3／2接线电流互感器优化布置的继电保护改进新方法

3／2接线电流互感器优化布置的继电保护改进新方法

李淑珍 

（国家电投集团江西电力工程有限责任公司景德镇分公司）

摘要：“3／2接线”的主要优点：可靠性高、运行灵活性好、操作检修方便，特别适宜于500KV以上的超高压、大容量系统中，但使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，投资较大，二次控制回路接线和继电保护都比较复杂，并有保护死区等缺点。在目前的许多工程中，电气主接线中电流互感器二次绕组配置的方案普遍存在影响系统运行安全和扩大事故范围的隐患。下面对3／2接线电流互感器的布置情况进行相应的分析，从而提出3／2接线互感器优化布置的继电保护改进新方法。

关键词：3／2接线；互感器；优化布置；继电保护；改进方法

“一个半断路器接线”，它是由两个元件（线路或发变组）引线用三台断路器接往两组母线组成一个半断路器接线，每一回路经一台断路器接至母线，两回路间设一联络断路器形成一串，又称二分之三接线方式。“3／2接线”运行时，两组母线和同一串的断路器都投入工作，称为完整串运行，形成多环装供电，具有较高的供电可靠性和运行灵活性。任一母线、断路器故障或检修，均不致引起停电；甚至两组母线同时故障（或一组检修时另一组故障）的极端情况下，功率仍能继续输送。运行方便，操作简单，隔离开关只在检修时作为隔离电器。该接线目前在大容量电厂中已被广泛采用。特别适宜于500KV以上的超高压、大容量系统中，但使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，投资较大，二次控制回路接线和继电保护都比较复杂，并有保护死区等缺点。

3／2接线电流互感器如安排不当，将扩大保护死区，造成保护动作开关跳闸后，故障不能有效切除，需通过带有延时失灵(死区 )保护切除故障，不但扩大了事故跳闸范围，且因失灵保护切除故障带有延时，对系统稳定极为不利，有必要对电流互感器优化布置问题进行探讨和研究。

一、基于电流互感器配置的继电保护问题

3/2断路器接线方式，即 3台断路器串联而形成一串， 其两端分别接于两条母线，其中每两台断路器之间可引出一条连接至负载或变压器的线路，每条线路各占一个半台断路器。 根据继电保护的要求与现场实际，3/2接线每串中通常可装设3~6组电流互感器而形成不同的保护配置方案。 当电流互感器数量配置较少时， 存在主保护覆盖不到的范围，即存在保护死区；当电流互感器配置数量足够、消除保护死区的同时，又会造成部分区域同时处于多个主保护的保护范围内，从而造成故障时切除停电范围扩大的问题。

二、3／2接线电流互感器优化布置的状况分析

（一）保护死区的存在及故障分析

500kV配电装置双侧电流互感器二次绕组的常见错误接线，在Fl、F2、F3点发生故障 的时候（既TA绕组内部故障），以Fl点为例，故障在线路1主保护的动作范围之内， 此时应由线路保护 动作跳5021断路器和5022断路器， 若5022断路器正确动作，而502l断路器失灵，由于 502l断路器失 灵保护用绕组5TA由于在故障点的外侧因而无法感受到故障电流而拒动，使不能由断路器失灵保护切除的故障范围扩大。

（二）保护用电流互感器类型的选择

TPY级电流互感器的铁芯设置了一定的非磁性间隙，而且其剩磁不大于饱和磁通的0．1倍，采用以上措施后。可防止短路时TA的铁芯饱和导致在一次传变过程的准确性受破坏，防止保护在暂态过程中发生误动。主变差动保护各侧采用这种电流互感器。可以减少外部短路时的不平衡电流，但TPY级互感器尽管暂态特性良好但是衰减时间较长，容易造成电流判别元件返回时间较长，对要求电流判别元件动作返回均快的保护并不适用。

