某66 kV变电站主变压器保护动作闭锁备自投逻辑优化

单汝涛,琚永安,刘 聪

(国网四平供电公司,吉林 四平 136099)

0 引言

随着地区电网不断发展,越来越多的双电源变电站建成投入使用,内桥接线由于节省一次设备投资、占地小、供电可靠性高及运行方式灵活等优点,在终端变电站被广泛采用。备用电源自动投入(以下简称为备自投)装置作为双电源终端变电站的重要安全自动装置,具备在设备故障情况下快速恢复供电的任务,但同时又要保证不会合闸故障设备,因此备自投装置必须具备完善的闭锁逻辑,保证在不同运行方式下均能正确动作[1-7]。

某66 kV内桥接线变电站采用主变压器(以下简称为主变)重瓦斯、差动及高后备保护动作闭锁备自投的传统闭锁逻辑。基于该逻辑以主变故障为例,分析不同备自投方式下主变保护与备自投的闭锁逻辑关系,以及主变保护闭锁备自投逻辑存在的安全隐患,提出优化方案,提高变电站供电可靠性。

1 某66 kV内桥接线变电站保护配置

1.1 主变保护配置

某66 kV变电站内桥接线方式如图1所示。每台主变电量采用主、后备保护一体的双重化配置,即每套保护包括完整的主、后备保护功能;非电量保护单套配置。保护具体配置:①主变非电量保护配置重瓦斯保护,作为主变内部故障主保护,动作后跳主变高、低压侧及内桥侧的断路器;②主变电量保护配置差动保护,作为主变绕组、套管及引出线各种短路故障的主保护,动作后跳主变各侧断路器;③主变电量保护在主变高、低压侧各配置1套复合电压闭锁过电流保护作为后备保护(简称高、低后备),其中高后备动作后跳主变各侧断路器。

图1 某66 kV变电站内桥接线方式

1.2 备自投方式

该变电站配置1套66 kV备自投装置,实现进线备自投和内桥备自投功能。主变重瓦斯、差动及高后备保护(以下简称为主变保护)动作均闭锁66 kV备自投。

a. 进线备自投方式

备自投方式1:进线1运行,进线2热备用,即1DL和3DL运行,2DL热备用,满足66 kV Ⅰ、Ⅱ母无电压、1DL无电流时,跳1DL合2DL。

备自投方式2:进线2运行,进线1热备用,即2DL和3DL运行,1DL热备用,满足66 kV Ⅰ、Ⅱ母无电压、2DL无电流时,跳2DL合1DL。

b. 内桥备自投方式

备自投方式3:进线1和进线2运行,内桥热备用,即1DL和2DL运行,3DL热备用,满足66 kV Ⅰ母无电压、1DL无电流时,跳1DL合3DL。

备自投方式4:进线1和进线2运行,内桥热备用,即1DL和2DL运行,3DL热备用,满足66 kV Ⅱ母无电压、2DL无电流时,跳2DL合3DL。

2 主变保护与备自投逻辑分析

当主电源因故障或其他原因被断开时,备用电源自动投入且只允许动作1次,为此设计了备自投充放电过程,只有在充电完成后才允许自投,自投完成后装置放电。在自投过程中若有断路器拒跳、拒合或其他外部闭锁条件开入,备自投应立即放电。主变保护动作闭锁备自投,即通过引入外部闭锁开入信号对备自投放电实现闭锁功能[8-10]。

2.1 内桥备自投方式

1号、2号主变高、低压侧均分列运行,备自投方式3和方式4完全对称,以备自投方式3为例进行分析,其充、放电及动作逻辑如图2—图4所示。

图2 备自投方式3充电逻辑

图3 备自投方式3放电逻辑

图4 备自投方式3动作逻辑

当1号主变发生故障时,1号主变保护动作断开1DL和4DL,66 kV Ⅰ母失电压,进线1无电流,66 kV Ⅱ母有电压,满足备自投方式3动作条件,但1号主变保护动作闭锁备自投方式3,避免3DL合闸故障1号主变,对故障1号主变造成再次冲击。当2号主变发生故障时,66 kV Ⅱ母失电压,失去对66 kV Ⅰ母的备用作用,因此同样对备自投方式3进行放电实现闭锁。

