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摘要：当主变220kV侧在双母线接线方式下发生死区故障时由变压器的后备保护动作或者本侧断路器的失灵保护经变压器非电气量的无延时非电气量元件来切除故障点，切除时间较长，动作环节较多，由于是变压器出口故障，容易造成变压器损坏，通过分析变压器220kV侧的死区故障特征和有关的保护动作特性，借鉴现运行的母线差动保护中母联断路器死区故障保护的原理，提出了一种新型的改进方案，并给出了变压器死区故障保护延时的合理取值区间。
关键词：死区故障，退出差动电流计算、快速切除
引言
目前500kV变电站内220kV电压等级的母线通常采用双母线接线方式，且只在断路器的一侧装设一组CT，而由于保护自身的判别原理的缘故，导致出现本保护保护不到的地方，这些地方发生的故障称为“死区故障”，当发生死区故障时，需要正确、及时的根据故障特性判断出故障位置，迅速切除隔离故障点，保证电网的稳定运行，一旦出现死区故障未能及时切除或者是不正确切除，将导致事故范围的扩大，影响整个系统的安全稳定运行。
本文就典型的主变220kV侧在双母线接线方式下发生死区故障时存在的问题进行分析探讨，提出一种新型的改进措施，能够快速切除故障大大降低事故的影响范围。
双母线接线方式各类典型死区故障分析
双母线接线方式下根据故障位置不同分为三种典型故障：一、出线断路器与出线TA间的死区故障；二、母联断路器与母联TA间的死区故障；三、主变断路器与TA间的死区故障。
出线断路器与出线TA间的死区故障和母联断路器与母联CT间的死区故障分析
图一为典型的出线断路器与出线TA间的死区故障示意图，当出线的A点发生故障时，根据母线差动保护的原理，该点属于母差的保护范围，母差动作，切除同一母线上的所有开关，但A故障点并未隔离，属于死区故障。
在现场实际运用中，由于A点故障对于本侧线路纵联保护而言属于反方向故障，不发信，而相对对侧保护而言是属于正方向故障，持续发信，因此通过母差保护或者是失灵保护动作启动永跳继电器TJR来启动高频允许信号、远跳信号，跳开对侧断路器，从而快速切除该死区故障。
图二为典型的母联断路器与母联TA间的死区故障示意图，如图中的G点发生故障，对于II母小差而言是外部故障，II母小差不会动作，对于I母小差而言是I母内部故障，同时会造成I、II母母线电压下降，满足母线差动保护低电压闭锁开放，母线差动保护动作跳开母联断路器和I母上所有连接元件的断路器，但是故障并未切除，因此该点发生故障，对于母差而言就意味着死区故障。
对此典型故障，在现场实际运用中保护装置根据运行方式不同采用两种判别方式来正确切除死区故障：一、双母线并列运行时，发生母联死区故障时，采用在母线差动保护动作发I母跳令后，在母联断路器已跳开TWJ已开入而母联TA仍然有电流，且大差元件及I母小差元件不返回的情况下，经延迟跳开II母上所有连接元件的断路器。二、双母线分列运行时，为了防止在双母线分列运行时发生母联死区故障将两条母线全部切除，当两母线都有电压且母联在跳位时采取母联TA电流不计入小差。
针对上述两类典型的死区故障目前现场实际运用的判别原理能够快速、正确、可靠的切除死区故障，因此本文不对此进行改进探讨。
1.2主变断路器与CT间的死区故障分析
图三为主变断路器与CT间的死区故障示意图
在图三所示的变压器220kV侧发生死区故障时，由于故障点位于变压器差动保护范围之外，且在220kV母线保护范围之内，因此220kV母线差动保护中故障母线的小差动作和母线差动的大差保护动作，跳掉母联开关和故障母线，但是由于电源点在500kV侧，此时，仍然向故障点提供短路电流，故障并未切除隔离，因此真正切除故障只能靠主变后备保护和本侧的断路器失灵保护动作来切除故障，但是由于主变的后备保护和断路器失灵保护均是经过长延时才能动作的，因此对电网的冲击是极其严重的，影响整个系统的安全稳定运行。
