断路器三相不一致保护存在问题及对策探讨

作者：吴英山

来源：《科技资讯》 2014年第25期

吴英山

(清远供电局 广东清远 511500)

摘 要:通过对保护原理的分析,从电源配置、时间继电器、开关辅助接点以及跟防跳回路的配合等方面,对断路器三相不一致保护存在的安全隐患进行了具体的分析,提出了具有实践价值的应对措施,为其的安全可靠运行提供了较好的借鉴作用。

关键词:三相不一致 直流配置 运行维护 防跳回路

中图分类号:TM561 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)09(a)-0104-02

随着电网负荷水平不断攀升,输电线路负荷电流也不断增大,部分220 kV线路负荷电流已超过2000 A,而500 kV线路更有接近3500 A。当这类线路在非全相运行时,其零序电流就相当于负荷电流。此时与其相邻线线路的零序电流就可能很大,甚至大于零序后备保护的定值。若不快速切除非全相运行的线路,就可能导致相邻线误动,越级跳闸。同时,非全相运行导致电气设备出现的负序、零序等分量,对设备产生一定危害(高电压等级电气设备承受负序电流能力较低),特别大容量发电机、变压器。因此,断路器三相不一致保护虽然不是电力系统主保护,但它在运行中作用不容忽视,其得到了广泛的应用。多年的运行实践,断路器三相不一致保护得到了进一步的完善,也进一步暴露了其所存在的问题,值得我们进一步的探讨。

1 断路器三相不一致保护配置

按照运行技术要求,超高压220 kV断路器三相不一致保护安装在辅助保护和本体机构两个地方,并同时投入运行。

1.1 辅助保护中断路器三相不一致保护(俗称保护三相不一致)

如图1所示,当开关出现三相不一致时,启动回路(虚线框部分位置继电器接点)开入至辅助保护;此时判据负序或零序值满足定值,不一致保护动作跳闸(不启动重合闸不启动失灵)。

1.2 开关本体断路器三相不一致保护

如图2所示,启动回路(虚线框部分)由断路器本身的动合、动断接点DLHW串并联形成,压板在机构箱(也有不设压板的),且不经零序、负序电流元件闭锁(俗称本体三相不一致)。

2 直流配置方面存在问题及对策

由图1可以看出,当第一组电源失去时,启动回路失效,辅助保护中三相不一致保护两组跳闸出口将会拒动。

图2所示,断路器本体三相不一致启动回路(虚线框部分开关辅助接点)使用第一组控制电源,两组跳闸回路分别使用两组控制电源,并与断路器的两组跳闸线圈一一对应。可以看出第一组电源失去时,启动回路失效,不一致保护两组跳闸出口拒动。

针对存在问题,图1及图2的三相不一致起动回路电源可以采用第一组、第二组电源经电源切换装置后的电源,提高电源的可靠性,但是回路将会复杂化,不利于维护;可以在不改变回路的情况下,采取措施提高第一组电源的可靠性,而当出现第一组电源异常时候,必须要及时进行处理,这种方式具有极大的推广应用价值;对于新变电站设备或者有条件进行设备改造的,可以采用新型超高压开关,其具备双套从启动到跳闸都独立的本体不一致保护,并分别采用第一、二路直流供电,彻底解决了因单路直流供电,造成无法实现跳闸的问题。

3 运行维护方面存在问题及对策

3.1 时间继电器出现问题造成误动

由于本体三相不一致中时间继电器动作就出口跳闸,没有闭锁条件,因此要求其一定要可靠运行。不难理解,当出现单相接地故障时,时间继电器出现误整定或者由于元件的原因造成时间继电器时间异常,其动作时间出现躲不开重合闸时间的情况,这样断路器本体三相不一致保护将会误动作。参考文献[1]就是一例由于时间继电器误整定导致的事故。因此,有必要做好断路器本体三相不一致保护时间继电器的校验工作。在保护定检工作中,要重点检查时间继电器的性能,对运行可靠性差和离散值大的时间继电器,应尽快更换为可靠性高、稳定性好的时间继电器。

同时,严禁运行中误碰时间继电器。在2011年,广东某220 kV变电站的一条220 kV线路事故跳闸,但经检查发现,保护装置无保护动作,并经录波分析,跳闸时候电流电压正常,线路无故障发生。后来经过进一步的检查分析发现,线路跳闸原因为断路器机构箱本体三相不一致继电器没有安装挡板,在风力的作用下误碰导致。作为反事故措施,要求在开关机构箱继电器上安装挡板,以防误碰。

3.2 开关辅助接点问题

三相不一致保护位置起动条件有2种方式:一种是通过断路器分相操作性的2组合闸位置继电器的接点和1组跳闸位置继电器的接点进行串并联来作为断路器三相位置不一致的判定条件(如1所示);另一种是通过断路器本身的动合、动断接点DLHW进行串并联作为断路器三相位置不一致的判定条件(如图2所示)。两种位置起动条件都要求辅助断路器运行可靠。所以,除里采用质量好的辅助断路器外,还要做好检修工作的防腐检查工作,及时发现辅助断路器出现的锈蚀、触电卡涩问题,对不满足运行要求的辅助断路器及时进行更换。

