陈昊;邓广静;王玉荣;孟玮
【摘 要】500 kV变电站35 kV侧接线方式有多种，投运较早的500 kV变电站35 kV电抗器间隔常采用断路器后置式接线方式。这种接线方式虽在一定程度上节省了成本，但同时造成了二次上的一些问题。结合华东地区500 kV某变电站一起35 kV电抗器故障实例，分析了由于断路器后置式接线方式所引起的二次问题，包括故障相判别错误、相邻电抗器间隔低电流保护误动、保护持续动作不返回。最后针对上述问题提出了相应的应对措施。%Several types of wirings at the 35 kV side are carried out in the practical 500 kV substations. Breaker rear-wiring is often adopted in the 35 kV reactors intervals of 500 kV substation which was put into operation earlier. This type of wiring can save cost to some degree. However, it can cause secondary side problems. Based on a practical instance of 35 kV reactor failure in a 500 kV substation in East China, the secondary side problems, including failure of fault phase selection, misoperation of undercurrent protection and no-returning after protection operation, caused by the breaker rear-wiring are analyzed. Finally, the corresponding countermeasures are provided. 【期刊名称】《电力系统保护与控制》 【年(卷),期】2014(000)018 【总页数】5页(P122-126)
【关键词】电抗器;断路器后置式;低电流保护;选相逻辑
【作 者】陈昊;邓广静;王玉荣;孟玮
【作者单位】江苏省电力公司检修分公司，江苏 南京 210000; 东南大学电气工程学院，江苏 南京 210096;江苏省电力设计院，江苏 南京 211012;东南大学电气工程学院，江苏 南京 210096;江苏省电力公司检修分公司，江苏 南京 210000 【正文语种】中 文 【中图分类】TM77
500 kV变电站低压侧常配置并联电抗器，35 kV电抗器和35 kV电容器组配合以调节变电站的无功功率[1-4]。目前华东地区500 kV变电站低压侧电抗器间隔接线方式主要有三种类型。其中，早期投运的500 kV变电站，35 kV电抗器经常选用断路器后置式接线。这种接线方式优点在于可以选用轻型的断路器，节约了设备成本，同时亦在一定程度上节约了一次现场场地空间，故在2000年以前投运的500 kV变电站中多有采用。但是也应该看到，这种接线方式在拥有上述优点的同时亦有其代价。当电抗器发生故障[5-9]时，后置式接线有可能导致二次（主要是继电保护）上的一些问题，引起现场工作人员判断困难。目前文献中对此类问题的讨论较少，对接线方式对保护动作行为影响的研究尚不充分。本文以华东地区一起35 kV电抗器故障为例，分析了后置式接线对继电保护的影响，并提出了相应的事故应对措施。
考察华东地区500 kV变电站低压侧电抗器间隔接线方式，可发现35 kV断路器配置方式大体可分为三类。 1.1不设35 kV总断路器
这种方式低压侧不设35 kV总断路器，而在各个35 kV电抗器间隔配置断路器，如图1。
其优点在于，降低了投资，节约了一次场地空间，当电抗器发生故障时，跳本间隔断路器，隔离故障。由于不设置35 kV总断路器，如电抗器发生故障且跳本间隔断路器失败或发生35 kV母线故障[10]，则有可能由主变保护跳开变压器各侧断路器，此时500 kV主变将退出运行。近年投运的500 kV变电站基本都采用这种方式。 1.2 设35 kV总断路器且电抗器断路器前置
这种方式低压侧设35 kV总断路器，且在各个35 kV设备间隔配置断路器，断路器靠近35 kV母线，如图2。
该方式安全性较高，电抗器故障时，跳开本间隔断路器隔离故障，万一跳本间隔断路器失败，还留有跳35 kV总断路器的余地，主变500 kV侧和220 kV侧受35 kV侧故障波及的概率很低。其缺点在于较方式一增设了一台断路器，增加了投资。此外，占用一次场地空间较大。
1.3 设35 kV总断路器且电抗器断路器后置
这种方式低压侧设35 kV总断路器，且在各个35 kV设备间隔配置断路器，电抗器靠近35 kV母线，断路器远离母线，如图3。
