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干貨講堂 | 淺析變電站3/2接線方式
發布時間：2025-01-13 14:02:02人氣：
名詞解釋
元件：兩臺斷路器之間的引出線(線路或者變壓器)，稱為元件。
完整串：用3臺斷路器把2個元件連接在兩條母線之間，稱為一個完整串。
不完整串：如果用2臺斷路器把1個元件連接在兩條母線之間，稱為一個不完整串。
線路串：在一個完整串中，2個元件都是線路，稱為線路串。
線路變壓器串：在一個完整串中，一個元件是線路，另一個元件是變壓器，稱為線路變壓器串。
3/2斷路器接線方式的優缺點
優點
運行調度靈活---正常運行時兩條母線和全部斷路器全部投入運行，形成多環路 供電方式。
倒閘操作方便---隔離開關一般僅作檢修用，避免了雙母線接線時用隔離開關進行倒母線的操作。當一條母線停電時，回路不需要切換，任何一臺斷路器檢修各回路仍按原方式運行，也不需要切換?！具\行規程4.4.2規定：電網正常時，220kV及以下隔離開關可以拉、合 3/2接線的母線環流（需具備3串運行）。】
運行可靠性高---每一回路由兩臺斷路器供電，合環運行時，發生母線故障或單個斷路器故障退出運行，都不會導致出線停電。對于完整串，即使是雙母線故障，也可保證出線與系統最低限度的連接。
缺點
投資費用大，保護及二次回路接線復雜。
CT的配置及電流回路
1、電流互感器的配置
3/2斷路器接線采用敞開式斷路器時，每串只需配置3組CT。靠母線側的CT有6個二次繞組，中間的CT有7個二次繞組。具體配置如下圖所示。
這樣的CT配置存在一個問題：保護在斷路器和CT之間存在死區，發生故障時不能瞬間切除。這一問題的存在可分為母線側斷路器與CT之間故障、中間斷路器與CT之間故障兩種情況來討論，見下圖。
當故障發生在K1或K3點時，故障點處于線路保護區外、母差保護區內，母差保護動作跳開邊開關，但此時故障并未消除。由于采用3/2斷路器接線，母差保護動作不能使線路高頻保護停信，使線路對側斷路器瞬時跳閘，同時，由于在線路L1的保護區外，中開關也不能瞬時跳閘。因此，當故障發生在K1或K3點時，要靠線路對側保護二段帶時限切除，后果是延長了故障切除時間，對系統穩定不利。
當故障發生在K2點時，對于線路L2屬于內部故障，而對于線路L1屬于外部故障，當L2保護瞬時動作跳開2212和2213后，故障并沒有消除，需靠2212失靈保護動作斷開2211和線路L1對側的開關，才最后切除故障，其后果與前一種相同。
在220kV系統中發生這種故障，其后果相當嚴重。但仔細分析，發生這種故障的機率是極少的。另外，也可在設計上采用相應措施，將這種故障機率減到最小。現以K1點故障為例加以說明。K1點故障有3種可能：斷路器外絕緣閃絡、引線對地閃絡、CT外絕緣閃絡，見下圖。
2、電流回路接線
在3/2斷路器接線中，每個元件的測量裝置需接入相鄰的兩臺CT測量用線圈的和電流回路，線路保護要接入相鄰的兩臺CT保護用線圈的和電流回路，見下圖。
CT的和電流接線方式有兩種：
2212、2213：
3、CT的配置和電流接線方式對測量和保護的影響
對測量回路的影響
正常運行時，對測量回路沒任何影響。當一個元件相鄰的兩個斷路器之一斷開時，與之對應的CT一次側無電流，但二次側仍并聯在CT的和回路中，也就是說它變成了同回路中另一臺CT的負載。此時，在與斷開斷路器對應的CT中流有勵磁阻抗電流，我們稱之為汲出電流。顯然，由于汲出電流的存在，增大了測量回路的誤差，但由于正常運行時，CT鐵心不飽和，其勵磁阻抗很大（一般在幾千歐姆）， 因此，汲出電流很小，引起的誤差可以忽略不計。