由以上分析可知,对于内桥备自投方式,任意1台主变保护动作应闭锁备自投,同时对备自投方式3和方式4放电,内桥备自投闭锁及动作逻辑均无问题。

2.2 进线备自投方式

备自投方式1和方式2完全对称,以备自投方式1为例进行分析。

a. 1号主变故障

当1号主变发生故障时,1号主变保护动作断开1DL、3DL、4DL,此时66 kV Ⅰ、Ⅱ母失电压,进线1无电流,满足备自投方式1动作条件,但1号主变保护动作闭锁备自投,不仅故障1号主变停电,无故障2号主变也将停电,造成全站失电,表明该逻辑存在问题。1号主变保护动作后,1DL和3DL均断开,将故障1号主变隔离,若取消该闭锁条件,备自投动作补跳1DL后合上2DL,则可恢复2号主变及10 kV Ⅱ母供电。为保证故障1号主变确已完全隔离,必须考虑1号主变故障时发生1DL或3DL拒动的情况。

当1DL拒动时,1号主变故障越级由进线1首端线路保护动作切除,此时66 kV Ⅰ、Ⅱ母失电压,进线1无电流,满足备自投方式1动作条件,备自投动作补跳1DL,由于1DL拒跳,备自投方式1放电并报“备自投拒跳”,全站失电。但此时3DL已跳闸,2号主变由本侧2DL送电并不会对故障1号主变造成影响。

当3DL拒动时,由于1DL已断开,将故障1号主变从系统侧隔离,此时66 kV Ⅰ、Ⅱ母失电压,进线1无电流,满足备自投方式1动作条件,备自投补跳1DL后合上2DL,结果合闸1号故障主变。

b. 2号主变故障

当2号主变发生故障时,2号主变保护动作断开3DL和5DL,66 kV Ⅱ母失电压,但66 kV Ⅰ母有电压、进线1有电流,不满足进线备自投动作条件。考虑2号主变故障时3DL拒动的情况,2号主变故障将由进线1首端线路保护动作切除,此时66 kV Ⅰ、Ⅱ母失电压,进线1无电流,满足备自投方式1动作条件,备自投动作断开1DL后合上2DL,结果合闸2号故障主变。

由以上分析可知,当1号主变发生故障时,1号主变保护动作闭锁备自投,造成全站失电;1号主变保护动作不闭锁备自投,当1号主变故障且1DL拒动时,造成负荷损失;当1号主变故障且3DL拒动时,造成备自投合闸故障1号主变。当2号主变发生故障时,虽然不满足备自投动作条件,但在3DL拒动的特殊情况下造成备自投合闸2号故障主变,其原因为2DL作为备用电源,同时也是2号主变高压侧断路器,合闸备用电源即合闸2号故障主变。因此,对于进线备自投方式,应对不同主变采取不同闭锁措施,并对主电源侧主变保护动作时的备自投逻辑进行优化。

3 进线备自投逻辑优化

3.1 1号主变保护动作

对于进线备自投方式1,当1号主变保护动作时,不应闭锁备自投,但应确保1号主变故障能正确隔离。因此,在原动作逻辑基础上,增加1个并行动作逻辑,如图5所示(分割线以下为新增动作逻辑)。

图5 备自投方式1优化后动作逻辑

a. 当1号主变保护动作同时1DL拒动时,由于3DL正确动作分闸,66 kV Ⅱ母失电压,满足优化后的备自投方式1动作条件,进线备自投动作经整定延时t1补跳3DL,确认3DL断开后,再经整定延时t2合2DL,2号主变恢复供电。同时,1号主变故障越级由进线1首端线路保护动作切除,事实上,该方式下1号主变故障且1DL拒动,线路越级跳闸已无法避免,但只要3DL正确分闸,则可恢复2号主变供电。

b. 当1号主变保护动作同时3DL拒动时,由于1DL正确动作分闸,66 kV Ⅰ、Ⅱ母均失电压,满足优化后备自投方式1动作条件,进线备自投动作经整定延时t1补跳3DL,但3DL拒跳,备自投方式1放电并报“备自投拒跳”,避免了备自投合闸故障1号主变。

3.2 2号主变保护动作

对于进线备自投方式1,当2号主变保护动作时,应闭锁备自投。因此对备自投方式1放电逻辑进行优化,如图6所示(将原放电逻辑中虚线部分去掉)。

图6 备自投方式1优化后放电逻辑

由图6可知,2号主变保护动作同时3DL拒动时,最终由进线1首端线路保护动作切除故障,此时虽然66 kV Ⅰ、Ⅱ母失电压,进线1无电流,但2号主变保护动作将备自投方式1放电,闭锁备自投,避免了对故障2号主变再次冲击。

4 结语

内桥接线变电站传统的进线备自投闭锁逻辑缺乏与主变保护的配合,主变保护动作均无差别闭锁备自投,无法保证站内设备故障时的供电可靠性。优化后的进线备自投逻辑,通过与主变保护的密切配合,对不同主变采取不同的动作及闭锁逻辑,并考虑主变高压侧及内桥断路器拒动等情况,既能最大限度恢复无故障主变正常供电,又能避免合闸故障主变,极大提高了内桥接线变电站供电可靠性。