主变220kV侧在双母线接线方式下发生死区故障时正确快速切除改进方案
2.1主变220kV侧在双母线接线方式下发生死区故障继电保护方案分析
根据对照主变断路器与CT间的死区故障发生时，各保护的动作行为特征的分析并对照母联断路器与母联CT间的死区故障的保护切除判别方案，提出了下面的一种新型的改进方案。
根据上述的分析可知，当主变220kV侧在双母线接线方式下发生死区故障时，该侧母线差动保护动作跳开该侧的断路器，虽然该侧断路器已经在分闸位置，但是主变220kV侧TA仍然存在故障电流，根据母联断路器与母联TA间的死区故障且母线在分列运行方式下，为了防止在双母线分列运行时发生母联死区故障将两条母线全部切除，扩大停电范围，当两母线都有电压且母联在跳位时采取母联TA电流不计入小差的处理方式来快速切除母联死区故障，本文提出了主变220kV侧死区故障“主变差动电流计算退出该侧电流”的跳闸控制改进方案（对应的逻辑框图见图四）。
该改进方案的动作逻辑分析：
满足退出变压器差动保护该侧CT的条件：
变压器220kV侧断路器处于分闸位置；
变压器220kV侧A相或者B相或者C相电流超过整定值，或者零序电流、负序电流超过整定值。
当上述条件满足是，经过延时整定后退出变压器220kV侧变压器差动保护TA，即变压器该侧电流不再参与变压器差动保护电流计算，当上述任一条件不满足时，OS恢复变压器该侧电流计入变压器差动保护，即使变压器该侧电流参与变压器差动保护电流计算。
由于变压器差动保护将发生死区故障的220kV侧电流退出变压器差动保护电流计算，相当于变压器差动保护差动电流由原来的无差流变成了短路故障点的短路电流，这样就使得变压器差动保护判断该故障由区外变成了区内故障，从而使变压器差动保护动作，跳開变压器其他各侧断路器，正确快速切除了故障。
2.2该保护方案的保护延时定值设置分析
对于上述方案来说，变压器220kV侧发生死区故障时该侧电流退出变压器差动保护差流计算的延时应从变压器该侧断路器跳闸位置接点接通动作开始计时，因此该延时应大于变压器该侧断路器跳闸机构动作后切段电弧时间加上电流元件返回时间。按照断路器跳闸机构动作时间和切段电弧时间一般为40至60ms，电流判别元件返回时间一般小于30ms，由于本方案引入的是该侧的断路器跳闸位置的接点，延时定值设置还可以考虑缩短掉断路器机构动作时间，考虑时间裕度和保护的安全可靠性，并保证保护能快速切除掉死区故障，延时设置可取100-120ms左右。
2.3该保护方案与变压器该侧的断路器失灵保护的比较
首先来看一下，变压器该侧的断路器失灵保护的动作逻辑，当发生变压器死区故障时，由母线保护差动动作跳开变压器220kV侧断路器，其断路器的操作继电器箱内的TJR接点闭合启动该侧断路器的失灵保护，由于故障点为被隔离切除，其TA仍然感受到故障电流，满足失灵保护的零序电流和负序电流判据，经设置的延时后，失灵保护动作出口启动变压器非电气量保护的无延时的非电气量动作元件从而切除主变各侧断路器，由于考虑到失灵保护动作切除的范围大，为防止其误动，其设置的延时一般在250ms左右。
从变压器该侧断路器的失灵动作过程来看，本新型保护方案的动作环节少，且可设置较短的时间延时，因此本新型保护方案相较变压器该侧的断路器失灵保护而言，其动作速度快，可避免系统长期受故障的冲击，更有利于保证系统的安全稳定。
3、结语