對保護的影響
在一次系統發生故障時，CT的一次側往往流過很大的短路電流，在這種情況下，CT的鐵芯容易飽和，使勵磁阻抗下降，汲出電流增大，尤其是對于閉合鐵芯的CT更為嚴重。這有可能引起保護裝置拒動或非選擇動作，所以在計算保護動作定值時要考慮到汲出電流的影響。
PT的配置及電壓回路
3/2斷路器接線的PT配置的一般原則如下：
控制回路的特點
3/2斷路器接線中，每個完整串的邊開關控制回路只與一個元件的保護和重合閘回路有聯系，而中開關控制回路與兩個元件的保護和重合閘回路都有聯系，接線比較復雜。中開關控制回路主要特點如下：
3/2斷路器接線保護
3/2斷路器接線的斷路器失靈保護
3/2斷路器接線中的斷路器失靈保護與雙母線接線的斷路器失靈保護相比有以下特點：
遠方跳閘裝置
我們以一個完整串中的兩個元件都是線路的情況，舉例說明3/2斷路器接線方式設置遠方跳閘裝置的必要性。見下圖。
當B線終端K點發生故障，B線兩端保護裝置動作，跳開斷路器2216及本端的2272和2273。此時，若斷路器2272本身拒動，則2272的斷路器失靈保護動作可以跳開斷路器2271，但短路故障仍然存在，需要跳開線路A對端的斷路器2214才能切除故障。一般情況下，2214處的保護對線路B線末端發生短路故障的靈敏度不足，不能可靠跳閘，因此必須在2272處裝設由斷路器失靈保護啟動發信裝置，發出跳閘命令，在2214、2216處裝設收信裝置，在收到對端2272發來的跳閘命令激將對應的斷路器2214（或2216）跳開。
遠方跳閘裝置是直接發跳閘命令的，為了提高跳閘的可靠性，目前采用下列方式：
短引線保護
短引線保護是3/2斷路器接線方式所特需的。當串中的元件（線路或變壓器）停電，對應的-2刀閘拉著，該串斷路器仍保留運行時，為保證該元件（線路或變壓器）對應的兩CT之間的短引線發生故障時能夠快速切除，需裝設短引線保護。短引線保護為簡單式三相電流差動保護。
當線路正常運行時，該保護退出運行（功能壓板和跳閘出口壓板均退出，同時，由對應的-2刀閘輔助接點從裝置內部將該保護退出）。
當串中的元件（線路或變壓器）停電，對應的-2刀閘拉著，該串斷路器仍保留運行時，運行人員應將短引線保護投入運行。
自動重合閘
綜合重合閘的運行方式：
500kV和220kV線路都裝有綜合重合閘裝置。在3/2斷路器接線情況下，線路故障時，要跳開相鄰的兩臺斷路器，在重合時，為了減少斷路器動作次數，縮短永久性故障切除時間，在故障跳閘后，一般采用先后合閘方式進行重合。即先重合邊開關，如此時故障已經消除（瞬時性故障），經一定延時后，再合上中開關。如果是永久性故障，則邊開關重合不成功，閉鎖中開關重合。對應的線路保護動作，并同時向兩臺斷路器發出跳閘命令，并不再重合。
如果邊開關重合閘拒動，中開關仍能重合。
為什么先重合邊開關，后重合中開關？
防止重合遇故障，對本串的另外一條出現或變壓器造成再次沖擊。
元件：兩臺斷路器之間的引出線(線路或者變壓器)，稱為元件。
完整串：用3臺斷路器把2個元件連接在兩條母線之間，稱為一個完整串。
不完整串：如果用2臺斷路器把1個元件連接在兩條母線之間，稱為一個不完整串。
線路串：在一個完整串中，2個元件都是線路，稱為線路串。
線路變壓器串：在一個完整串中，一個元件是線路，另一個元件是變壓器，稱為線路變壓器串。
3/2斷路器接線方式的優缺點
優點
運行調度靈活---正常運行時兩條母線和全部斷路器全部投入運行，形成多環路 供電方式。
倒閘操作方便---隔離開關一般僅作檢修用，避免了雙母線接線時用隔離開關進行倒母線的操作。當一條母線停電時，回路不需要切換，任何一臺斷路器檢修各回路仍按原方式運行，也不需要切換?！具\行規程4.4.2規定：電網正常時，220kV及以下隔離開關可以拉、合 3/2接線的母線環流（需具備3串運行）。】
