防粘保護(hù)在電力保護(hù)中的應(yīng)用探討

王 雷，姚 剛，劉 峰，王 輝

(劉家峽水電廠，甘肅 永靖 731600)

1 引言

在微機(jī)五防繼電保護(hù)得到廣泛應(yīng)用、自動(dòng)化程度日益提高的今天，依然可以看到有很多電力工作人員對(duì)這些自動(dòng)化設(shè)備抱有一種不信任的態(tài)度。甚至很多發(fā)電廠、變電站，對(duì)于一些較為重要的設(shè)備，包括已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的一些設(shè)備仍然要求日常操作只允許手動(dòng)操作。究其原因，二次系統(tǒng)可靠性不高是主要原因。隨著國外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)和消化，以及國內(nèi)科技水平的日益提高，二次設(shè)備的質(zhì)量已經(jīng)基本上可以滿足要求。但是由于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行要求二次回路長期始終帶電，且在正常情況下動(dòng)作越少，對(duì)電力系統(tǒng)影響就越小，時(shí)間一長，部分操動(dòng)機(jī)構(gòu)以及繼電器線圈、觸點(diǎn)等難免會(huì)有蒙塵及氧化現(xiàn)象，尤其是在我國北方地區(qū)沙塵比較大的地方，容易出現(xiàn)機(jī)構(gòu)卡澀、接觸不良、觸點(diǎn)燒熔、線圈過熱等問題，繼而造成事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。而變電設(shè)備是否能可靠運(yùn)行直接影響到輸變電生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)效益,所以保證變電設(shè)備處于健康狀態(tài)是非常重要的。

2 案例分析

下面就2個(gè)發(fā)生在電廠和變電廠的接點(diǎn)粘連典型案例進(jìn)行分析。

2.1 案例1

2.1.1 事故及處理經(jīng)過

在一次正常的排水泵遠(yuǎn)方啟動(dòng)試驗(yàn)中，某水電廠運(yùn)行人員按照操作規(guī)程在6 kV廠用配電室對(duì)該廠3號(hào)主排水泵進(jìn)行操作，在正常停泵后發(fā)現(xiàn)3號(hào)泵出口電動(dòng)閥正常關(guān)閉后自動(dòng)開啟，后經(jīng)手動(dòng)關(guān)閉后又再次自動(dòng)開啟，隨后在運(yùn)行人員切斷電動(dòng)閥電源后才關(guān)閉了該電動(dòng)閥。經(jīng)檢修人員檢查，電動(dòng)閥控制回路未見異常。

出現(xiàn)上述情況后，運(yùn)行人員在做好相關(guān)安全措施后，將6 kV配電室3號(hào)泵電源開關(guān)拉至試驗(yàn)位置進(jìn)行試驗(yàn)檢查，再次投入該泵電動(dòng)閥控制電源，電動(dòng)閥再次自動(dòng)打開。經(jīng)檢查，電動(dòng)閥開閥繼電器一直吸合，而3號(hào)泵主開關(guān)合不上。在將開關(guān)二次回路斷開并恢復(fù)一次后，開關(guān)自動(dòng)合閘，電動(dòng)閥再次自動(dòng)打開。后經(jīng)停電處理正常。

2.1.2 事故原因分析

3號(hào)排水泵作為該電廠的主排水泵，電壓等級(jí)為6 kV，其主開關(guān)二次回路中設(shè)有防跳躍閉鎖回路，其主要工作原理如圖1所示。

圖1 斷路器防跳躍閉鎖原理

所謂跳躍是指由于合閘回路手合或遙合接點(diǎn)粘連等原因，造成合閘輸出端一直帶有合閘電壓。當(dāng)開關(guān)因故跳開后，會(huì)馬上又合上，尤其在發(fā)生事故時(shí)保護(hù)動(dòng)作開關(guān)會(huì)再次跳開，因?yàn)橐恢奔佑泻祥l電壓，開關(guān)又會(huì)再次合上。對(duì)此現(xiàn)象，通俗的稱為“開關(guān)跳躍”。一旦發(fā)生開關(guān)跳躍，會(huì)導(dǎo)致開關(guān)損壞，嚴(yán)重的還會(huì)造成開關(guān)爆炸，所以防跳功能是操作回路里一個(gè)必不可少的部分。

