CSB21A備自投裝置誤動作分析與改進(jìn)

摘 要:從一次事故中找出了變電站主變壓器備用電源自動投入裝置發(fā)生誤動作的原因;一是10kV母線無壓判據(jù)取單相電壓不合理;二是自投裝置對電流的識別精度低。

關(guān)鍵詞:備用自投裝置 誤動作 單相接地

中圖分類號:TM7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0025-03

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，有些情況下為了節(jié)省設(shè)備投資、簡化電力網(wǎng)的接線及其繼電保護(hù)裝置的配置方式，在較低電壓等級的電力網(wǎng)(如10～35kV的電網(wǎng))中或在較高電壓等級的電網(wǎng)(如110kV電網(wǎng))中的非主干線，以及在大多數(shù)用戶的供電系統(tǒng)中，常常采用所謂放射型的供電方式。在這些系統(tǒng)接線方式中，為提高對用戶供電的可靠性，可采用備用電源自動投入裝置，簡稱BZT裝置，使系統(tǒng)自動裝置與繼電保護(hù)裝置相結(jié)合。這是一種提高對用戶不間斷供電的經(jīng)濟(jì)而又有效的重要技術(shù)措施之一。

110kVxx變10kV備自投裝置采用北京四方繼保自動化有限公司生產(chǎn)的CSB-21A型數(shù)字式備用電源自動投入裝置。它以第三代微機(jī)保護(hù)通用硬件為基礎(chǔ)，采用可編程邏輯的設(shè)計思想，可以實現(xiàn)靈活設(shè)置各種運行方式，適用于380V-110kV各種電壓等級的備用電源自動投入的裝置。同時，作為CSC-2000綜合自動化系統(tǒng)的配套裝置，CSB-21A可以通過網(wǎng)絡(luò)報送豐富的信息，諸如每個出口的準(zhǔn)確時間順序記錄、各開關(guān)量變化的準(zhǔn)確時間順序記錄等，充分體現(xiàn)了裝置的優(yōu)越性。

目前，xx供電公司所屬110kVxx變電站，擔(dān)負(fù)著xx鋼鐵公司的供電任務(wù)，一類負(fù)荷多，對供電可靠性要求高，因此，為滿足xx鋼鐵廠對供電可靠性的要求，在xx變電站的110kV進(jìn)線裝設(shè)備自投裝置，10kV四段母線中，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ母線分別裝設(shè)了一套備自投裝置(如圖1)。

該變電站10kV線路發(fā)生單相接地故障，幾秒鐘后，在#1主變壓器供電正常的情況下，主變壓器備用自投裝置動作，將運行中的#1主變壓器的低壓801斷路器跳開，#2主變投入運行。表面看在站內(nèi)供電正常的情況下，10kV母線有電壓，而且變壓器低壓側(cè)斷路器有電流，備用自投裝置動作的條件都不滿足，為什么備用自投裝置會動作呢？

該站的主變壓器備用自投裝置采用的是CSB21A型數(shù)字式備用電源自動投入保護(hù)裝置。它提供:8路模擬量的輸入(4路電流量和4路電壓量)，可以任意接入所需的母線電壓(相電壓或線電壓)、線路電壓、主變壓器低壓側(cè)電流;9路通用的開關(guān)量輸入，可以接入主變壓器兩側(cè)的斷路器與母聯(lián)斷路器的位置繼電器的輔助觸點。

在定值中，可以利用這些資源，靈活定義裝置在各種條件下的動作行為，從而完成整個的備用電源自動投入過程。可實現(xiàn)手動跳閘閉鎖、備用電源過負(fù)荷聯(lián)切線路等功能，還可以引入如母線保護(hù)動作、主變壓器保護(hù)動作等信息作為閉鎖的條件。在CSB21A裝置中，共可以定義8個獨立的動作，其相互之間沒有任何聯(lián)系，可以分別整定它們的動作條件。同時，在該裝置中還固化了8組預(yù)置定值，分別對應(yīng)母聯(lián)或橋斷路器備用自投、線路備投、變壓器備用自投，以及均衡負(fù)荷母聯(lián)備用自投等多種方案。

如前圖所示的運行方式，變電站10kV母線采用單母線分段的主接線方式。在正常情況下，采用110kV線路供110kVⅠ、Ⅱ號母線帶#1主變壓器運行，#1主變壓器供10VⅠ、Ⅱ號母線，#2主變壓器在熱備用狀態(tài)的方式。因此，該裝置采用了預(yù)置定值中的00定值區(qū)，在該定值區(qū)中，檢無壓的門坎值為17.3V(取10kV母線81TV或82TV的A相電壓)，檢有流的門坎值為0.4A。

