一般的主變后備保護(hù)裝置都會(huì)引出一個(gè)復(fù)壓閉鎖投退接點(diǎn)，如RCS-978裝置有“退低壓側(cè)電壓”接點(diǎn)，PST-1200裝置各側(cè)后備保護(hù)模塊都有相應(yīng)側(cè)的“投入復(fù)壓閉鎖”接點(diǎn)，NSP772裝置有“本側(cè)復(fù)壓閉鎖解除”接點(diǎn)，NSR695R裝置有“本側(cè)TV退出”接點(diǎn)。通過(guò)操作這些接點(diǎn)的通斷，即可將后備保護(hù)裝置的低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖功能退出。

若沒(méi)有低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出接點(diǎn)，可通過(guò)更改保護(hù)程序，使用某種方法將“低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”控制字置“1”，主變后備保護(hù)過(guò)流動(dòng)作將不經(jīng)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖即可直接出口。

幾種改進(jìn)措施如下。

（1）增設(shè)“復(fù)壓閉鎖退出”壓板。為了使得此項(xiàng)操作易于運(yùn)行操作人員執(zhí)行，通過(guò)增設(shè)功能壓板來(lái)實(shí)現(xiàn)便是一個(gè)簡(jiǎn)單易行的方法，而且可以明確到運(yùn)行操作票中。具體方法是為主變后備保護(hù)設(shè)置一個(gè)“后備保護(hù)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板，將其引入主變后備保護(hù)裝置的相應(yīng)功能接點(diǎn)。當(dāng)該壓板投入時(shí)，保護(hù)裝置將低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖功能退出，當(dāng)后備保護(hù)裝置檢測(cè)到過(guò)流啟動(dòng)后，可不經(jīng)復(fù)壓閉鎖直接出口跳閘。主變后備保護(hù)“低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板回路如圖4所示。

圖4 主變后備保護(hù)“低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板回路

這樣，在對(duì)1號(hào)主變進(jìn)行充電時(shí)，將該“后備保護(hù)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板投入，若發(fā)生圖3中的死區(qū)短路故障，后備保護(hù)仍可通過(guò)過(guò)流保護(hù)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口，跳701開關(guān)。改進(jìn)后的1號(hào)主變送電投運(yùn)操作流程如下：投入1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)，投入1號(hào)主變后備保護(hù)“低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板，合上701開關(guān)，1號(hào)主變帶電，101開關(guān)處于分位，退出1號(hào)主變后備保護(hù)“低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板，然后合上101開關(guān)，斷開110開關(guān)，10kV I段母線、10kV II段母線分列運(yùn)行。

（2）通過(guò)主變二側(cè)開關(guān)的常閉接點(diǎn)自動(dòng)退出復(fù)壓閉鎖功能。方法（1）中的“后備保護(hù)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板只在進(jìn)行主變停運(yùn)檢修后送電投運(yùn)的特定運(yùn)行操作過(guò)程中使用，運(yùn)方改變后再將壓板退出。這種方法將該壓板專用化，且需運(yùn)行人員手動(dòng)操作。一旦出現(xiàn)誤操作，將該壓板在不應(yīng)投入時(shí)投入或忘記退出該壓板時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致正常運(yùn)行時(shí)復(fù)壓閉鎖功能失效。方法（2）將方法（1）中的“后備保護(hù)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出”壓板取消，直接通過(guò)主變變二側(cè)開關(guān)的常閉接點(diǎn)接入保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖功能的自動(dòng)退出，無(wú)需運(yùn)行人員進(jìn)行操作。考慮到可能會(huì)有其他將復(fù)壓閉鎖退出的回路，比如其他保護(hù)的動(dòng)作或某功能壓板的投入也可以將復(fù)壓閉鎖功能退出。方法（2）將其他接點(diǎn)或壓板并聯(lián)接入后備保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出功能。這種方法有一定的常效性和自適應(yīng)性，具體回路如圖5所示。