在圖1中，防跳功能的實(shí)現(xiàn)是通過跳閘繼電器TBJ的電流線圈和電壓線圈來共同實(shí)現(xiàn)的。保護(hù)或人為跳閘時(shí)，TBJ動(dòng)作，在啟動(dòng)跳閘保持回路的同時(shí)，接于TBJV線圈回路的TBJ常閉接點(diǎn)TBJ-1打開，切斷合閘回路，同時(shí)TBJ-2閉合。如果此時(shí)合閘接點(diǎn)(包括手合或遙合或重合閘)是閉合的，則TBJ的電壓線圈帶電啟動(dòng)并自保持，使合閘回路始終處于斷開狀態(tài)，防止再次合閘，直至TBJ失壓復(fù)歸。這里需要注意一點(diǎn)：防跳功能是在跳閘時(shí)才啟動(dòng)的，通過TBJ來啟動(dòng)的，如果TBJ跳閘保持沒有啟動(dòng)，則也不能啟動(dòng)防跳。

經(jīng)多方分析，初步判定為3號(hào)泵6 kV主開關(guān)操作把手合閘接點(diǎn)因機(jī)構(gòu)問題發(fā)生粘連，合閘回路始終處于接通狀態(tài)，在正常停泵時(shí)跳閘回路也處于接通狀態(tài)，開關(guān)防跳躍閉鎖動(dòng)作，閉鎖了主開關(guān)的合閘操作。二次回路斷電后，防跳躍閉鎖自動(dòng)復(fù)歸，再次上電后，由于合閘回路一直接通，因而開關(guān)再次合閘。但是，出于管路安全和效率考慮，排水泵啟動(dòng)時(shí)出口電動(dòng)閥隨主開關(guān)合閘同時(shí)開啟，而停止時(shí)則先接通電動(dòng)閥關(guān)閉回路，電動(dòng)閥全關(guān)接點(diǎn)到位后才能啟動(dòng)主開關(guān)跳閘回路，這就導(dǎo)致了電動(dòng)閥的合閘控制回路實(shí)際上與主開關(guān)的控制回路并接于合閘把手之后，而不在主開關(guān)防跳躍閉鎖保護(hù)的范圍內(nèi)，這是導(dǎo)致這次故障過程中出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因。

2.1.3 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

在該案例中，可以看到3號(hào)泵主開關(guān)的防跳躍閉鎖回路動(dòng)作正確無誤，而由于主開關(guān)外觀檢查完好，操作把手接點(diǎn)的粘連又非常隱蔽，很難被發(fā)現(xiàn)。同時(shí)故障中發(fā)生異常動(dòng)作的部分在出口電動(dòng)閥，所以一開始都把目光集中在了電動(dòng)閥處，只是在排除了電動(dòng)閥及其控制回路的問題之后，才轉(zhuǎn)而從整個(gè)主排水泵保護(hù)回路著手排查問題，從而不僅耽誤了故障的排除，也耗費(fèi)了大量的人力物力。

2.2 案例二

2.2.1 事故過程

2010年下半年，某330 kV開關(guān)站母聯(lián)斷路器3321因?yàn)闄z修需要做安全措施，在運(yùn)行人員拉開母聯(lián)斷路器兩側(cè)隔離開關(guān)33211，33212刀閘，并對(duì)其接地刀閘332117進(jìn)行解鎖操作之后，332117接地刀閘自動(dòng)合閘。此次事故由于兩側(cè)隔離刀閘已經(jīng)拉開，故接地刀閘的自動(dòng)投入并未造成損失。

2.2.2 事故原因分析

經(jīng)檢查，332117接地刀閘操作把手合閘接點(diǎn)粘連。但是在此次操作過程中，在332117接地刀閘合閘之前，工作人員除解鎖外并未進(jìn)行與332117接地刀閘相關(guān)的操作。經(jīng)進(jìn)一步分析排查，在2010年春檢預(yù)試結(jié)束后的刀閘閉鎖試驗(yàn)過程中，332117操作把手的合閘接點(diǎn)發(fā)生粘連。由于試驗(yàn)中將隔離刀閘33211，33212閉鎖接地刀閘332117的試驗(yàn)放在了最后一項(xiàng)，在驗(yàn)證了其閉鎖關(guān)系成立，母聯(lián)斷路器一次、二次設(shè)備無異常之后即將其投入運(yùn)行。由于閉鎖關(guān)系一直存在，故在運(yùn)行過程中沒有發(fā)生任何問題，直到在這次檢修過程中，由于兩側(cè)隔離刀閘拉開，閉鎖解除，接地刀閘332117才合上。嚴(yán)格意義上講，這次的合閘令是半年前春檢預(yù)試過程中做刀閘閉鎖試驗(yàn)的時(shí)候發(fā)出的。

