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双母线接线失灵保护优化设计
作者：陈奇 彭世宽
来源：《科学与财富》2011年第10期
[摘 要] 失灵保护误动影响大、涉及范围广，为提高失灵保护正确动作率。本文针对目前失灵保护存在的问题，对双母线接线失灵保护启动回路及失灵电流判别逻辑进行了优化，以规范失灵保护启动回路，减少失灵保护误动几率，提高电网运行可靠性。 [关键词] 双母线 失灵保护 电流判别 0、引言
国家电网公司企业标准Q/GDW 161-2007《线路保护及辅助装置标准化设计规范》和Q/GDW 175-2008《变压器保护、高压并联电抗器保护及辅助装置标准化设计规范》（以下简称六统一标准化设计）相继于2007年和2008年发布并实施。规范中对失灵保护及其相关回路进行了较大更改，本文结合规范详细阐述了失灵保护优化设计方案。 1、传统失灵启动回路及存在的问题 1.1传统失灵启动回路
为了防止失灵保护误动作，传统失灵启动回路采用保护动作接点与失灵电流判别接点串联的方案。对于电磁性继电保护，电流判别功能往往由独立的过流继电器实现；对于微机型继电保护，只是将传统的过流继电器简单地进行微机化而已，并没有从根本上对失灵保护电流判别逻辑进行优化处理，这也就造成了为微机化而微机化。而微机化的失灵保护，也仅仅在装置内部增加了简单的启动元件而已。这也是虽然微机保护已经大量应用在电力系统中，但是失灵保护的误动作率一直居高不下的主要原因。传统线路保护和变压器保护启动失灵如图1和2所示。
图1 线路保护启动失灵示意图 图2 变压器保护启动失灵示意图 1.2传统失灵启动回路存在的问题
从上图可以看出，失灵电流判别装置独立配置存在如下问题：
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1）增加了投资建设成本。每个线路和变压器支路都要配置一台失灵电流判别装置，同时为了提高失灵保护的可靠性，每个支路还应提供一组独立的CT二次绕组供失灵电流判别用。 2）增加了失灵启动回路的复杂性。由于采用保护动作串电流的失灵启动方案，每个间隔双重化配置的保护均应与失灵电流判别装置采用硬接线方式连接。同时线路保护采用按相启动失灵方案，回路接线复杂，降低了失灵保护的可靠性。
3）增加了失灵保护误动的几率。由于失灵电流判别装置独立配置，最终执行跳闸逻辑的失灵保护收到启动失灵开入后，经过较短延时即完成跳闸功能。当存在误启动失灵开入时，失灵保护极易误动作。
2、取消独立失灵启动装置的可行性
传统失灵启动装置主要实现失灵电流判别功能、三相不一致保护功能、充电过流保护功能。为了节约投资、减少启动失灵的中间环接，提高失灵保护的可靠性，六统一标准化设计取消了独立配置的失灵启动装置，将其他功能整合到相关设备中，具体实现方案如下： 1）将失灵电流判别功能整合到失灵保护装置内。遵循最终跳闸应判电流的原则，失灵保护在执行跳闸逻辑时，增加电流鉴别功能，可显著提高失灵保护的可靠性。采用集成母差和失灵保护功能一体的保护装置，母差和失灵保护共用输入、输出回路，每个支路不再提供一组独立的CT二次绕组供失灵保护用，不仅节约了投资，而且简化了输入输出回路，提高了保护可靠性。