運行可靠性高---每一回路由兩臺斷路器供電，合環運行時，發生母線故障或單個斷路器故障退出運行，都不會導致出線停電。對于完整串，即使是雙母線故障，也可保證出線與系統最低限度的連接。
缺點
投資費用大，保護及二次回路接線復雜。
CT的配置及電流回路
1、電流互感器的配置
3/2斷路器接線采用敞開式斷路器時，每串只需配置3組CT。靠母線側的CT有6個二次繞組，中間的CT有7個二次繞組。具體配置如下圖所示。
這樣的CT配置存在一個問題：保護在斷路器和CT之間存在死區，發生故障時不能瞬間切除。這一問題的存在可分為母線側斷路器與CT之間故障、中間斷路器與CT之間故障兩種情況來討論，見下圖。
當故障發生在K1或K3點時，故障點處于線路保護區外、母差保護區內，母差保護動作跳開邊開關，但此時故障并未消除。由于采用3/2斷路器接線，母差保護動作不能使線路高頻保護停信，使線路對側斷路器瞬時跳閘，同時，由于在線路L1的保護區外，中開關也不能瞬時跳閘。因此，當故障發生在K1或K3點時，要靠線路對側保護二段帶時限切除，后果是延長了故障切除時間，對系統穩定不利。
當故障發生在K2點時，對于線路L2屬于內部故障，而對于線路L1屬于外部故障，當L2保護瞬時動作跳開2212和2213后，故障并沒有消除，需靠2212失靈保護動作斷開2211和線路L1對側的開關，才最后切除故障，其后果與前一種相同。
在220kV系統中發生這種故障，其后果相當嚴重。但仔細分析，發生這種故障的機率是極少的。另外，也可在設計上采用相應措施，將這種故障機率減到最小。現以K1點故障為例加以說明。K1點故障有3種可能：斷路器外絕緣閃絡、引線對地閃絡、CT外絕緣閃絡，見下圖。
斷路器外絕緣閃絡將造成斷路器故障，靠斷路器失靈保護動作切除，與CT的位置無關。
引線對地閃絡相當于空氣間隙擊穿，機率極小。
CT外絕緣閃絡，往往是CT的頭部對地放電。
CT一次繞組對外的引線，一端是帶小瓷套的絕緣端，另一端是與頭部等電位的非絕緣端。當CT的頭部對地放電時，實際上是非絕緣端對地短路，如果正確地選擇CT一次繞組引出線絕緣端的朝向，就可以使這種對地閃絡故障點位于線路保護區內。
實際上只要將CT一次繞組引出線的絕緣端始終朝著斷路器布置，則CT頭部對地閃絡故障就位于線路保護區內，由線路保護瞬時動作，跳開1DL、2DL切除故障，既不會延遲切除故障，也不會擴大事故。
引線對地閃絡相當于空氣間隙擊穿，機率極小。
CT外絕緣閃絡，往往是CT的頭部對地放電。
CT一次繞組對外的引線，一端是帶小瓷套的絕緣端，另一端是與頭部等電位的非絕緣端。當CT的頭部對地放電時，實際上是非絕緣端對地短路，如果正確地選擇CT一次繞組引出線絕緣端的朝向，就可以使這種對地閃絡故障點位于線路保護區內。
實際上只要將CT一次繞組引出線的絕緣端始終朝著斷路器布置，則CT頭部對地閃絡故障就位于線路保護區內，由線路保護瞬時動作，跳開1DL、2DL切除故障，既不會延遲切除故障，也不會擴大事故。
2、電流回路接線
在3/2斷路器接線中，每個元件的測量裝置需接入相鄰的兩臺CT測量用線圈的和電流回路，線路保護要接入相鄰的兩臺CT保護用線圈的和電流回路，見下圖。
CT的和電流接線方式有兩種：
從CT引到端子箱，在端子箱內接成和電流，然后引到保護盤、電度表盤和測控裝置等，這樣接線可以節省電纜，但在保護區內發生故障時，CT的負擔較重。
從CT引到端子箱，再從端子箱引到保護盤、電度表盤和測控裝置，然后在屏上接成和電流，這樣接線比較費電纜，但在保護區內發生故障時，CT的負擔較輕，同時也便于加裝隔離措施。