该方式的优点在于后置断路器可以采用轻型断路器，降低了投资，亦稍有助于节省一次场地空间。当电抗器发生故障或35 kV母线故障时，直接跳主变35 kV总断路器。电抗器间隔断路器只在平时起操作电抗器的作用。这种方式在华东地区早期上投运的500 kV变电站中常有应用。在实际运行中，这种接线方式保护的配置方式存在隐忧，在一定条件下电抗器低电流保护存在不正确动作的可能。
如图3的接线方式，由于CT安装在电抗器负荷侧，远离母线，电抗器保护配置常常使用低电流保护（有些文献称作欠电流保护）。一般情况下，35 kV电抗器发生故障，流进电抗器间隔CT的电流会有所降低，低电流保护能通过跳35 kV总断路器将故障隔离，使故障不危及500 kV主变。实际运行中某些特定情况下，这
种方式未必尽善。以早期500 kV站常配的某典型低电流保护为例[11]，分析一下35 kV故障发生时可能出现的二次问题。 2.1低电流保护故障相别指示问题
该电抗器保护早期版本（R1.02.1）的低电流保护判相逻辑存在缺陷，有导致故障相别指示错误的可能。
其判相逻辑为：取三相电流的最小相电流的Xset倍（如1.25倍）为基准，各相电流与之相比，低于此值的相别判为故障相。
这种选相逻辑在理想情况下应能报出故障相，但实际应用中存在问题，如发生电抗器AB相间故障，尾端CT的A相电流极低，B相电流亦低，但大于最小相电流的Xset倍，此时判相逻辑只报出A相有故障，而不能报出B相故障。只要电流最小相和其他故障相电流差距较大，其他故障相的信息必然被掩盖，可能给现场人员故障相判断增加困难。
2.2 相邻非故障电抗器间隔保护误动作问题
由低电流保护的动作逻辑可知，保护动作取决于保护感受到的流经CT的电流。当如果是相邻电抗器间隔或其他地方发生故障，故障电流流向故障点。此时，35 kV母线的电压通常会减低，流经本35 kV电抗器间隔CT电流可能减小甚至低于低电流保护定值。此时该间隔配置的低电流保护将误判为本间隔故障，保护动作跳开35 kV总断路器。
该问题是由于断路器后置接线方式下低电流保护动作原理不完善造成的，此问题出现概率不低，华东地区某500 kV站2012年就发生过两起非故障电抗器间隔保护感受到流经CT电流变小而动作的案例。 2.3 低电流保护持续动作不返回
电抗器保护（或主变后备保护）动作切除35 kV总开关后，经常会出现电抗器低电流保护一直保持在动作状态，长时间不返回，常被现场变电站运维人员列为疑点。
低电流保护采用断路器位置闭锁，如果电抗器保护装置接收到的跳闸位置变为“1”，低电流保护动作才满足返回条件。但是由于电抗器保护装置的操作回路接入的是电抗器间隔的后置的断路器，而不是500 kV变压器35 kV侧的总断路器。当故障电抗器低电流保护动作之后，即使35 kV总断路器成功跳开，但电抗器间隔断路器仍处于合位，因此低电流保护仍然持续动作而不能返回。直到后置式断路器断开后，电抗器低电流保护才能得以返回。
实践经验证明，电抗器选用断路器后置式接线配置，1，3两条缺陷都有其必然性，第2条在不利条件下亦会发生。下面结合一起华东地区某500 kV变电站35 kV电抗器故障实际案例，分析后置式接线方式可能存在的问题。 3.1 故障经过
华东地区某500 kV变电站#2变35 kV侧#3电抗器发生B相故障（开裂的包封绝缘遇雨发生匝间短路并起火），后A相电抗器支柱瓷瓶发生雨闪，故障发展为AB相故障，相间故障持续120 ms后，C相引线支柱瓷瓶闪络，故障发展成三相故障，三相故障持续480 ms后，#2变#2电抗器保护和#2变#3电抗器保护的低电流保护、#2变保护后备保护均动作，跳开变压器35 kV侧总断路器3520。 #2变#2电抗器保护、#3电抗器保护的配置均为南瑞继保的RCS-9647，#2变主变保护为国电南自的PST1201。
B相单相故障时期，主变后备保护、电抗器保护均不反应该故障，故未启动。故障发展为AB相间故障时主变保护、电抗器保护启动，主变低压侧过流保护、电抗器保护延时均整定为0.6 s，在这段时延期间，相间故障进一步发展为三相故障，低压侧过流保护跳35 kV侧断路器3520，总延时亦与整定延时0.6 s一致。 3.2 故障间隔电抗器保护动作行为分析
电抗器保护装置拥有一段经跳闸位置闭锁的低电流保护（定值为0.43 A，0.6 s）。其逻辑如图4所示。
由图4可知，在满足TWJ要求和无CT断线闭锁条件的前提下，当某相电流低于定值且满足低电压解锁要求时，低电流保护将延时跳闸。
#2变#3电抗器为故障点所在，由于保护CT装在负荷侧，当电抗器内部相间故障后，电抗器保护感受到的电流减小，#2变#3电抗器保护低电流保护经延时0.6 s动作。#2变#3电抗器保护装置报文如下（已折算成相对时间）： 0000 ms 启动
0608 ms IAC 0.05 A 低电流保护动作 173116 ms IABC 0.00 A 低电流保护动作
报文记录整组起动后延时608 ms低电流保护动作，相别显示为AC相。易见，此时电抗器保护故障相判别出现了错误，本次故障并没有经历AC相间故障过程，而且报文时间和三相故障发生时间也无法对应。
