摘要: 分析了目前斷路器失靈保護(hù)投入率較低的原因, 并對(duì)高壓電網(wǎng)斷路器失靈保護(hù)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討。闡述了保護(hù)動(dòng)作信息和斷路器" 有流" 信息的" 與" 邏輯解除電壓閉鎖方案的可行性和通用性, 進(jìn)而提出了可行的解決方案。
0 引言
斷路器失靈保護(hù)是指故障電氣設(shè)備的繼電保護(hù)動(dòng)作發(fā)出跳閘命令而斷路器拒動(dòng)時(shí),
利用故障設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作信息與拒動(dòng)斷路器的電流信息構(gòu)成對(duì)斷路器失靈的判別, 能夠以較短的時(shí)限切除同一廠站內(nèi)其他有關(guān)的斷路器,使停電范圍限制在最小,從而保證整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行, 避免造成發(fā)電機(jī)、變壓器等故障元件的嚴(yán)重?zé)龘p和電網(wǎng)的崩潰瓦解事故。斷路器拒動(dòng)是電網(wǎng)故障情況下又疊加斷路器操作失靈的雙重故障, 允許當(dāng)降低其保護(hù)要求,但必須以最終能切除故障為原則。在現(xiàn)代高壓和超高壓電網(wǎng)中,斷路器失靈保護(hù)作為一種近后備保護(hù)方式得到了普遍采用。
1 失靈保護(hù)的基本構(gòu)成及作用
失靈保護(hù)由電壓閉鎖元件、保護(hù)動(dòng)作與電流判別構(gòu)成的啟動(dòng)回路、時(shí)間元件及跳閘出口回路組成。
啟動(dòng)回路是保證整套保護(hù)正確工作的關(guān)鍵之一, 必須安全可靠, 應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙重判別, 防止單一條件判斷斷路器失靈,
以及因保護(hù)觸點(diǎn)卡澀不返回或誤碰、誤通電等造成的誤啟動(dòng)。啟動(dòng)回路包括啟動(dòng)元件和判別元件,2 個(gè)元件構(gòu)成" 與" 邏輯,如圖1 所示。
啟動(dòng)元件通常利用斷路器自動(dòng)跳閘出口回路本身, 可直接用瞬時(shí)返回的出口跳閘繼電器觸點(diǎn), 也可與出口跳閘繼電器并聯(lián)的、瞬時(shí)返回的輔助中間繼電器觸點(diǎn), 觸點(diǎn)動(dòng)作不復(fù)歸表示斷路器失靈。沙吐別
元件以不同的方式鑒別故障確未消除。現(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備采用相電流( 線路) 、零序電流( 變壓器) 的" 有流"判別方式。保護(hù)動(dòng)作后, 回路中仍有電流,說(shuō)明故障確未消除。時(shí)間元件是斷路器失靈保護(hù)的中間環(huán)節(jié), 為了防止單一時(shí)間元件故障造成失靈保護(hù)誤動(dòng),時(shí)間元件應(yīng)與啟動(dòng)回路構(gòu)成" 與" 邏輯后,再啟動(dòng)出白繼電器。失靈保護(hù)的電壓閉鎖一般由母線低電壓、負(fù)序電壓和零序電壓繼電器構(gòu)成。當(dāng)失靈保護(hù)與母差保護(hù)共用出口跳閘回路時(shí), 它們也共用電壓閉鎖元件。
2 存在的主要問(wèn)題和改進(jìn)措施
2 . 1 線路失靈保護(hù)存在的問(wèn)題常規(guī)的斷路器失靈保護(hù)都是采用能夠快速?gòu)?fù)歸的相電流元件作為斷路器未斷開(kāi)的判別元件, 該判別元件繼電器的觸點(diǎn)與保護(hù)觸點(diǎn)配合分別構(gòu)成單相跳閘和三相跳閘啟動(dòng)失靈回路, 加裝判別元件就是
為了防止保護(hù)出口觸點(diǎn)卡住不返回,或者誤碰、誤通電等情況時(shí)造成開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)誤啟動(dòng), 進(jìn)而使失靈保護(hù)工作更安全可靠[41 。但在實(shí)際整定過(guò)程中, 由于要考慮系統(tǒng)運(yùn)行方式以及母聯(lián)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后線路末端故障時(shí)相電流元件仍應(yīng)有足夠的靈敏度,因此, 其定值很難躲過(guò)正常運(yùn)行的負(fù)荷電流, 這就導(dǎo)致在線路正常運(yùn)行時(shí), 電流判別元件一直處于動(dòng)作狀態(tài), 因而,并沒(méi)有起到防止誤動(dòng)的把關(guān)作用。