從CT引到端子箱，再從端子箱引到保護盤、電度表盤和測控裝置，然后在屏上接成和電流，這樣接線比較費電纜，但在保護區內發生故障時，CT的負擔較輕，同時也便于加裝隔離措施。
2212、2213：
從CT引到2212端子箱和2213端子箱，再引到2213斷路器及短引線保護屏，在斷路器及短引線保護屏接成和電流。
變壓器差動保護不能直接接入和電流回路，要將相鄰的兩臺CT保護用線圈分別接入差動繼電器的制動繞組，這樣接線的優點是故障點發生在變壓器高壓側的差動保護范圍之外時，流入差動繼電器制動繞組的電流大，能有效防止外部故障時差動繼電器誤動作。
在有些設計中，為了簡化接線，讓短引線保護和失靈保護共用一套CT線圈。
變電站短引線和失靈保護各用一套CT線圈。6、7串有單獨的短引線保護盤。其他串的短引線保護和斷路器保護集合在一塊屏里。
變壓器差動保護不能直接接入和電流回路，要將相鄰的兩臺CT保護用線圈分別接入差動繼電器的制動繞組，這樣接線的優點是故障點發生在變壓器高壓側的差動保護范圍之外時，流入差動繼電器制動繞組的電流大，能有效防止外部故障時差動繼電器誤動作。
在有些設計中，為了簡化接線，讓短引線保護和失靈保護共用一套CT線圈。
變電站短引線和失靈保護各用一套CT線圈。6、7串有單獨的短引線保護盤。其他串的短引線保護和斷路器保護集合在一塊屏里。
3、CT的配置和電流接線方式對測量和保護的影響
對測量回路的影響
正常運行時，對測量回路沒任何影響。當一個元件相鄰的兩個斷路器之一斷開時，與之對應的CT一次側無電流，但二次側仍并聯在CT的和回路中，也就是說它變成了同回路中另一臺CT的負載。此時，在與斷開斷路器對應的CT中流有勵磁阻抗電流，我們稱之為汲出電流。顯然，由于汲出電流的存在，增大了測量回路的誤差，但由于正常運行時，CT鐵心不飽和，其勵磁阻抗很大（一般在幾千歐姆）， 因此，汲出電流很小，引起的誤差可以忽略不計。
對保護的影響
在一次系統發生故障時，CT的一次側往往流過很大的短路電流，在這種情況下，CT的鐵芯容易飽和，使勵磁阻抗下降，汲出電流增大，尤其是對于閉合鐵芯的CT更為嚴重。這有可能引起保護裝置拒動或非選擇動作，所以在計算保護動作定值時要考慮到汲出電流的影響。
PT的配置及電壓回路
3/2斷路器接線的PT配置的一般原則如下：
每回線路配置三相PT，作為保護、測量、計量和同期裝置 等使用。
母線一般只需裝設單相PT。
3/2斷路器接線中每個元件的保護電壓回路一般不考慮接母線PT，其主要原因如下：
如接母線PT，需經電壓切換回路才能接到保護裝置，與雙母線接線時電壓切換回路不同，此時，切換回路要串入有關的斷路器和刀閘的輔助接點，接線復雜，可靠性低；
當母線停電，母線側斷路器斷開時，元件不應停電，但因母線側斷路器斷開，相應的切換回路也斷開了，有可能使線路保護失去電壓，造成阻抗繼電器誤動。
母線一般只需裝設單相PT。
3/2斷路器接線中每個元件的保護電壓回路一般不考慮接母線PT，其主要原因如下：
如接母線PT，需經電壓切換回路才能接到保護裝置，與雙母線接線時電壓切換回路不同，此時，切換回路要串入有關的斷路器和刀閘的輔助接點，接線復雜，可靠性低；
當母線停電，母線側斷路器斷開時，元件不應停電，但因母線側斷路器斷開，相應的切換回路也斷開了，有可能使線路保護失去電壓，造成阻抗繼電器誤動。
控制回路的特點
3/2斷路器接線中，每個完整串的邊開關控制回路只與一個元件的保護和重合閘回路有聯系，而中開關控制回路與兩個元件的保護和重合閘回路都有聯系，接線比較復雜。中開關控制回路主要特點如下：
（1）在合閘回路中，兩個元件重合閘出口繼電器的接點均需接到中開關的合閘回路；