如當(dāng)一臺主變壓器運行，另一臺主變壓器熱備用，且10kV母聯(lián)斷路器處于合閘時，主變壓器備用自投投入運行。其備用自投的邏輯為:當(dāng)10kV母線無壓(電壓<17.3V)，工作變壓器無后備保護(hù)動作，變壓器低壓側(cè)無電流，且該側(cè)斷路器處于合位，在備用變壓器高壓側(cè)有壓情況下，跳開工作變壓器低壓側(cè)斷路器、所有工作電容器斷路后，先合備用變壓器高壓側(cè)斷路器，再合備用變壓器低壓側(cè)斷路器;或當(dāng)工作變壓器跳開時，先合備用變壓器高壓側(cè)斷路器，再合備用變壓器低壓側(cè)斷路器。為了防止TV斷線時裝置誤動，取主變壓器低壓側(cè)電流作為母線失電的閉鎖判據(jù)。

當(dāng)時后臺發(fā)出10kV母線接地信號。同一時間，主變壓器備用自投動作，跳開#1主變壓器低壓側(cè)斷路器，合上#2主變壓器兩側(cè)斷路器。

經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)該站的主變壓器備用自投裝置，所采用的電壓為10kV母線的A相電壓，其整定值為17.3V。根據(jù)保護(hù)所發(fā)出的信號，當(dāng)時10kV線路單相金屬性接地時的接地相恰為A相，其接地電壓為零，小于裝置的整定值，從而裝置判定10kVⅠ號母線失壓。這時備用自投裝置應(yīng)該檢測到運行主變壓器低壓側(cè)有電流，而啟動其閉鎖判據(jù)來閉鎖裝置，使其不動作。

查看備用自投裝置定值中的閉鎖電流定值為0.4A，該站#1、#2主變壓器低壓側(cè)的TA變比為3000/5，所以其閉鎖電流為600×0.4=240A。而該站當(dāng)日有幾條10kV重載線路停電改造，使當(dāng)天主變壓器的負(fù)荷比較輕，約只有1.4MVA，10kV側(cè)的負(fù)荷電流230A<240A，如此，備用自投裝置的閉鎖判據(jù)，實際上是不能起到閉鎖作用的，從而造成了這一次的裝置動作。

通過以上分析， 發(fā)現(xiàn)當(dāng)線路發(fā)生某相接地故障，系統(tǒng)負(fù)荷較小時，CSB-21A會誤動作。

10kV母線無壓判據(jù)取單相電壓來實現(xiàn)不合理。10kV母線無壓判據(jù)采用單相電壓，在10kV線路發(fā)生金屬性接地時，接地相的電壓為零。這時接地相剛好是備用自投裝置采用的電壓相，使得裝置誤判斷為主變壓器低壓側(cè)無壓，符合啟動的條件，從而使自投裝置誤啟動。

我們選了兩套方案來改進(jìn)檢無壓判據(jù)(如圖2)。

這是CSB-21A的原理接線，選取單相電壓做檢無壓判據(jù)，線路發(fā)生單相故障時，如果故障相恰為判斷相，備自投檢無壓就會啟動。

方案一(如圖3):

這是改進(jìn)后的原理接線，選用相間電壓做為檢無壓判據(jù)，當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時，相間電壓不會出現(xiàn)變化，備自投檢無壓不會啟動。

方案二(如圖4):

加裝電壓變送器后，直接將線電壓作為檢無壓判據(jù)，線路發(fā)生任何單相接地故障，備用自投裝置的輸入電壓始終能夠保持大于其啟動值，從而可以避免類似的情況再次發(fā)生。

自投裝置對電流模擬量的識別精度低，定值設(shè)定的下限過高。保護(hù)裝置的電流整定值下限為0.08In，而主變壓器低壓側(cè)的變比為3000/5，則其整定值為0.4A。只要主變壓器所帶的負(fù)荷較輕，達(dá)不到整定值時，就會使其閉鎖條件失去閉鎖作用。這時，由于電流的閉鎖判據(jù)不起作用，只要裝置檢測到10kV母線的電壓小于其整定值，無論正確與否，都會動作，這樣就容易造成自投裝置誤動作。

應(yīng)該提高自投裝置精度，合理降低檢查進(jìn)線電流的定值(此定值也不能無限減小，否則由于微機(jī)裝置漂零的存在，造成備用自投拒動)，

對改進(jìn)檢無壓判斷后的CSB-21A裝置進(jìn)行了檢驗，對試驗儀器模擬故障量，升級前試驗10次，保護(hù)裝置誤動作10次;改進(jìn)后試驗10次，均可靠不動作。

通過上述分析可以看出，在小電流接地系統(tǒng)中備用自投裝置應(yīng)該避免采用單相電壓輸入的接線方式，而采用線電壓輸入或兩相及三相電壓輸入。同時應(yīng)該提高自投裝置精度，合理降低整定值的下限。設(shè)計人員在設(shè)計時，應(yīng)該考慮到在各種運行方式及運行狀況時，所設(shè)計的接線方式是否合理，是否會使裝置誤動。