（3）低壓側(cè)二次電壓回路中串入重動(dòng)接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電壓自動(dòng)切除。用主變變二側(cè)開關(guān)常閉接點(diǎn)來(lái)啟動(dòng)中間繼電器，通過(guò)該中間繼電器來(lái)控制低壓側(cè)母線TV的二次回路的通斷，進(jìn)而可以控制復(fù)壓閉鎖功能的自動(dòng)投退。這種方法不需要保護(hù)裝置帶有低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖退出接點(diǎn)，也不需要改動(dòng)保護(hù)裝置的程序，但是由于增加了一個(gè)中間繼電器，回路上的更改也較多，其整體可靠性和穩(wěn)定性可能不如方法（2）。具體實(shí)現(xiàn)回路如圖6所示。

（4）直接拉合低壓側(cè)母線TV的二次電壓回路空氣開關(guān)。實(shí)現(xiàn)101開關(guān)在分位時(shí)退出復(fù)壓閉鎖最簡(jiǎn)單的方法是在合701開關(guān)之前，將低壓側(cè)母線TV的二次回路電壓空氣開關(guān)拉開，此時(shí)后備保護(hù)復(fù)壓閉鎖開放，當(dāng)在死區(qū)處發(fā)生短路故障時(shí)，后備保護(hù)能夠可靠動(dòng)作。然后，在合上101開關(guān)后再將此電壓空氣開關(guān)推上，復(fù)壓閉鎖功能即可恢復(fù)。

這種方法無(wú)需改動(dòng)任何回路，操作也很簡(jiǎn)單。但是，此方法需要拉合二次電壓空氣開關(guān)，實(shí)施起來(lái)不太符合運(yùn)行操作規(guī)范。另外，在拉開該二次電壓空氣開關(guān)后，合上101開關(guān)時(shí)（此時(shí)110在合位），若在1號(hào)主變和2號(hào)主變之間短時(shí)內(nèi)出現(xiàn)沖擊環(huán)流，且環(huán)流很大時(shí)（見圖3），由于1號(hào)主變后備保護(hù)復(fù)壓閉鎖開放，過(guò)流保護(hù)會(huì)直接出口，這將造成主變后備保護(hù)誤動(dòng)和事故擴(kuò)大。而前面幾種方法無(wú)此隱患，因此，不建議采用方法（4）。

（5）增加一段過(guò)流保護(hù)定值不啟用該段復(fù)壓閉鎖[2，3]。某些情況下，尤其是變壓器短路阻抗較大且系統(tǒng)電源較強(qiáng)的情況下，低壓側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，高壓側(cè)電壓可能跌落不多，高壓側(cè)復(fù)合電壓元件也不一定能夠滿足閉鎖條件。當(dāng)主變后備保護(hù)只配置高壓側(cè)復(fù)壓元件時(shí)，也會(huì)造成保護(hù)裝置拒動(dòng)。針對(duì)這種情況，需要提出更可靠、有效的辦法來(lái)解決。從定值整定的角度來(lái)考慮，可采用增加一段過(guò)流保護(hù)的方法，即已有的過(guò)流保護(hù)啟用復(fù)壓元件按正常整定，增加的這段過(guò)流保護(hù)不啟用復(fù)壓元件并按適當(dāng)提高該保護(hù)的過(guò)流定值整定。

