電力系統(tǒng)中開關(guān)二次重合現(xiàn)象分析

徐文成

(吳橋縣電力局 輸變電工區(qū)，河北 滄州 061800)

電力系統(tǒng)發(fā)生的故障大多屬于暫時(shí)性故障，如樹枝落在導(dǎo)線上引起的短路，大霧、雷雨引起的絕緣子表面閃落，通過鳥類的身體放電等。發(fā)生這類故障時(shí)，若繼電保護(hù)能迅速斷開電源，則故障點(diǎn)的電弧即可熄滅，絕緣即可恢復(fù)，故障隨之自行消除。因此自動重合閘在高壓輸電線路上得到了極其廣泛的應(yīng)用。這對于提高供電的可靠性會帶來極大的好處。但是，當(dāng)自動重合閘動作，重合于永久性故障時(shí)，電力系統(tǒng)將再次受到短路電流的沖擊，可能會引起電力系統(tǒng)振蕩。繼電保護(hù)應(yīng)再次動作，使開關(guān)斷開。開關(guān)在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)2次切斷短路電流，這就惡化了開關(guān)的工作條件。根據(jù)實(shí)際情況的種種需要，同時(shí)考慮到運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，對輸電線路的自動重合閘，其中很重要的一點(diǎn)，就是“不允許多次重合”。即當(dāng)重合閘動作，重合于永久性故障，開關(guān)再次跳開時(shí)，就不應(yīng)再重合。因?yàn)?，如果重合閘多次重合于永久性故障，將使系統(tǒng)多次遭受沖擊，同時(shí)可能損壞開關(guān)，從而擴(kuò)大事故。常規(guī)重合閘為防止兩次重合，都用一個電容器構(gòu)成一次合閘脈沖元件，電容器有一個15 s左右的充電時(shí)間。微機(jī)保護(hù)在采樣中斷服務(wù)程序中，設(shè)置了一個計(jì)數(shù)器，每次中斷計(jì)數(shù)器加1，以此模擬一次合閘脈沖元件的電容器放電。桑園196線路發(fā)生永久性故障，出現(xiàn)了開關(guān)在跳開、重合又加速跳開后二次重合現(xiàn)象。

1 當(dāng)時(shí)運(yùn)行方式及事故經(jīng)過

2010年7月13日18時(shí)55分46秒，桑園196線路發(fā)生永久性故障，LFP-941保護(hù)零序I段、接地阻抗I段動作出口，切除故障后，重合閘動作，在故障后約2 s，196線路遭遇第二次故障，此時(shí)保護(hù)裝置還處于后加速“后記憶”時(shí)間內(nèi)，196開關(guān)加速跳開，以上動作全部正確。在開關(guān)加速跳開后，壓力降至合閘閉鎖，196控制盤上紅綠燈都不亮。經(jīng)值班員檢查，打壓直流電源保險(xiǎn)松動，使機(jī)構(gòu)油泵電機(jī)失去電源。20時(shí)47分，恢復(fù)保險(xiǎn)，壓力打至正常壓力，準(zhǔn)備試送。在壓力恢復(fù)正常的同時(shí)，196意外的合上，線路恢復(fù)運(yùn)行。

故障時(shí)一次系統(tǒng)運(yùn)行方式：110 kV的I，II母并列運(yùn)行，196開關(guān)上110 kV的II母運(yùn)行。

二次相關(guān)壓板投入情況：196線路保護(hù)跳閘壓板投入，重合閘出口壓板投入。

2 現(xiàn)場信號及有關(guān)數(shù)據(jù)

微機(jī)保護(hù)報(bào)告1顯示：故障發(fā)生在18時(shí)55分46秒，發(fā)生后B相單相接地故障，L01、Z1保護(hù)出口，888 ms重合閘出口，2 261 ms后加速出口，故障電流消失。

微機(jī)保護(hù)報(bào)告2顯示：在20時(shí)47分53秒重合閘第二次出口。

3 原因分析

針對這一不正常的現(xiàn)象，我們進(jìn)行了認(rèn)真的檢查和分析。具體實(shí)驗(yàn)方法是：首先將開關(guān)機(jī)構(gòu)壓力打至正常值，斷開機(jī)構(gòu)打壓回路電源。用試驗(yàn)臺模擬線路永久性故障情況，保護(hù)裝置帶開關(guān)傳動。使開關(guān)在跳開，重合又加速跳開后，機(jī)構(gòu)壓力下降到閉鎖合閘的壓力值。此時(shí)跳閘回路、合閘回路均斷開，控制屏上的紅、綠燈都不亮。重新給上機(jī)構(gòu)打壓回路電源，經(jīng)過一段時(shí)間，使機(jī)構(gòu)壓力恢復(fù)到正常值。當(dāng)壓力達(dá)到滿足合閘的壓力值時(shí)，合閘回路接通，重合閘再次動作，開關(guān)發(fā)生二次重合。