（2）兩個元件的保護三相跳閘和單相跳閘出口均需接到中開關的三相跳閘和單相跳閘回路；
（3）中開關的閉鎖重合閘回路需要接到兩個元件的重合閘回路；
（4）兩個元件的重合閘回路均需要用到中開關的合閘或跳閘位置繼電器接點，所以，要求中開關的跳、合閘位置繼電器能有多個接點輸出。
（2）兩個元件的保護三相跳閘和單相跳閘出口均需接到中開關的三相跳閘和單相跳閘回路；
（3）中開關的閉鎖重合閘回路需要接到兩個元件的重合閘回路；
（4）兩個元件的重合閘回路均需要用到中開關的合閘或跳閘位置繼電器接點，所以，要求中開關的跳、合閘位置繼電器能有多個接點輸出。
3/2斷路器接線保護
3/2斷路器接線的斷路器失靈保護
3/2斷路器接線中的斷路器失靈保護與雙母線接線的斷路器失靈保護相比有以下特點：
1、為判別斷路器拒動，需要在每臺斷路器的CT回路中裝設電流判別元件。這是因為電流判別元件如果裝在和電流回路，則不能判別是哪臺斷路器拒動。所以，3/2斷路器接線中的斷路器失靈保護的元器件數量較多。
2、每一元件（線路或變壓器）的保護出口接點，需和兩個斷路器的電流判別元件相連，而中開關的電流判別元件又需要和完整串中的兩個元件（線路或變壓器）的保護出口接點相連，這種互相聯系，使得失靈保護的啟動回路難以實現單元化。
3、當失靈保護的判別元件與接和電流保護共用CT時，為了滿足暫態特性要求，需采用鐵芯帶間隙的CT。如前所述，由于考慮汲出電流的影響，使電流判別元件的定值提高，其靈敏度有所降低。
4、靠近兩母線側的斷路器失靈保護應啟動各自母線保護出口繼電器，使該母線上的所有斷路器跳閘，并使中間斷路器也跳閘。中間斷路器失靈保護動作后應使靠近兩母線側的斷路器跳閘，并均應啟動兩套遠方跳閘發信裝置，遠跳線路對側斷路器。
5、在線路變壓器串中，當變壓器內部故障，中開關拒動時，除了跳開另一元件（線路）的邊開關外，還需通過遠方跳閘裝置，跳開線路對側的開關。所以，3/2斷路器接線中的斷路器失靈保護需要有遠方跳閘裝置配合。
6、3/2斷路器接線中的斷路器失靈保護的構成方式有兩種，即集中式和分散式。集中式將一個配電裝置的失靈保護集中在幾面屏上，構成專用失靈保護屏；分散式即每臺斷路器設置一套失靈保護，分別裝在每臺斷路器保護單元中。
2、每一元件（線路或變壓器）的保護出口接點，需和兩個斷路器的電流判別元件相連，而中開關的電流判別元件又需要和完整串中的兩個元件（線路或變壓器）的保護出口接點相連，這種互相聯系，使得失靈保護的啟動回路難以實現單元化。
3、當失靈保護的判別元件與接和電流保護共用CT時，為了滿足暫態特性要求，需采用鐵芯帶間隙的CT。如前所述，由于考慮汲出電流的影響，使電流判別元件的定值提高，其靈敏度有所降低。
4、靠近兩母線側的斷路器失靈保護應啟動各自母線保護出口繼電器，使該母線上的所有斷路器跳閘，并使中間斷路器也跳閘。中間斷路器失靈保護動作后應使靠近兩母線側的斷路器跳閘，并均應啟動兩套遠方跳閘發信裝置，遠跳線路對側斷路器。
5、在線路變壓器串中，當變壓器內部故障，中開關拒動時，除了跳開另一元件（線路）的邊開關外，還需通過遠方跳閘裝置，跳開線路對側的開關。所以，3/2斷路器接線中的斷路器失靈保護需要有遠方跳閘裝置配合。
6、3/2斷路器接線中的斷路器失靈保護的構成方式有兩種，即集中式和分散式。集中式將一個配電裝置的失靈保護集中在幾面屏上，構成專用失靈保護屏；分散式即每臺斷路器設置一套失靈保護，分別裝在每臺斷路器保護單元中。
遠方跳閘裝置
我們以一個完整串中的兩個元件都是線路的情況，舉例說明3/2斷路器接線方式設置遠方跳閘裝置的必要性。見下圖。
