基于3/2接线数字采样继电保护的死区问题分析

基于3/2接线数字采样继电保护的死区问题分析

刘文斌

（国网延边供电公司吉林省延吉市133000）

摘要：近十年智能变电站在我国电力系统中被广泛使用，呈跨越式发展。由于其未经充分试运行即被迅速推广，早期设计经验不足造成的缺陷在不断暴露。本文针对数字采样继电保护装置应用于3/2接线设计存在的保护死区问题进行分析，并提出解决方案。希望能够推动我国继电保护事业的发展，提高电网暂态运行的稳定性。

关键词：智能变电站；3/2接线；继电保护；数字采样；保护死区

0引言

目前国内广泛普及智能变电站，但由于合并单元、智能终端以及光纤传输通道的引入使用，导致继电保护装置采样以及动作跳闸的时间较常规变电站滞后了5ms~10ms，造成继电保护装置速动性这一基本性能降低了6%至25%，同时也影响了电网在故障状态下的暂态稳定性。2015年，经国家电网公司各部门多次会议研究决定，智能变电站内330kV及以上电压等级和涉及稳定问题的220kV及以下电压等级，继电保护装置采用模拟量采样，取消合并单元及相应的SV网络。但是，智能变电站内不涉及系统稳定的220kV及以下电压等级母线采用3/2接线，且继电保护装置采用数字采样模式时，存在保护死区问题。虽然文献[1]没有220kV及以下电压等级母线采用3/2接线的方案，但国家电网公司未明文禁止220kV及以下电压等级母线使用3/2接线。所以，智能变电站内不涉及系统稳定的220kV及以下电压等级母线采用3/2接线设计，数字采样继电保护装置在哪些运行状态下存在保护死区是需要分析和解决的问题。

1目前电流互感器绕组配置

智能变电站3/2接线数字采样模式下，由于合并单元的使用，减少了电流互感器二次绕组的配置。以双重化配置的继电保护装置需求为例，供继电保护装置使用的二次绕组，由常规变电站边、中、边断路器间隔电流互感器均配置5个，减少至2个，即针对每个断路器间隔SV的A、B网分别仅需电流互感器的一个绕组供继电保护装置使用。通常为图1中的TA3、TA4、TA5、TA6（或TA7、TA8）、TA9、TA10，布置在断路器一侧。就边断路器间隔而言，母线保护和线路（或变压器）的保护共同使用一个绕组；就中断路器间隔而言，两个线路（或变压器）的保护共同使用一个绕组；没有交叉保护范围。

图1智能变电站3/2接线数字采样模式下保护用电流互感器配置示意图

2保护死区问题分析

2.1边断路器间隔死区问题分析

按目前配置，当在DL1与TA3之间发生故障时，L1线路（或变压器）保护判断为区外故障，不动作；M1母线保护判断为区内故障，动作跳M1母线上的所有断路器。但L1及DL2继续向故障点提供电流，此时只能靠DL1的断路器失灵保护延时动作跳DL2和L1对侧的断路器，无法实现快速动作。

若DL1断路器间隔电流互感器的二次绕组布置在TA1、TA2的位置，当在DL1与TA2之间发生故障时，M1母线保护判断为区外故障，不动作；L1线路（或变压器）保护判断为区内故障，动作跳DL1、DL2和L1对侧断路器。但M1母线上的其它支路继续向故障点提供电流，此时只能靠DL1的断路器失灵保护延时动作跳M1母线上的其它断路器，也无法实现快速动作。

若DL1断路器间隔电流互感器的两个二次绕组分别布置在DL1的两侧，即TA2和TA3的位置。当在DL1与TA2（或TA3）之间发生故障时，使用TA2的L1线路（或变压器）保护和TA3的M1母线保护将正确动作，使用TA2的M1母线保护和TA3的L1线路（或变压器）保护将拒动。此时，若用于采集TA2（或TA3）电流的合并单元异常，将分别出现上述两段中论述的保护死区问题。

2.2中断路器间隔死区问题分析

按目前配置，电流互感器二次绕组在边断路器一侧布置，以布置在TA5、TA6的位置为例，当在DL2与TA6之间发生故障时，L1线路（或变压器）保护判断为区外故障，不动作；L2线路（或变压器）保护判断为区内故障，动作跳DL2、DL3和L2对侧断路器。但L1及DL1继续向故障点提供电流，此时只能靠DL2的断路器失灵保护延时动作跳DL1和L1对侧的断路器，无法实现快速动作。

若DL2断路器间隔电流互感器的两个二次绕组分别布置在DL2的两侧，即TA6和TA7的位置。当在DL2与TA6之间发生故障时，使用TA6的L2线路（或变压器）保护和TA7的L1线路（或变压器）保护将正确动作，使用TA7的L2线路（或变压器）保护和TA6的L1线路（或变压器）保护将拒动。此时，若采集任一电流互感器二次绕组电流的合并单元异常，都将出现上段中论述的保护死区问题。

3解决方案

3.1避免采用3/2接线

3/2接线具有可靠性高、运行灵活性好、操作检修方便的优点，在220kV以上电压等级广泛应用。但投资成本高、继电保护装置配置复杂，在220kV及以下电压等级使用较少。加之上述分析的死区问题，建议智能变电站内不涉及系统稳定的220kV及以下电压等级母线避免采用3/2接线。

3.2恢复电流互感器绕组数量

由于合并单元及SV网络的使用，使多套保护装置均可从源端采集一个电流互感器绕组，减少了电流互感器二次绕组数量。同时，也使各保护间失去了交叉保护范围。经过上文对当前设计的分析，其存在不可避免的保护死区问题。当电力系统有相关需求，需要智能变电站内不涉及系统稳定的220kV及以下电压等级母线采用3/2接线时，建议数字采样继电保护装置使用电流互感器二次绕组数量依然遵循常规采样的配置，即边、中、边断路器间隔电流互感器均配置5个二次绕组，线路（或变压器）保护装置和母线保护装置使用的电流互感器二次绕组应分别布置在断路器两侧。同时，建议供线路（或变压器）保护、母线保护装置使用的每个电流互感器二次绕组均配置一套合并单元，供断路器失灵保护装置使用的电流互感器二次绕组配置两套合并单元，避免任一合并单元异常造成多套保护装置退出时可能出现的保护死区问题。

4结语

本文针对目前数字采样继电保护装置应用于3/2接线的设计，通过举例分析各种死区故障时各继电保护装置的动作行为和它们之间的配合关系，得出当前设计思路存在的缺陷。提出智能变电站不应盲目减少电流互感器二次绕组的建议，为220kV及以下电压等级电力系统的暂态稳定运行提供有力保障。

参考文献：

[1]刘振亚主编.国家电网公司输变电工程通用设计110（66）~750kV智能变电站部分[M].郑宝森，陈月明等.2011年版.北京：中国电力出版社，2011.

[2]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3]曹团结，黄国方.智能变电站继电保护技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2013.

作者简介：

刘文斌（1986—），男，本科，工程师，主要研究方向：继电保护运行及整定计算。