调取#2变#3电抗器装置的录波（如图5），从波形上来看，装置起动时AB相电压出现了明显的降低，这与主变保护的录波记录是一致的。整组起动时A相电流降的最多，使用波形分析软件观察，三相电流有效值分别为：A相0.2 A，B相0.66 A，C相0.8 A。0 ms 启动时刻A相电流低于低电流保护定值0.43 A。保护将延时0.6 s动作。
608 ms时刻保护动作，此前已发展成三相故障，本应报三相故障。但是基于2.1节讨论可知，尽管从录波上来看低电流保护动作时三相电流都极小，均远远低于定值保护。由于该版程序的选相逻辑问题，Ia最小几乎为零，Ib在数值上相对略大，所以以Ia幅值的某个倍数判断故障相，因此将三相故障误报为AC相故障。 等到最后流过C相CT的电流进一步变小（三相电流同时为零），保护方判出为三相故障，保护最后报出三相故障亦得到了解释。 3.3 非故障间隔电抗器保护动作行为分析
与故障间隔相邻的#2变#2电抗器的保护配置与故障间隔#3电抗器保护配置相同。
#2变#2电抗器保护低电流保护也经延时0.6 s动作。#2变#2电抗器保护装置报文如下（已折算成相对时间）： 0000 ms 启动
0615 ms IBC 0.04 A 低电流保护动作 174538 ms IABC 0.00 A 低电流保护动作
#2电抗器间隔本身没有故障，其保护动作存在问题，且给出了错误的故障相别，需结合录波文件作进一步分析。#2变#2电抗器动作波形如图6所示。
#2变#2电抗器和#2变#3电抗器并联在同一段母线上。由图6可知，#3电抗器发展到相间故障阶段时，#2电抗器保护起动，AB相电压出现了明显的降低，其电压变化和图5中的AB相电压可以相互印证。此时，流经#2电抗器的电流也在显著变小。其中B相电流降的最多，三相电流有效值分别为：A相0.4 A，B相0.28 A，C相0.6 A。此时非故障间隔CT感受到电流确实已经低于#2变#2电抗器低保护定值0.43 A，因此经0.6 s延时后非故障间隔电抗器低电流保护动作跳闸。
至此非故障间隔电抗器保护动作行为得以解释。此外，613 ms报文中出口时刻选相结果亦存在错误，其原因同样是因为源于3.2节提到的保护选相逻辑缺陷。 3.4 低电流保护持续动作原因分析
从图5、图6波形可见，低电流保护一直保持在动作状态。从监控记录上看直到数分钟后方返回，其原因在此亦略作分析。
低电流保护采用断路器位置闭锁，考虑到电抗器保护装置的操作回路接入的是电抗器间隔的后置的断路器322，而不是500 kV变压器35 kV侧的总断路器3520。当#3电抗器低电流保护动作之后，3520断路器虽成功跳开，但电抗器间隔断路器322断路器仍处于合位，闭锁条件不满足，因此低电流保护仍然持续动作而不能返回。此时，由于3520断路器已跳开，电流为0，故装置显示出IABC 0.00A
的报文。直到该变电站运维人员手工拉开322断路器后，电抗器低电流保护才得以返回。低电流保护持续动作至此得以解释。
此外，值得注意的是现有低电流保护的位置闭锁虽然存在问题，但不能直接将电抗器断路器位置替换为35 kV总断路器位置，以免引发35 kV电抗器正常操作时出现其他问题。
1）新建500 kV变电站选择35 kV接线方式时，电抗器间隔应慎重选用断路器后置式配低电流保护的方案。对于已采用断路器后置方式500 kV老站，建议在35 kV电抗器间隔改造时将干式电抗器更换为带套管CT的油浸式电抗器。此时因电抗器两侧均有CT，通过增加配置电抗器差动保护[12-14]，保证保护动作的选择性，避免配置低电流保护可能存在的问题。此外，应注意相应配置电抗器非电量保护。 2）主变低后备保护动作时间较长，当主变低压侧发生故障由主变低后备切除时，往往主变已受到较大冲击，建议35 kV电抗器保护动作时间按短于主变35 kV侧低后备保护整定，即电抗器保护与主变后备保护不仅在定值上配合，亦在时间上配合，尽快跳开主变35 kV侧断路器，隔离故障，以减少35 kV侧电抗器故障对500 kV主变的冲击。
3）采用后置式接线时，电抗器发生故障之后，流经相邻间隔电抗器尾部CT的电流变化规律具有一定的复杂性，条件具备的500 kV变电站可考虑增设35 kV录波装置监控35 kV各支路电流变化规律。
4）继续使用电抗器低电流保护的500 kV老站，建议修改保护故障相判别逻辑，如某一相低于某个低电流门槛时被选为故障相，有效防止报相错误问题。 [1] 宋继成. 220~500 kV变电所电气接线设计[M]. 北京: 中国电力出版社, 2006. SONG Ji-cheng. Electric wiring design of 220~500 kV substation[M]. Beijing: China Electric Power Press, 2006.
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陈 昊（1980-），男，博士生，高级工程师，研究领域为输电网保护与控制。E-mail:******************
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