當B線終端K點發生故障，B線兩端保護裝置動作，跳開斷路器2216及本端的2272和2273。此時，若斷路器2272本身拒動，則2272的斷路器失靈保護動作可以跳開斷路器2271，但短路故障仍然存在，需要跳開線路A對端的斷路器2214才能切除故障。一般情況下，2214處的保護對線路B線末端發生短路故障的靈敏度不足，不能可靠跳閘，因此必須在2272處裝設由斷路器失靈保護啟動發信裝置，發出跳閘命令，在2214、2216處裝設收信裝置，在收到對端2272發來的跳閘命令激將對應的斷路器2214（或2216）跳開。
遠方跳閘裝置是直接發跳閘命令的，為了提高跳閘的可靠性，目前采用下列方式：
（1）不通過就地故障判別元件，選用“二取二”瞬時跳閘方式。
所謂“二取二”方式是指：使用兩套遠方收發信設備，兩個通道，兩個不同的工作頻率。只有當這兩套裝置同時動作發出跳閘命令時，才允許對端斷路器跳閘。本端只裝發信裝置，對端只裝收信裝置。
（2）收信裝置端增加就地故障判別元件控制的“二取一”延時跳閘方式。即兩套遠方跳閘收信裝置中任一套收到跳閘命令后，需經故障判別元件判斷確實存在故障，才允許延時跳閘。
所謂“二取二”方式是指：使用兩套遠方收發信設備，兩個通道，兩個不同的工作頻率。只有當這兩套裝置同時動作發出跳閘命令時，才允許對端斷路器跳閘。本端只裝發信裝置，對端只裝收信裝置。
（2）收信裝置端增加就地故障判別元件控制的“二取一”延時跳閘方式。即兩套遠方跳閘收信裝置中任一套收到跳閘命令后，需經故障判別元件判斷確實存在故障，才允許延時跳閘。
短引線保護
短引線保護是3/2斷路器接線方式所特需的。當串中的元件（線路或變壓器）停電，對應的-2刀閘拉著，該串斷路器仍保留運行時，為保證該元件（線路或變壓器）對應的兩CT之間的短引線發生故障時能夠快速切除，需裝設短引線保護。短引線保護為簡單式三相電流差動保護。
當線路正常運行時，該保護退出運行（功能壓板和跳閘出口壓板均退出，同時，由對應的-2刀閘輔助接點從裝置內部將該保護退出）。
當串中的元件（線路或變壓器）停電，對應的-2刀閘拉著，該串斷路器仍保留運行時，運行人員應將短引線保護投入運行。
自動重合閘
綜合重合閘的運行方式：
（1）綜合重合閘方式：單相故障跳開單相后單相重合，重合在永久性故障上跳開三相；相間故障跳開三相后三相重合，重合在永久性故障上再跳開三相。
（2）三相重合閘方式：任何類型故障均跳開三相，三相重合（檢查同期或無電壓），重合在永久性故障上時再跳開三相。
（3）單相重合閘方式：單相故障跳開單相，單相重合，重合在永久性故障上后跳開三相，相間故障跳開三相后不再重合。
（4）停用：任何故障跳三相，不重合。
（2）三相重合閘方式：任何類型故障均跳開三相，三相重合（檢查同期或無電壓），重合在永久性故障上時再跳開三相。
（3）單相重合閘方式：單相故障跳開單相，單相重合，重合在永久性故障上后跳開三相，相間故障跳開三相后不再重合。
（4）停用：任何故障跳三相，不重合。
500kV和220kV線路都裝有綜合重合閘裝置。在3/2斷路器接線情況下，線路故障時，要跳開相鄰的兩臺斷路器，在重合時，為了減少斷路器動作次數，縮短永久性故障切除時間，在故障跳閘后，一般采用先后合閘方式進行重合。即先重合邊開關，如此時故障已經消除（瞬時性故障），經一定延時后，再合上中開關。如果是永久性故障，則邊開關重合不成功，閉鎖中開關重合。對應的線路保護動作，并同時向兩臺斷路器發出跳閘命令，并不再重合。
如果邊開關重合閘拒動，中開關仍能重合。
為什么先重合邊開關，后重合中開關？
防止重合遇故障，對本串的另外一條出現或變壓器造成再次沖擊。
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