事實(shí)上, 失靈保護(hù)在沒(méi)有加裝復(fù)合電壓閉鎖前,系統(tǒng)中會(huì)有傳動(dòng)保護(hù)時(shí)因忘記斷開(kāi)啟動(dòng)失靈的連線( 開(kāi)關(guān)失靈電流判別元件處于動(dòng)作狀態(tài)) 等原因而造成失靈保護(hù)誤動(dòng)作的情況。如果正常運(yùn)行時(shí),失靈保護(hù)相電流判別元件不動(dòng)作,則完全可以避免這些誤動(dòng)。另外, 對(duì)于電磁型繼電器, 當(dāng)負(fù)荷電流與定值接近時(shí), 將造成繼電器舌片和觸點(diǎn)的抖動(dòng), 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行就會(huì)使繼電器的轉(zhuǎn)軸脫落,使失靈保護(hù)拒動(dòng)。
2 . 2 發(fā)變組、變壓器失員保護(hù)存在的問(wèn)題及解決措施
由于在變壓器低壓側(cè)發(fā)生內(nèi)部故障( 或者發(fā)變組高壓開(kāi)關(guān)出現(xiàn)缺相運(yùn)行) 時(shí), 裝設(shè)于母差保護(hù)中的只反應(yīng)2 0 kV 側(cè)復(fù)合電壓的失靈保護(hù)電壓閉鎖元件往往不能開(kāi)放, 因而變壓器、發(fā)變組啟動(dòng)失靈保護(hù)除了要注意將瓦斯保護(hù)( 或其他觸點(diǎn)會(huì)延時(shí)返回的保護(hù)) 出口和電氣量出口分開(kāi)外, 還應(yīng)注意復(fù)合電壓閉鎖元件的解鎖問(wèn)題?？梢圆扇∫韵麓胧?。
l) 對(duì)2 2 0 k v 發(fā)變組, 可用" 電流判別+ 保護(hù)出口十合閘位置繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)" 相串聯(lián)構(gòu)成與門的方式解鎖。電流判別元件可采用零序電流和相電流并聯(lián)的方式( 或門) 構(gòu)成; 保護(hù)出口為跳高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的出口。此外, 還可在解鎖回路中加人壓板,以備在某種特殊情況下發(fā)變組高壓開(kāi)關(guān)檢修時(shí), 斷開(kāi)該解鎖回路。
|<12>>
2) 對(duì)于變壓器失靈保護(hù), 可用" 電流判別+ 保護(hù)出口十復(fù)合電壓閉鎖觸點(diǎn)" 相串聯(lián)構(gòu)成與門的方式解鎖。電流判別元件可采用零序電流和相電流并聯(lián)的方式( 或門) 構(gòu)成; 保護(hù)出口為跳高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的出口; 復(fù)合電壓閉鎖觸點(diǎn)應(yīng)為低壓側(cè)的復(fù)合電壓觸點(diǎn),電壓觸點(diǎn)動(dòng)作后應(yīng)延時(shí)返回。電壓閉鎖觸點(diǎn)中包括低壓側(cè)電壓, 主要是防止低壓側(cè)故障時(shí)高壓側(cè)復(fù)合電壓元件沒(méi)有靈敏度而不能開(kāi)放失靈保護(hù); 而延時(shí)返回主要是考慮如果變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作低壓開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后,低壓母線的電壓可能會(huì)立即恢復(fù)正常( 例如變壓器低壓側(cè)有小電源或變壓器低壓側(cè)并列運(yùn)行) ,從而沒(méi)有起到開(kāi)放閉鎖的作用。延時(shí)的時(shí)間應(yīng)保證即使是發(fā)生低壓側(cè)區(qū)內(nèi)故障, 差動(dòng)保護(hù)或低壓側(cè)后備保護(hù)能有足夠的時(shí)間啟動(dòng)失靈保護(hù)跳開(kāi)故障變壓器所在母線上的所有元件, 即延時(shí)時(shí)間應(yīng)大于低壓側(cè)保護(hù)出口后跳低壓開(kāi)關(guān)與跳蘭側(cè)開(kāi)關(guān)的整定時(shí)間之差( 一般為0 . 3 5 一0 . 5 5 ) ,加上失靈保護(hù)啟動(dòng)后跳開(kāi)故障變壓器母線上所有元件時(shí)間( 一般為0 . 5 5 ) ,考慮留有一定的裕度, 一般取3 5 即可。采用上述方式保證了誤傳動(dòng)時(shí)有電壓把關(guān), 而區(qū)外故障電壓開(kāi)放時(shí)有" 電流判別" 和" 保護(hù)出口"把關(guān)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在高壓開(kāi)關(guān)三相失靈時(shí)也能解鎖。此外, 變壓器低壓開(kāi)關(guān)檢修時(shí), 低壓母線可能失去電壓, 此時(shí)鎖回路中的電壓閉鎖將開(kāi)放, 因此, 還可在解鎖回路中串人壓板, 以備斷開(kāi)該解鎖回路。
2 . 3 電流判別元件靈敏度低的問(wèn)題