TPS级为低漏磁电流互感器，无剩磁通限值，适用于对复归时间要求严格的断路器失灵保护电流检测元件。

P级是按稳态条件设计，暂态特性较弱，~n5P30级．其意义是该互感器为保护用时在一次侧流过3O倍的额定电流时，该互感器综合误差不大于5％。

（三）保护用电流互感器二次绕组配置的原则

电流互感器二次绕组的配置应满足DL／T866—2004(电流互感器和电压互感器选择及计算导则》的相关要求。

500 kV线路保护、母差保护、断路器失灵保护用电流互感器二次绕组推荐配置原则：500 kV线路、主变保护宜选用TPY级；母差保护可根据保护装置的特定要求选用适当的电流互感器；断路器失灵保护可选用TPS级或5P级等二次电流可较快衰减的电流互感器。不宜使用TPY级。

同时应注意的是电流互感器二次绕组的特性需与保护相匹配，差动保护用电流互感器特性尽可能一致，不同互感器的变比尽可能成整数倍，以减少不平衡电流。

为防止主保护存在动作死区，两个相邻设备保护之间的保护范围应完全交叉；同时应注意避免当一套保护停用时，出现被保护区内故障时的保护动作死区。当线路保护或主变保护使用串外电流互感器时，配置的T区保护亦应与相关保护的保护范围完全交叉。

为防止电流互感器二次绕组内部故障时，本断路器跳闸后故障仍无法切除或断路器失灵保护因无法感受到故障电流而拒动，断路器保护使用的二次绕组应位于两个相邻设备保护装置使用的二次绕组之间。

三、3／2接线互感器优化布置的继电保护改进新方法

（一）电流互感器优化配置方案分析

对3/2接线电流互感器配置数量与死区及故障切除范围扩大的问题分析可以总结， 随着串上电流互感器配置数量的增加，保护死区数量在减少， 但同时故障切除时导致停电范围扩大的区域也在增加，没有兼顾继电保护的速动性与选择性。

国家电网公司 18项电网重大反事故措施要求当采用 3/2、4/3、角形接线等多断路器接线形式时，应在断路器两侧均配置电流互感器。 因此，对于新建的变电站， 在有条件的前提下可采用罐式断路器； 对于已建成的采用敞开式断路器的变电站， 若加装柱式电流互感器受制于场地限制，也可考虑通过加装全光纤电流互感器等方法进行改造。 以上方法可以有效消除保护死区，但会增加切除故障时导致停电范围扩大的区域。

（二）串断路器保护方案设计

增加TA配置后3/2接线保护方案同时也增加了切除故障时停电范围扩大的可能性。 针对此种情况，本文提出了增加串断路器保护装置解决切除故障时停电范围扩大的新方法，该方法利用单串内断路器两侧电流信息与线路保护相配合，站内断路器两侧电流信息与母线保护相配合，实现了对串内故障的准确定位，从而避免了故障时切除范围扩大的问题。

以 3/2接线典型串 6TA 保护配置为例， 增加串断路器保护装置后的站内保护配置。构建串断路器保护装置，将单串内每个断路器两侧的电流信息输入其中并组成差动保护。串断路器保护装置判断结果以开入量形式送至该串相关的线路保护、变压器保护和母线保护。 上述开入内容线路保护、变压器保护及母线保护闭锁与否的逻辑信号。采用本方案对该种情况下的保护配置进行灵活改进，可有效解决保护死区及停电范围扩大等问题。

四、结束语

“3／2”接线电流互感器优化配置对继电保护有重要作用。“3／2接线”是当下各种大型的发电厂或者变电站超高压配电装置广泛采用的一种接线方式，“3／2接线”这一接线方式主要有具有很强的实用性、运用起来比较便利简单的优势。。此接线方式虽具有较高的可靠性，但也存在二次回路接线复杂，保护死区多等缺点。在目前的许多工程中，电气主接线中电流互感器二次绕组的配置方案普遍存在影响系统运行安全和扩大事故范围的隐患。因此，在进行3／2接线互感器优化布置的继电保护改进时，要从接线互感器的选择以及互感器的优化布置的原则两个方面案例进行改进。可以有效解决保护失区及电范围扩大等问题。