从图2中可以看出,断路器本体三相不一致保护无任何闭锁条件,合位状态下开关只要常闭接点接通就出现跳闸,因此在其他异常信号需要检查开关辅助接点时特别注意,不要误以为开关辅助接点与跳闸无关而在没有采取相应措施就进行工作,否则将有可能导致事故的发生。

4 与防跳回路配合存在问题及对策

断路器防跳有两种方式:一是操作箱防跳;二是断路器就地防跳。

操作箱防跳基本原理:如图3所示,保护跳闸时启动防跳电流继电器TBJI,其电流接点闭合导通防跳电压继电器TBJV,一个电压接点自保持用;另一个断开合闸回路;如没有防跳回路,重合闸BHJ接点粘死,永久性故障时会出现保护跳断路器,重合闸合断路器,保护再跳,重合再合的死循环;有防跳回路时,保护跳闸TBJI接点动作,当BHJ接点粘死,断路器合闸,同时TBJV线圈带电并通过其自保持接点一直动作(直到BHJ断开时返回),另外一对接点断开合闸回路,保证断路器合闸回路异常时只合闸一次。

断路器就地防跳基本原理:如图4所示,利用开关合位辅助接点DL接通防跳继K3,其一个接点自保持用;另一个接点断开合闸回路,防止合闸接点短接死而引起开关多次跳合;断路器合位状态,DL常开接点已闭合,当合闸接点K粘死,K3线圈已带电并通过其自保持接点一直动作(直到K断开时返回),另外一对接点已经断开合闸回路,这时出现故障跳闸,断路器只跳不合。

从上面两个防跳原理中可以看出,操作箱防跳功能实现靠跳闸回路启动操作箱内防跳电流继电器,就地防跳功能实现靠断路器常开接点启动防跳继电器;而断路器本体三相不一致跳闸不经操作箱,因此不能启动操作箱内防跳回路。不难看出,当只使用操作箱防跳和本体三相不一致时,如果断路器符合三相不一致动作逻辑与合闸脉冲一直存在两个条件同时满足,将会造成断路器重合、再跳开、又重合的跳跃现象。例如:线路发生单相接地故障,保护跳开故障相,重合闸因故不能正确动作时(重合闸定值、压板、接线等错误),本体三相不一致保护动作跳开非故障相,如这时合闸脉冲一直存在(合闸接点粘死、合闸继电器异常等),将会造成非故障相断路器重合、三相不一致保护经延时再跳开、又重合的断路器跳跃现象。

而在现场工作中会出现只使用操作箱防跳和本体三相不一致情况。一方面,根据广东电网反措[2]要求,对于110 kV及以上的断路器,每个断路器应且只应使用一套防跳回路。为防止开关跳跃,每个断路器都应投入防跳回路。防跳回路可由开关本体实现也可由操作箱实现,但对于在开关本体与操作箱同时设计了防跳回路的,只应投入一套。为防止开关跳跃,必须考虑防跳回路;同时投入两套防跳回路时,可能导致跳合闸回路监视异常,甚至导致跳合闸回路异常;部分单位同时装设了两套防跳回路,其中一套在操作箱内,一套在开关内,此时应保证两套防跳回路均可投退,并修订相应的调度规程,确保当其中一套投入时,另一套应退出运行。另一方面,当出现以下情况时候,辅助保护三相不一致退出运行:电气量保护在某些条件下可能被闭锁,无法正确动作(如线路启动或运行负荷很小时非全相运行,由于经负序和零序闭锁,可能出现拒动情况);运行中220 kV线路辅助保护退出修改定值;运行中220 kV线路辅助保护异常退出。

从以上分析可知,在运行中不能因辅助保护为非主保护而有所疏忽,特别是当失灵电流判据从辅助保护改至母线保护后容易放松对辅助保护的维护,需要引起足够的重视;断路器本体三相不一致与防跳回路失去配合是在较极端情况下才会出现,但大家也应注意,避免长时间在只使用操作箱防跳和本体三相不一致情况下运行,减少事故发生的机会。也可以考虑增加回路,将断路器本体三相不一致回路纳入到防跳起动回路中,但是将增加回路的复杂性,有待进一步的探讨改进。

5 结语

电力系统的非全相运行存在很多复杂的问题,而断路器三相不一致保护是针对非全相运行而设置的辅助保护,它在运行中的作用不容忽视,其得到了广泛的应用。然而,多年的运行实践也暴露了断路器三相不一致保护所存在的问题,本文提出了具有实践价值的应对措施。但是,这依然是不够的,相关回路的完善及如何进一步提高元件的可靠性值得我们进一步的探讨。

参考文献

[1] 刘滨涛,金煜,黄倩,等.一起三相不一致保护保护误动分析[J]．广西电力,2009(3):39-41.

[2] 广东省电力调度中心.广东省电力系统继电保护反事故措施及释义(2007版)[M].北京:中国电力出版社,2008.