斷路器失靈保護(hù)的電流判別元件應(yīng)滿足在系統(tǒng)正常運(yùn)行及故障線路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后不動(dòng)作,同時(shí)在線路末端發(fā)生各種故障時(shí)有足夠的靈敏度, 這樣才能使電流判別元件起到出口把關(guān)的作用?？梢圆扇∫韵? 種方法: ¹ 用電流突變量啟動(dòng)元件對(duì)3 個(gè)相電流元件從邏輯上進(jìn)行閉鎖; 用電流突變量啟動(dòng)元件控制失靈啟動(dòng)電流繼電器動(dòng)作的正電源。
這樣, 系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí), 由于電流突變量啟動(dòng)元件不動(dòng)作, 開(kāi)關(guān)失靈電流判別元件不會(huì)動(dòng)作; 系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí), 電流突變量啟動(dòng)元件動(dòng)作后展寬一個(gè)時(shí)間( 大于后備保護(hù)的時(shí)間, 例如7 5 ) 開(kāi)放電流判別回路。電流突變量啟動(dòng)元件( 由正序和負(fù)序電流組成)應(yīng)能保證本線路末端發(fā)生故障時(shí)有足夠的靈敏度,能可靠啟動(dòng)。按上述方法構(gòu)成的失靈保護(hù)電流判別回路, 在正常運(yùn)行時(shí)由電流突變量元件保證其不會(huì)動(dòng)作, 在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后由相電流元件保證其不會(huì)動(dòng)作,
從而提高了系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)失靈保護(hù)的安全性。
當(dāng)斷路器失靈時(shí), 用于判別該斷路器失靈的電流判別元件必須可靠動(dòng)作才能保證失靈保護(hù)動(dòng)作出口。對(duì)于發(fā)電機(jī)、變壓器, 當(dāng)發(fā)生內(nèi)部匝間短路故障時(shí), 盡管差動(dòng)保護(hù)可以動(dòng)作出口,但高壓側(cè)斷路器處的電流測(cè)量元件感受到的故障電流不太大,達(dá)不到斷路器失靈的" 有流" 電流判別元件動(dòng)作值。這樣,就無(wú)法保證高壓側(cè)斷路器失靈時(shí)失靈保護(hù)正確動(dòng)作。由于發(fā)電機(jī)、變壓器內(nèi)部匝間短路故障時(shí),高壓側(cè)斷路器處的電流測(cè)量元件感受到的放障電流大小很不確定, 與短路匝數(shù)的關(guān)系很大。因此, 不太可能使" 有流" 判別方式的電流判別元件能靈敏地反應(yīng)這種故障并區(qū)別有故障與無(wú)故障川。
因此,筆者認(rèn)為, 此電流判別元件的定值應(yīng)整定得很小, 只要斷路器有電流流過(guò)就動(dòng)作, 在斷路器跳開(kāi)后可靠返回。隨著微機(jī)保護(hù)應(yīng)用范圍的不斷拓展,斷路器失靈電流判別元件的定值精度會(huì)很高, 而
且此電流判別元件用軟件實(shí)現(xiàn), 可以很好地避免類似于電流繼電器接點(diǎn)粘連造成的電流元件接點(diǎn)的不正確動(dòng)作狀態(tài)。失靈電流判別元件的定值應(yīng)與線路微機(jī)保護(hù)中習(xí)慣稱呼的" 無(wú)流鑒別元件"具有相同的整定值, 甚至可以不需要用戶整定。
3 應(yīng)用斷路器失靈保護(hù)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
1 ) 非電量保護(hù)作為斷路器失靈保護(hù)的啟動(dòng)量不合適。主變重瓦斯、壓力釋放、發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)出口不應(yīng)啟動(dòng)失靈保護(hù)。因?yàn)榉请娏勘Ｗo(hù)接點(diǎn)動(dòng)作和返回時(shí)間均較慢, 啟動(dòng)失靈保護(hù)可靠性差; 非電量保護(hù)動(dòng)作時(shí), 有時(shí)電流不會(huì)快速增加很多, 達(dá)不到失靈啟動(dòng)電流值, 此時(shí)失靈保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)。發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)出口設(shè)計(jì)為啟動(dòng)失靈保護(hù)的建議取消。