根据主变220kV侧在双母线接线方式下发生死区故障时，分析其死区故障特征，提出了本新型保护方案，即在变压器220kV侧断路器的分闸位置接点开入时，且该侧的A相或者B相或者C相电流超过整定值，或者零序电流、负序电流超过整定值经整定延时就将本侧的TA电流退出变压器的差动电流计算，从而使本是主变区外故障转换为区内故障，从而使变压器差动保护动作，跳开变压器其他各侧断路器，正确快速切除了故障。由于本方案的动作逻辑简单，动作速度相对更快，可以大大减轻该故障对变压器和系统的冲击和损坏，有利于电网的安全稳定，具有一定的优越性。
关键词：死区故障，退出差动电流计算、快速切除
引言
目前500kV变电站内220kV电压等级的母线通常采用双母线接线方式，且只在断路器的一侧装设一组CT，而由于保护自身的判别原理的缘故，导致出现本保护保护不到的地方，这些地方发生的故障称为“死区故障”，当发生死区故障时，需要正确、及时的根据故障特性判断出故障位置，迅速切除隔离故障点，保证电网的稳定运行，一旦出现死区故障未能及时切除或者是不正确切除，将导致事故范围的扩大，影响整个系统的安全稳定运行。
本文就典型的主变220kV侧在双母线接线方式下发生死区故障时存在的问题进行分析探讨，提出一种新型的改进措施，能够快速切除故障大大降低事故的影响范围。
双母线接线方式各类典型死区故障分析
双母线接线方式下根据故障位置不同分为三种典型故障：一、出线断路器与出线TA间的死区故障；二、母联断路器与母联TA间的死区故障；三、主变断路器与TA间的死区故障。
出线断路器与出线TA间的死区故障和母联断路器与母联CT间的死区故障分析
图一为典型的出线断路器与出线TA间的死区故障示意图，当出线的A点发生故障时，根据母线差动保护的原理，该点属于母差的保护范围，母差动作，切除同一母线上的所有开关，但A故障点并未隔离，属于死区故障。
在现场实际运用中，由于A点故障对于本侧线路纵联保护而言属于反方向故障，不发信，而相对对侧保护而言是属于正方向故障，持续发信，因此通过母差保护或者是失灵保护动作启动永跳继电器TJR来启动高频允许信号、远跳信号，跳开对侧断路器，从而快速切除该死区故障。
图二为典型的母联断路器与母联TA间的死区故障示意图，如图中的G点发生故障，对于II母小差而言是外部故障，II母小差不会动作，对于I母小差而言是I母内部故障，同时会造成I、II母母线电压下降，满足母线差动保护低电压闭锁开放，母线差动保护动作跳开母联断路器和I母上所有连接元件的断路器，但是故障并未切除，因此该点发生故障，对于母差而言就意味着死区故障。
对此典型故障，在现场实际运用中保护装置根据运行方式不同采用两种判别方式来正确切除死区故障：一、双母线并列运行时，发生母联死区故障时，采用在母线差动保护动作发I母跳令后，在母联断路器已跳开TWJ已开入而母联TA仍然有电流，且大差元件及I母小差元件不返回的情况下，经延迟跳开II母上所有连接元件的断路器。二、双母线分列运行时，为了防止在双母线分列运行时发生母联死区故障将两条母线全部切除，当两母线都有电压且母联在跳位时采取母联TA电流不计入小差。
针对上述两类典型的死区故障目前现场实际运用的判别原理能够快速、正确、可靠的切除死区故障，因此本文不对此进行改进探讨。
1.2主变断路器与CT间的死区故障分析
图三为主变断路器与CT间的死区故障示意图
在图三所示的变压器220kV侧发生死区故障时，由于故障点位于变压器差动保护范围之外，且在220kV母线保护范围之内，因此220kV母线差动保护中故障母线的小差动作和母线差动的大差保护动作，跳掉母联开关和故障母线，但是由于电源点在500kV侧，此时，仍然向故障点提供短路电流，故障并未切除隔离，因此真正切除故障只能靠主变后备保护和本侧的断路器失灵保护动作来切除故障，但是由于主变的后备保护和断路器失灵保护均是经过长延时才能动作的，因此对电网的冲击是极其严重的，影响整个系统的安全稳定运行。
主变220kV侧在双母线接线方式下发生死区故障时正确快速切除改进方案
2.1主变220kV侧在双母线接线方式下发生死区故障继电保护方案分析
