关于220kV主变压器高压侧断路器启动失灵保护的探讨
摘要：随着电网的日趋复杂，电网的安全性变得越来越重要，失灵保护是电网的重要保护，在220 kV 及以上电压等级电网中，按照近后备的保护配置原则，根据GB14285-93《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求，现在保护装置、继电器等制造技术的发展，其固有安全性已有了很大提高，就更应该考虑让变压器保护起动失灵保护。结合多年的工作实践经验，本文重点对220 kV 主变压器高压侧断路器启动失灵保护回路、失灵保护跳主变断路器回路、电流元件相关外敷CT 位置选择及主变代路时存在的问题进行了详细论述。
关键词：220KV；主变压器；侧断路器；失灵保护；设计
前言：根据《母线及失灵保护改进要点》的要求，“断路器失灵保护起动回路应由能瞬时复归的保护出口继电器触点，再加上能快速返回的相电流判别元件。不允许用手动跳闸继电器和断路器位置继电器来代替上述元件”，“对于变压器保护起动断路器失灵问题，可根据各地区实际情况，采用：不起动失灵；起动失灵但其中瓦斯保护出口单独分出来不起动失灵等不同处理办法。变压器保护起动失灵回路也必须设有相电流判别元件”。过去由于主变保护中电气量保护与非电量保护出口未分开，基于主变非电量保护动作触点在断路器业已跳开的情况下不能及时返回，故主变一般是不启动失灵保护的。目前，主变220 kV 侧断路器、220 kV 旁路断路器多为分相断路器，具有单相失灵的可能性。另一方面微机型变压器保护其差动、后备保护出口业已同非电量保护出口分开，这为主变启动失灵保护创造了条件。
一、主变压器启动失灵保护的措施
目前，主变压器保护按双重化微机型保护配置。一般第一套保护柜含主变保护 I＋高压侧操作箱；第二套保护柜含主变保护 II＋中低压侧操作箱；第三套保护柜含非电量、非全相及失灵启动装置。要求220 kV 侧快速返回的电气量保护可以启动失灵保护，非电量保护不启动失灵保护，非电量保护与电气量保护出口分开；启动失灵保护采用保护动作+电流判别+断路器合闸位置串联的方式，或其它方式如后文3.1 方式，保证断路器在确有失灵情况发生时启动失灵保护；保护启动后首先发解除电压闭锁信号，以此解决变压器低压侧故障高压侧断路器失灵时，220 kV 侧母线电压低不下来的问题，然后经延时跳闸；失灵保护电流判别元件取高压侧外敷CT 的相电流或零序/负序电流；旁路代路运行时，将旁路CT 接入变压器保护中，利用旁路断路器位置及旁路断路器失灵判别装置启动失灵。因此，关于变压器启动失灵逻辑回路，可由下框图1 示意。
二、主变压器启动失灵保护电流判别元件相关CT的选择
系统主接线见上 图2。目前运行的变压器起动失灵回路电流元件所选CT 有的是用1LH（主变高压侧受总外敷CT），有的是用3LH（主变高压侧套管CT）。实际上，只要分析一下不难看出：后者有运行隐患，必须更正。
假设1LH 到3LH 之间引线的D 点处发生故障，保护动作，跳各侧断路器，当中低压侧断路器跳闸成功，而高压侧断路器拒动，此时断路器失灵起动相电流元件因为用3LH，有失灵保护有可能拒绝动作。因为，只有在本变压器中性点接地运行，D 点发生接地故障的情况下，失灵起动相电流元件可能不会拒动，其他情况都将因高压侧套管电流互感器3LH 无故障电流，失灵起动相电流元件拒动造成失灵保护拒动。如果失灵起动相电流元件用1LH，则因为1LH 有故障电流通过，能保证失灵起动回路正确起动，从而失灵保护可以正确动作。显然变压器起动失灵相电流元件用3LH 会形成变压器引线段的失灵保护死区。 由上述分析可见，变压器起动失灵相电流元件只能是用1LH，这个观点是显见的。
三、代路变压器启动失灵相关回路的设计方案
1、正常运行时启动回路及解除复压回路的设计
一般为避免电流触点粘连造成失灵保护误动作，故在变压器启动失灵直流回路中应考虑防止误动作措施，如CSC-122 串入断路器位置触点或如 图3 所示PST-1200 系列利用保护柜I、II 动作触点开入给保护柜III 启动失灵装置，启动失灵装置经电流判断后开出一副触点，该触点再串联保护柜I、II出口继电器另外的触点完成启动失灵如 图4。主变启动失灵装置第一时间解除失灵保护复压闭锁回路如下图5 所示。