2) 后備保護(hù)不能直接啟動(dòng)失靈保護(hù)。將發(fā)電機(jī)反時(shí)限對(duì)稱過(guò)負(fù)荷保護(hù)、反時(shí)限不對(duì)稱過(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)激磁保護(hù)設(shè)計(jì)成出口啟動(dòng)失靈, 這是不合適的, 是原理上的錯(cuò)誤。" 程序跳閘" 的概念是,保護(hù)動(dòng)作出口時(shí)先關(guān)汽輪機(jī)主汽門,待發(fā)電機(jī)發(fā)生逆功率并達(dá)到逆功率定值且主汽門關(guān)閉接點(diǎn)閉合, 通過(guò)程序逆功率保護(hù)完成解列滅磁。汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉和發(fā)電機(jī)發(fā)生逆功率是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程, 一般超過(guò)1s 。而失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般整定0 . 3 5 跳母聯(lián),0.5 5 跳主斷路器。因此, 用保護(hù)啟動(dòng)程序跳閘的同時(shí)去啟動(dòng)失靈的做法, 一旦發(fā)生發(fā)變組故障必然引起失靈保護(hù)誤動(dòng)跳閘, 擴(kuò)大事故范圍。
3) 輔助保護(hù)不應(yīng)啟動(dòng)失靈保護(hù)。如主變冷卻器全停保護(hù)作為主變壓器的輔助保護(hù),該保護(hù)一旦動(dòng)作解列滅磁, 在短時(shí)間內(nèi)保護(hù)接點(diǎn)不會(huì)返回, 必須人為恢復(fù)冷卻器工作或備用電源后,保護(hù)接點(diǎn)才能返回, 易引起保護(hù)誤動(dòng)。因此, 此類保護(hù)不要啟動(dòng)失靈。有些電廠設(shè)計(jì)為啟動(dòng)失靈保護(hù),建議改正。
4) 區(qū)別發(fā)變組失靈保護(hù)與線路失靈保護(hù)的不同。首先, 由于大型發(fā)變組保護(hù)啟動(dòng)失靈保護(hù)的種類繁多, 各種保護(hù)的原理不相同, 因此,各種保護(hù)動(dòng)作和返回時(shí)間均不相同, 有快有慢。其次, 發(fā)變組一般采用三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān), 比線路分相操作開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng), 如L W6一2 。型S F 6 三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間不大于38 m s , L W6 一2 2 0 型S F 6 分相操作開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間不大于28 m s 。因此, 實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)對(duì)元件啟動(dòng)失靈保護(hù)與線路啟動(dòng)失靈保護(hù)加以區(qū)別,以提高保護(hù)的可靠性。方面的,其中斷路器失靈保護(hù)設(shè)計(jì)不規(guī)范引起失靈保護(hù)動(dòng)作可靠性低是造成失靈保護(hù)不能正常投人的主要原因。對(duì)失靈保護(hù)的要求是: ¹ 某斷路器的保護(hù)確已啟動(dòng)而不返回; 判斷該斷路器確實(shí)未被斷開(kāi); »增加故障判別元件,同時(shí), 為了提高可靠性, 判別元件的接點(diǎn)應(yīng)接于出口跳閘回路中, 并采取" 一對(duì)一"的接線方式, 即每一跳閘回路串有一對(duì)判別元件觸點(diǎn), 避免一對(duì)判別元件觸點(diǎn)控制幾個(gè)跳閘回路; ¼失靈保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)閉鎖重合閘, 避免再重合于故障。
參考文獻(xiàn)
[ 1 ]魯文軍. WS L 10 0 微機(jī)型斷路器失靈保護(hù)裝置的研制. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2 0 0 4 , 2 8 ( 1 2 ) : 95 一9 8 .
[2」張洪, 常風(fēng)然. 高壓電網(wǎng)的斷路器失靈保護(hù). 電力自動(dòng)化設(shè)備,20 0 3 , 2 3 ( 5 ) : 7 9 一8 1.
[ 3 ]毛為民. 隔離開(kāi)關(guān)操作引起失靈保護(hù)誤動(dòng)的分析. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2 0 0 2 , 2 6 ( 7 ) : 7 4 一7 6.
[ 4 ]續(xù)建國(guó). 斷路器失靈保護(hù)有關(guān)問(wèn)題的探討. 繼電器, 2 0 0 3 ,
[5]陳俊宇, 辛開(kāi)遠(yuǎn). 變壓器起動(dòng)失靈保護(hù)回路的完善. 華北電力技術(shù), 2 0 0 3 , ( 1 ) : 1 8一19 .
|<<<12
返回頂部