根据对照主变断路器与CT间的死区故障发生时，各保护的动作行为特征的分析并对照母联断路器与母联CT间的死区故障的保护切除判别方案，提出了下面的一种新型的改进方案。
根据上述的分析可知，当主变220kV侧在双母线接线方式下发生死区故障时，该侧母线差动保护动作跳开该侧的断路器，虽然该侧断路器已经在分闸位置，但是主变220kV侧TA仍然存在故障电流，根据母联断路器与母联TA间的死区故障且母线在分列运行方式下，为了防止在双母线分列运行时发生母联死区故障将两条母线全部切除，扩大停电范围，当两母线都有电压且母联在跳位时采取母联TA电流不计入小差的处理方式来快速切除母联死区故障，本文提出了主变220kV侧死区故障“主变差动电流计算退出该侧电流”的跳闸控制改进方案（对应的逻辑框图见图四）。
该改进方案的动作逻辑分析：
满足退出变压器差动保护该侧CT的条件：
变压器220kV侧断路器处于分闸位置；
变压器220kV侧A相或者B相或者C相电流超过整定值，或者零序电流、负序电流超过整定值。
当上述条件满足是，经过延时整定后退出变压器220kV侧变压器差动保护TA，即变压器该侧电流不再参与变压器差动保护电流计算，当上述任一条件不满足时，OS恢复变压器该侧电流计入变压器差动保护，即使变压器该侧电流参与变压器差动保护电流计算。
由于变压器差动保护将发生死区故障的220kV侧电流退出变压器差动保护电流计算，相当于变压器差动保护差动电流由原来的无差流变成了短路故障点的短路电流，这样就使得变压器差动保护判断该故障由区外变成了区内故障，从而使变压器差动保护动作，跳開变压器其他各侧断路器，正确快速切除了故障。
2.2该保护方案的保护延时定值设置分析
对于上述方案来说，变压器220kV侧发生死区故障时该侧电流退出变压器差动保护差流计算的延时应从变压器该侧断路器跳闸位置接点接通动作开始计时，因此该延时应大于变压器该侧断路器跳闸机构动作后切段电弧时间加上电流元件返回时间。按照断路器跳闸机构动作时间和切段电弧时间一般为40至60ms，电流判别元件返回时间一般小于30ms，由于本方案引入的是该侧的断路器跳闸位置的接点，延时定值设置还可以考虑缩短掉断路器机构动作时间，考虑时间裕度和保护的安全可靠性，并保证保护能快速切除掉死区故障，延时设置可取100-120ms左右。
2.3该保护方案与变压器该侧的断路器失灵保护的比较
首先来看一下，变压器该侧的断路器失灵保护的动作逻辑，当发生变压器死区故障时，由母线保护差动动作跳开变压器220kV侧断路器，其断路器的操作继电器箱内的TJR接点闭合启动该侧断路器的失灵保护，由于故障点为被隔离切除，其TA仍然感受到故障电流，满足失灵保护的零序电流和负序电流判据，经设置的延时后，失灵保护动作出口启动变压器非电气量保护的无延时的非电气量动作元件从而切除主变各侧断路器，由于考虑到失灵保护动作切除的范围大，为防止其误动，其设置的延时一般在250ms左右。
从变压器该侧断路器的失灵动作过程来看，本新型保护方案的动作环节少，且可设置较短的时间延时，因此本新型保护方案相较变压器该侧的断路器失灵保护而言，其动作速度快，可避免系统长期受故障的冲击，更有利于保证系统的安全稳定。
3、结语
根据主变220kV侧在双母线接线方式下发生死区故障时，分析其死区故障特征，提出了本新型保护方案，即在变压器220kV侧断路器的分闸位置接点开入时，且该侧的A相或者B相或者C相电流超过整定值，或者零序电流、负序电流超过整定值经整定延时就将本侧的TA电流退出变压器的差动电流计算，从而使本是主变区外故障转换为区内故障，从而使变压器差动保护动作，跳开变压器其他各侧断路器，正确快速切除了故障。由于本方案的动作逻辑简单，动作速度相对更快，可以大大减轻该故障对变压器和系统的冲击和损坏，有利于电网的安全稳定，具有一定的优越性。