2.2.3 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

雖然這次接地刀閘的誤合并沒有造成嚴(yán)重的后果，但是可以看到，從閉鎖試驗(yàn)結(jié)束開始，接點(diǎn)粘連的故障就一直存在，也就是說接地刀閘合閘的命令就始終存在。春檢試驗(yàn)的目的原本是要發(fā)現(xiàn)故障，但是由于接點(diǎn)粘連的隱蔽性，同時(shí)刀閘本身的閉鎖關(guān)系也發(fā)揮了其正常的作用，試驗(yàn)中合閘操作未被執(zhí)行，導(dǎo)致了故障點(diǎn)始終未能被發(fā)現(xiàn)，設(shè)備也以正常設(shè)備投入運(yùn)行達(dá)半年之久，而且是發(fā)生在330 kV母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)上。由于該330 kV開關(guān)站不僅接入了某電廠3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組合計(jì)835 MW的負(fù)荷，同時(shí)還是西電東輸通道上的變電站之一，一旦此次的誤合發(fā)生在運(yùn)行設(shè)備上，其后果將不堪設(shè)想。

3 防粘保護(hù)回路探討

以上2個(gè)案例，雖然都沒有造成嚴(yán)重后果，但是可以看到，案例1耗費(fèi)了大量的人力物力，案例2給電廠乃至整個(gè)電網(wǎng)埋下了巨大的設(shè)備隱患。筆者從事發(fā)電運(yùn)行工作幾年來，除了以上2個(gè)案例，還經(jīng)歷了多次由于接點(diǎn)粘連、繼電器老化卡澀而導(dǎo)致的電機(jī)燒毀、回路熔斷等大小故障。

綜合這些故障，雖然它們的動(dòng)作情況、保護(hù)回路都不一樣，但是它們有一個(gè)共性，就是二次回路接點(diǎn)的粘連。由于這種故障具有很大的隱蔽性，同時(shí)這一類故障本身很少直接導(dǎo)致嚴(yán)重后果，而是引起設(shè)備或者繼電保護(hù)的非正常動(dòng)作，從而導(dǎo)致事故的擴(kuò)大，因此在發(fā)生類似故障后，往往需要繼電保護(hù)工作者投人很大的精力和時(shí)間去查找，還需要他們具備豐富的理論知識(shí)和平時(shí)不斷積累的經(jīng)驗(yàn)。

設(shè)想如果在上述案例中，存在這樣一種保護(hù)，即當(dāng)設(shè)備的二次回路發(fā)生接點(diǎn)粘連之后能夠及時(shí)的發(fā)出報(bào)警甚至直接斷開發(fā)生粘連的回路，閉鎖相關(guān)操作，那么由此引發(fā)的設(shè)備隱患，造成的后果以及事故發(fā)生后為查找故障點(diǎn)所投入的人力物力都將大大減少，故障設(shè)備被投入運(yùn)行的幾率將大大降低，同時(shí)也提高了工作效率。下面就圖1所示的開關(guān)控制回路簡單探討一下防粘保護(hù)回路，見圖2。

在圖示的防粘保護(hù)回路中，合閘接點(diǎn)5和8以及跳閘接點(diǎn)6和7有任何一對(duì)閉合，電壓延時(shí)繼電器1SJ啟動(dòng)并計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間后1SJ常開接點(diǎn) 1SJ-1閉合，報(bào)警回路接通報(bào)警，提示應(yīng)及時(shí)處理。從圖1可看出防粘保護(hù)并不難實(shí)現(xiàn)，同時(shí)由于發(fā)變電設(shè)備自動(dòng)化程度日益提高，各種斷路器及其保護(hù)的智能化也不斷提高，因此完全可以在自動(dòng)化程序中通過監(jiān)測相關(guān)二次回路來設(shè)置防粘保護(hù)。

圖2 防粘保護(hù)回路

實(shí)際上，防粘保護(hù)回路已經(jīng)在其他領(lǐng)域得到了應(yīng)用并起到了很好的作用。如現(xiàn)在很多大型起重機(jī)都裝設(shè)有類似的防粘保護(hù)裝置，以防止因接觸器觸頭粘連而造成重物突然下滑剎不住車，繼而造成人員傷亡、財(cái)物損壞等事故，減少了難以估量的損失。在電力系統(tǒng)中，為了防止因防跳躍回路失靈而使開關(guān)反復(fù)合閘于故障設(shè)備上造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，應(yīng)考慮設(shè)置防粘保護(hù)回路。

4 結(jié)束語

操作把手接點(diǎn)粘連、繼電器機(jī)構(gòu)卡澀、接觸器觸頭粘連等都是常見故障，防粘保護(hù)回路對(duì)防止此類故障及其次生災(zāi)害能夠起到很好的作用，在其他行業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐也證明其安全可靠，可行性很大。

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