2、跳闸回路的分析
首先，考虑到变压器受总断路器多为三相联动断路器或非全相保护由机构自身实现，如断路器机构自身不能实现，需要断路器保护来实现非全相保护则需将非全相出口出来，为此操作箱应具备非全相专设跳闸回路，或经STJ 跳闸，回路编号由R33 改为F33，该回路不启动失灵保护。
其次，考虑到高压侧系统故障，变压器后备保护（如零序保护）跳高压侧断路器，而高压侧断路器失灵，失灵保护应远跳闸变压器中低压侧断路器，才能将故障隔离。所以一旦变压器启动失灵，则要求失灵保护同时跳主变三侧。为此在不增加失灵保护出口数量的前提下，可以将失灵保护跳主变回路接至变压器非电量启动回路中，如上图6 所示。将继电器出口定义为跳主变各侧断路器。失灵保护根据《反措》要求应跳断路器双跳圈，当失灵保护与母差保护共用出口时，此时母差保护也经非电量出口跳闸。现在的情况是，220 kV 母差或失灵保护跳变压器受总时都只跳高压侧断路器，中低压侧断路器由分段或母联断路器自投装置实现跳闸。那么，当中低压侧并列运行时，中低压侧只能依靠有灵敏度的后备
保护跳闸。如果母差跳变压器接至非电量跳闸启动回路，这样当上图2 所示 E 点发生死区故障，母差动作可以加速跳主变其他侧断路器，这是失灵保护经非电量跳闸的又一利好。以RCS-915 为例，失灵保护跳主变回路如上图 6 所示。
3、旁路代路回路的设计
考虑到变压器即使在代路时其相关非电量失灵启动装置也需要投入运行，笔者设计方案为由旁路断路器启动失灵装置判断旁路断路器是否失灵并完成相应启动失灵工作，由变压器启动失灵装置完成解除失灵保护复合电压闭锁功能更为合适。具体来说，对于具有代路可能的主变压器断路器其启动失灵方案为：
（1）旁路代路运行时，旁路断路器、变压器断路器启动失灵装置同时投入；
（2）将旁路CT 接入变压器保护中，数字式变压器保护各CT 二次在开关场接地；
（3）用变压器启动失灵装置第一时限完成解除复压，如上图5 所示。
（4）将旁路断路器位置接入旁路断路器启动失灵装置中；
（5）用旁路断路器启动失灵电流判别触点串接旁路断路器操作箱TJR 触点及旁路断路器位置触点启动失灵保护；
（6）增加主变非电量跳旁路回路，非电量跳旁路时增加一回路，由旁路断路器操作箱不启动失灵的跳闸继电器或者STJ 完成；
（7）旁路断路器非全相保护宜由操作机构实现，如果机构不能实现，非全相跳闸应接
入操作箱内不启动失灵的跳闸继电器或者STJ。
上述方案的特点是概念清晰，只有主变压器启动失灵时去解除失灵保护复压闭锁功能，任何断路器失灵都由自身保护启动失灵，符合失灵保护按断路器配置原则；无需人工干预旁路间隔隔离开关位置，适应于各种形式的失灵保护装置；按照（5）配置旁路断路器启动失灵回路如下图7 所示，代线路时利用旁路保护出口触点启动失灵，代主变时利用TJR 触点启动失灵（本质上就是利用了变压器电气量保护动作触点）。尽管在旁路断路器带线路断路器时增加了断路器位置的控制环节，但是考虑到回路可靠性及失灵保护时间的要求，如此设计带来的影响微乎其微，却可以彻底完善旁路启动失灵回路。
图7 旁路断路器启动失灵回路
四、结束语
综上所述，本文给出了变压器正常运行时及旁路代路运行时主变启动失灵的解决方案符合国家相关设计、运行规程及国家电网反措要求；由于断路器启动失灵按断路器运行与否进行投退，概念清晰，便于运行人员防止操作。并且主变代路时，对主变保护柜 III 上解除复压闭锁压板无需操作，减少了运行人员操作项目。该方案已在多个220 kV 变电站主变启动失灵改造工程中加以应用，运行结果完全符合设计要求，值得推广。
参考文献：
【1】叶文德. 主变保护启动失灵电流回路的探讨[J]. 电力系统保护与控制，2008
【2】是晨光，陈晓强. 主变压器220kV 断路器失灵保护的探讨[J]. 电网技术，2006
【3】王梅义. 电网继电保护应用[M]. 北京：中国电力出版社，1999.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
