１１０００ｋＶ特高压变压器系统模型
特高压站低压侧母线与主变压器低压侧、站内配电变压器、电抗器、电容器等设备相连。主变压器低压侧以及站内配电变压器等的开断设备配置额定开断电流较大的高压断路器；而母线上连接的电抗器、电容器等无功补偿设备在母线故障时不提供故障电流，因此从成本角度考虑，一般配置额定短路开断电流较小的高压负荷开关。特高压变压器低压侧系统模型如图１所示。
２支路大电流闭锁方案及保护出口逻辑
２．１大电流闭锁保护概念的提出电容器、电抗器上发生击穿、接地、匝间短路等故障时，若为轻微故障，且故障电流较小，则保护可以直接动作于跳负荷开关；若为严重故障，且故障电流较大，则不允许直接动作于跳负荷开关，应跳开电源进线（特高压变压器低压侧）。若１１０ｋＶ母线区内和无功补偿设备同时故障，则当流经负荷开关上的故障电流较大时，母线差动保护和无功补偿设备上的主保护均不能直接动作于跳负荷开关。因此对于负荷开关，母线保护、电抗器保护、电容器保护动作后跳闸出口方式不能单纯地选择跳闸或不跳闸，而是需要根据流过开关的故障电流的大小来确定是否跳闸。故障电流小于额定短路开断电流时可以直接动作于跳闸，故障电流大于额定短路开断电流时闭锁本间隔保护的动作跳闸，这就是大电流闭锁的概念。２．２支路大电流闭锁及跳闸逻辑大电流闭锁功能作为一个保护功能模块，在特高压站１１０ｋＶ系统的母线保护、电抗器保护和电容器保护中均应设计此功能。１１０ｋＶ系统故障时保护不选相跳闸，任何故障均跳开三相，因此，任一相故障电流大于本间隔负荷开关额定开断电流时，均应闭锁该间隔的跳闸出口。额定短路开断电流是指开关绝限断开电流的最大能力，其单位用开关触头分离瞬间短路电流周期分量有效值的千安数表示。大电流闭锁逻辑和常规的保护动作判据（如差动保护或过流保护）相互独立。常规的保护动作判据满足条件后，识别大电流闭锁判别结果，二者逻辑“与”动作于跳闸出口。为了方便大电流闭锁功能的退出，还应设计大电流闭锁功能投退的控制字。在该控制字退出的情况下，默认各间隔的开断设备能够开合系统提供的最大短路电流，且允许直接跳闸。大电流闭锁逻辑如图２所示。２．３保护动作出口驱动逻辑特高压变压器低压侧所连接的１１０ｋＶ母线为单母线，当母线故障时，母线差动保护动作后直接跳开母线上的所有配置高压断路器的间隔。对于配置负荷开关的无功补偿设备间隔，如果流经其负荷开关的电流较大，则闭锁跳闸出口；如果流经其负荷开关的电流较小，则可以直接跳闸。保护动作出口驱动方案如图３所示。对于电抗器、电容器保护，需要设计两副不同的出口。当故障电流较小、大电流闭锁判据不满足时，保护动作出口驱动小电流接点，用来跳开负荷开关并启动失灵保护；当故障电流较大、大电流闭锁判据满足时，保护动作出口驱动大电流接点，用来跳开特高压变压器低压侧断路器，并启动母差保护中特高压变压器低压侧断路器间隔失灵保护。保护动作出口驱动方案如图４所示。
３闭锁后各级后备保护跳闸方案
３．１母线故障时的后备动作方案对于特高压变压器的低压侧，如果母线故障时其断路器失灵［４］，则特高压变压器的高压侧和中压侧均可经低压侧断路器向故障母线提供短路电流。母差保护装置中的断路器失灵保护根据特高压变压器低压侧电流、断路器位置以及母线保护动作跳闸命令，判定特高压变压器低压侧断路器失灵，母线保护装置经延时后输出失灵联跳接点［５］。特高压变压器低压侧断路器失灵保护逻辑如图５所示，其中虚线框内为主变压器失灵判别逻辑。