根據(jù)以上試驗(yàn)中出現(xiàn)的情況，我們分析認(rèn)為：

1)開關(guān)能二次重合，說明開關(guān)加速跳開后的外部實(shí)際條件滿足了重合閘充電的3個條件：①控制把手在合后位置。②跳閘位置繼電器TW J的開接點(diǎn)沒有閉合。③外部沒有其他閉鎖重合閘的開關(guān)量接入。

2)開關(guān)加速跳開后，若TW J動作，其常開接點(diǎn)可靠閉合，使得保護(hù)裝置內(nèi)的開關(guān)量TW J=1，此時(shí)重合閘應(yīng)該無法充電，開關(guān)不會出現(xiàn)二次重合現(xiàn)象。

圖1 控制回路圖

3)由于在實(shí)際情況中，重合閘在開關(guān)加速跳開后確實(shí)能夠充電良好，這一點(diǎn)可以說明回路存在缺陷(如圖1所示)，導(dǎo)致在開關(guān)加速跳開后，實(shí)際條件滿足了重合閘充電的條件。

4)由于此時(shí)開關(guān)的控制把手還在合后位置，同時(shí)外部沒有其他閉鎖重合閘的開關(guān)量接入，所以跳閘位置繼電器 TW J接點(diǎn)必然沒有閉合。

基于以上的分析，在仔細(xì)校驗(yàn)了跳閘位置繼電器后，發(fā)現(xiàn)此繼電器動作良好，接點(diǎn)閉合情況良好。所以此時(shí)判斷重合閘二次充電，是因?yàn)殚_關(guān)加速跳開后TW J未能正常帶電動作造成的。我們又一次認(rèn)真核對了故障當(dāng)時(shí)外圍回路的實(shí)際情況：①故障發(fā)生后，運(yùn)行值班人員一直未復(fù)歸控制盤上的開關(guān)把手，使得KK在合后位置；②故障前，開關(guān)機(jī)構(gòu)的打壓保險(xiǎn)松動，壓力處于較低的數(shù)值，導(dǎo)致故障跳閘時(shí)壓力降至合閘閉鎖，不對應(yīng)啟動重合閘位置接點(diǎn)，采用的是跳閘位置繼電器常開接點(diǎn)，開關(guān)在加速跳開后，由于機(jī)構(gòu)壓力達(dá)到閉鎖合閘壓力，此時(shí)合閘回路并未接通，跳閘位置繼電器未動作，使得TW J開接點(diǎn)沒有閉合；③壓力閉鎖回路未設(shè)計(jì)，使得HYJ開接點(diǎn)沒有閉合。

基于故障時(shí)的實(shí)際情況滿足了LFP-941保護(hù)裝置的重合閘充電條件，并且時(shí)間持續(xù)了近2 h。運(yùn)行人員恢復(fù)保險(xiǎn)，機(jī)構(gòu)壓力值由閉鎖合閘壓力值上升到允許合閘壓力值這個過程所用時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重合閘充電時(shí)間20 s，在開關(guān)機(jī)構(gòu)壓力恢復(fù)正常前重合閘已經(jīng)充好了電。

在壓力恢復(fù)正常的同時(shí)，合閘回路接通(開關(guān)在分位)。實(shí)際情況滿足了重合閘不對應(yīng)啟動的條件：①開關(guān)把手在合后位置；②TW J動作(開關(guān)在分閘位置)。

以上條件滿足了LFP-941裝置的重合閘不對應(yīng)啟動的動作條件，造成開關(guān)意外合上。

4 解決方法

1)原設(shè)計(jì)中無專門壓力閉鎖重合閘回路，利用機(jī)構(gòu)內(nèi)壓力接點(diǎn)5CK啟動中間繼電器，延時(shí)200 ms閉鎖重合閘，如圖1所示。該回路正常工作?？梢詳喽ㄔ摶芈吩趬毫抵练珠l閉鎖時(shí)能有效起作用，使重合閘放電。

2)在不對應(yīng)啟動重合閘回路中，在原來跳閘位置繼電器常開接點(diǎn)兩端并上開關(guān)輔助接點(diǎn)。從而使不對應(yīng)啟動回路不受機(jī)構(gòu)壓力限制。真正做到了開關(guān)與控制把手不對應(yīng)時(shí)可靠啟動。

5 防范措施

1)提醒運(yùn)行值班人員養(yǎng)成開關(guān)跳閘后首先復(fù)歸把手的習(xí)慣。這是運(yùn)行事故處理的常識。

2)值班員加強(qiáng)對全站各種保險(xiǎn)的重視程度，不能只重視控制、保護(hù)、交流電壓保險(xiǎn)而忽視其它保險(xiǎn)。

3)重視壓力閉鎖重合閘回路，5CK接點(diǎn)隨清掃預(yù)試定期傳動。

[1]李曉明.現(xiàn)代高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]河北省電力設(shè)計(jì)院.110 kV 線路保護(hù)控制圖[Z].石家莊：河北省電力設(shè)計(jì)院，2000.

[3]沈詩佳.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及二次回路[M].北京：中國電力出版社，2007.