关于站用变交流电源系统保护级差配合及开关失效事故扩大问题的探讨

 　1  案例回顾 
　　案例1：2005-03-06，220 kV象山站生活负荷发生接地故障，交流馈线开关、交流进线开关未跳闸，站变零序过流保护越级动作跳闸#1站变，380 V备自投动作切换，因为故障仍然存在，所以，造成#2站变零序过流保护越级动作跳闸。全站交流失电后，影响了主变风冷电机，主变被迫停运，造成大面积停电。 
　　案例2：2011-07，220 kV交椅变电站发生了馈线支路BN短路，馈线开关与站用交流进线开关未跳闸，380 V备自投零序过流保护因为整定值与站变零序过流保护不配合，接线原理为接地保护未动作。站变零序过流保护越级动作跳闸后，380 V备自投切换扩大了事故范围，使全站站用交流失电。 
　　案例3：2012-01，110 kV罗湖变电站发生了馈线支路相间短路，馈线开关和站用交流进线开关未跳闸，站变过流保护越级动作，不闭锁380 V备自投动作切换，使全站站用交流电源失电。 
　　2  存在的问题 
　　该系统中存在的问题包括站变定时限过流保护与交流进线开关、主馈电开关定时限过流保护整定配合，站变零序过流保护与380 V备自投零序过流保护整定配合，备自投有效闭锁切换、动作逻辑设置不合理等，这些都直接影响了系统的运行安全。 
　　3  解决问题的思路 
　　针对以上问题，只有解决了开关与站变保护的级差配合，合理、有效地甄别站变过流保护、零序过流保护、380 V备自投过流保护和零序过流保护等，进而决定是否闭锁备自投。这样，当站用变压器内部出现故障时，站变保护动作就不会闭锁380 V备自投，则380 V备自投的闭锁、全站交流失电等问题就迎刃而解了;反之，对站变外部故障，采取闭锁380 V备自投，避免给系统造成更大的事故。 
　　3.1  涉及到的解决技术 
　　3.1.1  涉及到的380 V备自投技术 
　　为了确保站用交流电源，主变风冷负荷、直流充电机等重要负荷要保证交流母线供电的持续性。在站变高、低压开关偷跳，站变内部故障，电源异常等情况下，备自投装置能够自动切换到备用线路，保证系统供电的连续性。 
　　图1为备自投用电系统，工作变压器提供工作电源，备用变压器提供备用电源。在正常运行的情况下，开关1DL合，1ZKK合，2ZKK分，2DL分（冷备用）或合（热备用）。当工作电源侧发生故障时，工作电源开关1ZKK跳开，确认开关1ZKK分开后，此时，由于不存在原动力和励磁，所以，残压的幅值和频率会随时间而衰减。当母线残压小于一定值后，再合上开关2DL和2ZKK。 
　　3.1.2  ATS开关系统的应用 
　　交流系统采用的是ATS（Automatic Tranfer Switch）开关，与两进线一母联的接线方式相比，其优势在于：①由于ATS本身的运动、传动机械简单、紧凑，除了电气联锁外，还可以通过机械齿轮传动结构完成机械联锁功能，能有效保证系统的安全性;而两进线一母联的接线方式存在两路交流电源非同期并列的问题，目前的机械闭锁尚不能保证其有效性。②二次回路简单，方便检修，解决了传统两进线一母联由继电器等组成的复杂逻辑回路。③它能够选择多种工作模式，实现本地/远程控制。图2所示为两进线一母联的接线方式。 
　　图1  备自投用电系统示意图       图2  两进线一母联的接线方式 
　　3.1.3  使用电子脱扣器 
　　如果供电系统的馈线全部采用辐射供电，与负荷距离较远，影响故障电流幅值，热磁脱扣器开关将难以快速隔离故障，因此，要实现馈线开关、进线开关与站变保护的级差配合，要求馈线开关使用定时限的电子脱扣器。 
　　南方电网变电站大量应用ABB、施耐德等品牌交流开关，其在隔离各种故障方面的能力主要包括以下几点。 
　　3.1.3.1  接地故障 
　　一般配置漏电保护，带漏电保护的断路器为成熟产品。 
　　从深圳站用交流电源发生事故的案例中可以看出，严格执行检修、生活负荷必须经带漏电保护开关接出的规定，就可以有效地解决接地故障隔离问题。 
　　3.1.3.2  相零短路、相间短路故障 
　　相零短路与接地故障下故障电流流经的路径是有区别的。交流开关针对的是相零短路、相间短路故障，一般配置热磁保护。热保护是双金属在受热时，因为膨胀系数不一样，弯曲推动机构，使开关断开，起到了一定的保护作用。磁保护是故障电流流经线圈产生的磁场拉动铁芯瞬间动作。