失灵联跳接点作为失灵启动开入用于启动特高压站主变压器的失灵联跳保护，在特高压站主变压器保护中经过就地电压或电流判据把关，并经５０ｍｓ延时（防开入误击穿导致失灵直跳保护误动）之后，联跳主变压器各侧，将故障点隔离于运行系统之外。因此，特高压变压器的失灵联跳保护作为１１０ｋＶ母线保护装置的后备保护，用于低压侧断路器失灵时跳开特高压变压器的其他各侧。失灵联跳保护的逻辑图如图６所示。主变压器保护动作跳低压侧分支断路器时，若低压侧分支断路器失灵，由于特高压变压器电气量保护和非电气量保护已切除高压侧和中压侧，特高压变压器已经无源，且低压侧所连接１１０ｋＶ母线无源，此时即使低压侧断路器失灵，特高压站主变压器保护也无需再启动母线失灵保护［６］。３．２电抗器和电容器故障时的后备动作方案在２．３节中提及，电抗器和电容器故障时，电抗器和电容器保护设备根据故障电流的大小输出两副不同的接点。在故障电流小于整定的开断电流时，小电流出口接点闭合直接跳开负荷开关，并闭锁大电流出口接点；在故障电流大于整定的开断电流时，保护的大电流出口接点闭合并闭锁小电流出口接点。大电流出口接点用于驱动主变压器低压侧断路器跳闸，同时启动母线保护装置中特高压变压器低压侧断路器失灵判别逻辑。如果判定主变压器低压侧断路器失灵，则母线保护装置的失灵保护动作后输出失灵联跳接点，该接点作为失灵联跳开入启动特高压站主变压器保护低压侧的失灵联跳逻辑以跳开主变压器各侧［７］。小电流出口接点除了跳负荷开关之外，还作为母线保护的失灵启动开入启动母线保护装置的失灵保护。母线保护装置在收到失灵启动开入后，根据间隔电流判定为失灵后母线保护装置的失灵保护动作，跳开母线上所连接的断路器。如果母线保护装置的失灵保护动作跳特高压变压器低压侧断路器时，主变压器低压侧的断路器也失灵，则在母线保护装置内部完成特高压变压器低压侧断路器的失灵判别逻辑并驱动失灵联跳接点，由特高压站主变压器保护装置的失灵联跳保护跳开其他各侧，该逻辑在图３中已经涵盖。特高压变压器低压侧１１０ｋＶ母线上还有可能连接站用配电变压器。为防止母线故障时，１１０ｋＶ站用配电变压器断路器失灵时其他侧继续提供故障电流，软件内部设计了差动保护动作时自动启动站用变压器间隔失灵的逻辑，失灵保护动作后驱动站用变压器间隔的联跳接点以跳开其他电源侧。差动动作启动断路器失灵保护时的电流判据与失灵启动开入启动的电流判据相同，逻辑图如图７所示。３．３低压侧系统总体解决方案图８所示为各保护装置动作接点跳闸及失灵启动的逻辑关系。图中将母线保护、电抗器保护、电容器保护、特高压主变压器保护等１１０ｋＶ系统的保护设备放在一起。
４结语
大电流闭锁保护功能的目的不是闭锁保护跳闸出口，而是在系统故障时快速隔离故障点，并保证一次设备的健康运行。本文根据负荷开关的特点，较为详细地介绍了因大电流闭锁不能动作时，特高压变压器低压侧保护设备的跳闸方案，以及因开关失灵无法隔离故障时的跳闸逻辑和失灵保护启动方案；解决了特高压低压侧系统故障时，由于负荷开关开断能力较弱而不允许负荷开关直接跳闸的情况下，如何可靠隔离故障的问题。１０００ｋＶ晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程南阳站，以及特高压东线工程皖南站和沪西站的无功补偿设备均配置高压负荷开关，大电流闭锁方案在这几个站的１１０ｋＶ母线保护、电容器保护、电抗器保护中得到了广泛应用，解决了特高压变压器低压侧各间隔跳闸出口问题。
作者：王智勇 肖锋 赵晓铎 胡沙沙 徐鹏 齐市委 单位：许继集团有限公司