本例中，增加Ⅲ段過(guò)流保護(hù)，并退出其復(fù)壓元件。當(dāng)在上述死區(qū)中出現(xiàn)短路故障而造成復(fù)壓閉鎖不開放時(shí)，或低壓側(cè)出現(xiàn)短路故障而變壓器短路阻抗較大且系統(tǒng)電源較強(qiáng)造成高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖無(wú)法開放時(shí)，則在過(guò)流Ⅰ段、Ⅱ段保護(hù)經(jīng)復(fù)壓閉鎖無(wú)法出口的情況下，能通過(guò)Ⅲ段過(guò)流保護(hù)動(dòng)作不經(jīng)復(fù)壓閉鎖直接出口，可靠切除故障。而在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于過(guò)流Ⅰ段、Ⅱ段保護(hù)定值低于Ⅲ段過(guò)流保護(hù)定值，經(jīng)復(fù)壓開放，能夠率先出口動(dòng)作。這樣就可以同時(shí)解決上述死區(qū)問(wèn)題和因變壓器短路阻抗較大且系統(tǒng)電源較強(qiáng)造成高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖無(wú)法開放的問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

只有一側(cè)后備保護(hù)的配置方式在現(xiàn)行的110kV變電站主變保護(hù)中普遍存在。在充分研究復(fù)壓閉鎖的邏輯原理和具體主變后備保護(hù)裝置功能的基礎(chǔ)上，對(duì)某典型110kV變電站1號(hào)主變停電檢修后送電操作過(guò)程中出現(xiàn)的主變后備保護(hù)死區(qū)進(jìn)行了深入的分析，找出了保護(hù)死區(qū)的產(chǎn)生原因，并提出了5種簡(jiǎn)單易行的改進(jìn)方法。通過(guò)分析和對(duì)比，方法（2）所采取的措施既能夠?qū)崿F(xiàn)避免死區(qū)的功能，自適應(yīng)能力較強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也很簡(jiǎn)單，具有一定的推廣價(jià)值。方法（5）提出的定值整定方法適用于只配置一側(cè)后備保護(hù)的場(chǎng)合，同時(shí)還可以有效解決因變壓器短路阻抗較大且系統(tǒng)電源較強(qiáng)造成高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖無(wú)法開放的問(wèn)題，該方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單可靠，經(jīng)過(guò)調(diào)度部門批準(zhǔn)可以執(zhí)行。保護(hù)配置方面，繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程中指出對(duì)于單側(cè)電源雙繞組變壓器和三繞組變壓器，其相間短路后備保護(hù)宜裝于各側(cè)，該保護(hù)宜考慮能反映TA與斷路器之間的故障[1]。因此，在條件允許的情況下，應(yīng)盡量為主變的各側(cè)都安裝后備保護(hù)，可徹底解決這一保護(hù)死區(qū)問(wèn)題。

日常的生產(chǎn)工作中類似于該主變后備保護(hù)死區(qū)的情況可能會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，這從一定程度上暴露出生產(chǎn)維護(hù)工作中的保護(hù)配置和運(yùn)行操作存在的一些缺陷。在新的變電站設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，進(jìn)行保護(hù)功能配置時(shí)，很容易只考慮到正常運(yùn)行時(shí)的功能需要，而忽視了一些特殊運(yùn)行方式下的情況。運(yùn)行調(diào)度人員在編制操作票時(shí)，如果未能充分考慮到不同保護(hù)裝置在不同運(yùn)行方式下保護(hù)覆蓋范圍發(fā)生的變化，也容易造成操作缺陷。因此，在討論新投保護(hù)裝置的技術(shù)協(xié)議時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照保護(hù)規(guī)程的各項(xiàng)規(guī)定，并充分考慮到一些特殊的功能要求，比如分段備自投的檢合流閉鎖功能、3臺(tái)主變系統(tǒng)中低頻低壓減載裝置的電壓取值、110kV母聯(lián)穿越性電流對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)接線方式的影響等。保護(hù)人員對(duì)運(yùn)行操作票和保護(hù)定值的合理性也需多把關(guān)，在進(jìn)行重要操作前需要和運(yùn)行人員共同研究、完善操作流程，減小操作風(fēng)險(xiǎn)。

[1] GB/T14285－2006，繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[S].

[2] DL/T584－2007，3～110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行整定規(guī)程[S].

[3] DL/T559－94，220～500kV電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行整定規(guī)程[S].

[4] 江蘇省電力公司.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.