变电站操作电源分为直流电源和交流电源两种,交流电源一般取自变电站站用变压器的低压侧或电流互感器、电压互感器的二次侧。采用交流操作电源的继电保护由于具有投资少、接线简单等优点,多用于早期农网改造建设时的35 kV变电站。交流电源保护的电源在电网故障状态下供电不可靠,会造成保护不正确动作,可采取配置内部储能电源(电容或电池)或外部储能电源(UPS)等措施提高电源可靠性,但实际运行情况表明,采用了UPS电源的交流电源保护仍存在较大的运行风险。
1 农网35 kV变电站继电保护存在问题及运行风险
(1)农网多级串供方式普遍。由子农网网架结构薄弱,35 kV变电站缺少电源点,多级串供的电网运行方式较普遍,供电可靠性低。
(2)农网采用交流电源保护的35 kV变电站占有一定的比例。出于经济性考虑,早期农网35 kV变电站为减少投资成本,普遍采用交流电源保护的建设方案,如某县级供电企业,共有35 kV变电站16座,其中采用交流电源保护的有7座。这些采用交流电源保护的变电站部分配置有UPS电源,但还有相当部分的变电站无UPS电源,保护装置本身也无内部储能元件。
(3)农网继电保护动作正确率偏低。实际运行情况表明,农网交流电源保护引起的保护不正确动作事件占有较大比例。
(4)农网存在因继电保护不正确动作造成多座变电站失压风险。由于农网的多级串供运行方式,继电保护的不正确动作可能导致越级跳闸,造成多级串供方式下的多座变电站同时失压。
2 交流电源保护不正确动作案例
(1)2013年7月,35 kV甲变电站的10 kV 904间隔线路上发生L1L3相间故障,该站2号主变压器高压侧后备保护及904间隔线路保护的过流II段动作,同时跳开2号主变压器302断路器及904间隔线路断路器。
事件发生前,该变电站2号主变压器902断路器因技改停运,2号主变压器单独带904间隔线路运行。2号主变压器高压侧后备保护投入过流I,II段保护,保护不经方向和电压闭锁,动作跳302断路器。904间隔线路保护投人过流I,II段保护,保护不经方向和电压闭锁,动作跳904断路器。甲变电站运行方式如图1所示。
事件发生后,经检查,该变电站2号主变压器高压侧后备保护及904间隔线路保护装置定值与定值单一致,2号主变压器保护与904间隔线路保护定值上均有配合,不存在定值失配的情况。对2号主变压器302与904断路器动作特性进行检测,检测结果表明两个断路器分闸时间正常,排除因断路器动作特性不良造成的保护动作跳闸延迟。对2号主变压器高压侧后备保护、904间隔线路保护装置采样及动作时间进行校检,两个保护装置采样正常,在正常电源电压范围内,保护装置动作情况、动作逻辑与定值设定相符。经进一步检查发现该站2号主变压器高压侧后备保护采用直流电源,而904间隔线路保护采用交流电源,交流电源由该站35kV所用变压器低压侧220 V交流电源供电,且无UPS,保护装置无内外部后备电源(电池)。于是对904间隔线路保护在不同的电源电压水平下,进行过流II段(过流II段定值:5A, 0.4 s)保护动作性能测试,测试结果如表1所示。