2）将断路器三相不一致保护功能下放至断路器本体。断路器三相不一致保护放在保护装置或断路器本体机构都可能有一些问题，由于各地的具体情况和管理模式不尽相同，存在的问题也不同。但是，从简化保护二次回路而言，要求分相操作的断路器本体机构具有三相不一致保护功能是合理的。同时，也要对本体机构的三相不一致保护功能的提出明确技术要求和技术指标，并通过加强管理来进行监督。对于一些特殊的地区和特殊的情况可以酌情特殊处理。 3）取消各支路的充电过流保护功能。线路支路独立配置的充电过流保护装置主要用于新线路投运时，由于所有设备（包括线路保护、电流互感器、电压互感器等）均为新设备，作为线路空充或带负荷试验的临时性保护。为了防止充电过流保护误动作，线路正常运行后，必须可靠退出此保护。此保护属于典型的临时性保护，使用率极低。当线路不设此保护后，可采取如下措施：在运行方式允许的条件下，将新建线路所在母线的其他支路倒换到另外一条正常运行母线上。通过母联断路器与线路断路器串联充电，实现此功能。即用母联充电过流保护代替线路充电过流保护。
综上所述，取消独立配置的失灵电流判别装置无论从经济性、可靠性、还是技术性上都是可行的。基于上述原则，六统一标准化设计明确要求各间隔不再配置独立的失灵启动装置。 3、优化后的启动失灵回路
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优化后的启动失灵回路如图3和4所示。 4、失灵电流判别逻辑的优化方案
失灵电流判别元件作为鉴别故障情况下线路或变压器保护动作、相应断路器失灵的重要环节，其逻辑的合理与否直接关系到失灵保护的可靠性
按文献[1]的相关要求“失灵保护的判别元件一般应为相电流元件；发电机变压器组或变压器断路器失灵保护的判别元件应采用零序电流元件或负序电流元件。对220kV～500kV分相操作的断路器，可仅考虑断路器单相拒动的情况”，其具体逻辑如图5所示。
由于我国220kV以上电压等级线路大部分都采用单相重合闸方式，配置分相操动机构的断路器，当仅考虑单相失灵时，用相电流元件一般能满足整定要求；而发电机变压器组或变压器由于本身短路阻抗比较大，为了提高电流判别元件的灵敏度采用负序电流或零序电流元件。按照文献[4]的要求：“失灵保护相电流判别元件的整定值，应保证在本线路末端金属性短路或本变压器低压侧故障时有足够灵敏度，灵敏系数大于1.3，并尽可能躲过正常运行负荷电流。”对于重负荷长线路，当需要保证线路末端单相故障有灵敏度时，难以躲过负荷电流。实际上躲负荷电流和满足灵敏度的要求，这两个条件很难同时满足，也是一直困扰广大继电保护工作者的一大难题。当两者之间很难兼顾时，应以保灵敏度优先，因此正常运行时，相电流元件将长期开放，当存在失灵误开入时，失灵保护极容易误动作。为了很好地解决此问题，本文提出了如下解决方案：
各线路支路共用电流定值，各变压器支路共用电流定值；线路支路采用相电流、零序电流（或负序电流）“与门”逻辑；变压器支路采用相电流、零序电流、负序电流“或门”逻辑。如图6和7所示。
该方案的主要优点如下：
1）对分相操作的断路器，可仅考虑断路器单相拒动的情况。对于线路支路，为了防止单相重合闸过程中或电气量的三相不一致保护动作后可能导致的失灵保护误动作，采用相电流、零序电流（或负序电流）“与门”逻辑，这样，相电流就可以整定得很小，是一个“有无电流”的概念，可以用每一个支路的二次电流的0.05In来作为免整定的定值，负序电流和零序电流按躲过最大不平衡电流整定，与变压器支路共用。
2）变压器是三相跳闸的支路，只要有故障电流就表明是断路器失灵，所以可采用相电流、零序电流、负序电流“或门”逻辑。但考虑到变压器启动失灵要解除电压闭锁，而正常运行时也有负荷电流，为了防止失灵启动误开入导致误动，相电流在保证三相故障有灵敏度的情况下，尽量躲过最大负荷电流整定，保护装置内部宜设置免整定的相电流突变量元件，作为三相失灵动作的必要条件，增加三相失灵动作的安全性。