儲能電機(jī)時間繼電器對重合閘的影響

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(國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和精益化轉(zhuǎn)型，對電力需求越來越大，對供電可靠性和穩(wěn)定性要求越來越高，以500 kV為骨干網(wǎng)架的輸電系統(tǒng)正在逐步完善。據(jù)統(tǒng)計，90%的線路故障均為雷擊、鳥害引起的瞬時故障，單相重合閘成功概率可達(dá)到80%，大大提高了供電可靠性[1]。但若重合于線路永久故障，將使斷路器再一次開斷短路電流，嚴(yán)重惡化斷路器工作環(huán)境。當(dāng)出現(xiàn)手動跳閘、TJR繼電器動作或者儲能壓力低等情況時，需閉鎖重合閘。基于500 kV線路斷路器重合閘單跳單重試驗(yàn)時液壓斷路器壓力低閉鎖重合閘，深入分析儲能電機(jī)時間繼電器對重合閘的影響。

1 重合閘充放電和啟動方式

500 kV系統(tǒng)斷路器一般采用單相重合閘，充電時間整定為15 s：即單相故障，斷路器單相跳閘，重合單相，重合不成功跳三相不再重合；相間故障，斷路器三相跳閘，不重合。

1.1 重合閘充放電條件

為優(yōu)化斷路器的工作條件，避免不必要的重合給系統(tǒng)帶來再次沖擊，當(dāng)滿足閉鎖條件時，重合閘裝置需放電閉鎖。重合閘放電條件列舉如下(或門條件)[2]：①重合閘起動前壓力不足，經(jīng)延時400 ms后“放電”；②重合閘方式在退出位置，或者重合閘投入控制字置“0”時“放電”；③單重位置，如果三相跳閘位置均動作或收到三跳命令或本保護(hù)裝置三跳，則重合閘“放電”；④收到外部閉鎖重合閘信號時立即“放電”；⑤合閘脈沖發(fā)出的同時“放電”；⑥失靈保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、不一致保護(hù)、充電保護(hù)動作時立即“放電”；⑦收到外部發(fā)變?nèi)盘枙r立即“放電”；⑧對于后合重合閘，當(dāng)單重或三重時間已到，但后合重合延時未到，這之間如再收到線路保護(hù)的跳閘信號，立即放電不重合。這可以確保先合斷路器合于故障時，后合斷路器不再重合。

為避免多次重合, 必須在“充電”準(zhǔn)備完成后才能起動合閘回路。重合閘充電條件(與門條件):①跳閘位置繼電器TWJ不動作或線路有電流；②保護(hù)未起動；③不滿足重合閘放電條件。

1.2 重合閘啟動方式

重合閘一般有兩種啟動方式[3]：位置不對應(yīng)啟動和保護(hù)啟動。絕大多數(shù)情況下，都是先由保護(hù)動作發(fā)出過跳閘命令后，才需要重合閘發(fā)合閘命令，因此重合閘可由保護(hù)啟動。當(dāng)保護(hù)裝置發(fā)出單相跳閘命令且檢查到該相線路無電流時啟動重合閘，這種方式叫做保護(hù)啟動重合閘。由保護(hù)啟動重合閘的方式在開關(guān)偷跳時無法啟動重合閘。設(shè)置不對應(yīng)啟動重合閘，用于糾正斷路器偷跳行為，即跳閘位置繼電器動作(TWJ=1)，證明斷路器處于斷開位置，而控制開關(guān)在合閘后位置，說明開關(guān)原來處于合閘位置，這兩個位置不對應(yīng)，啟動重合閘的方式叫做“不對應(yīng)啟動重合閘”。

線路單相故障，保護(hù)選相動作后跳開故障相斷路器，此時斷路器保護(hù)收到線路保護(hù)單相跳閘開入，若無閉鎖條件，則應(yīng)啟動斷路器重合閘。斷路器分、合閘均依靠儲能碟簧實(shí)現(xiàn)(以液壓彈簧操作機(jī)構(gòu)為例)。當(dāng)液壓壓力降低到打壓值時，接通電機(jī)打壓，高壓油通過儲能活塞推動碟簧儲能。如果在斷路器分合閘過程中出現(xiàn)慢分、慢合，電弧不易熄滅，可能引發(fā)斷路器滅弧室爆炸，損壞設(shè)備甚至影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，所以當(dāng)液壓壓力不足時，需依次閉鎖重合閘、合閘和分閘，嚴(yán)禁斷路器在儲能不足的情況下分合閘操作。

2 電機(jī)儲能時間繼電器對重合閘的影響

2.1 問題描述

在對500 kV線路帶開關(guān)的年檢試驗(yàn)中做斷路器重合閘單跳單重試驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)重合閘正確動作，但經(jīng)15 s充電時間后，斷路器保護(hù)屏上的充電燈未亮，開入量檢查時發(fā)現(xiàn)壓力低閉鎖重合閘開入為1(線路保護(hù)雙套配置均為CSC-103E和CSC-125A組屏；斷路器保護(hù)為WDLK-862G；斷路器為西安西電開關(guān)電氣有限公司的液壓儲能彈簧操作機(jī)構(gòu)產(chǎn)品，型號為：LW13A-550/Y。所有試驗(yàn)量均正確)。經(jīng)現(xiàn)場檢查，外部二次回路接線完全正確，SF6氣體壓力在正常范圍內(nèi)。在斷路器機(jī)構(gòu)彈簧觀察窗處發(fā)現(xiàn)，彈簧位置處于儲能與未儲能之間，就地匯控柜上，“A相電機(jī)過流、過時”告警光字牌亮，按下控制面板的RESET鍵后，電機(jī)開始打壓至完成儲能，就地匯控柜上“A相電機(jī)過流、過時”告警光字牌滅，斷路器保護(hù)屏上重合閘充電燈亮，壓力低閉鎖重合閘開入為0，恢復(fù)正常運(yùn)行。

2.2 壓力低閉鎖重合閘

液壓儲能彈簧操作機(jī)構(gòu)斷路器，當(dāng)液壓壓力降低到44.7 MPa時，儲能限位結(jié)點(diǎn)33 hb常開觸點(diǎn)閉合接通電機(jī)回路打壓儲能，當(dāng)液壓壓力升高到52.9 MPa時，儲能限位結(jié)點(diǎn)33 hb斷開，切斷電機(jī)回路，停止打壓；當(dāng)液壓壓力降低到44.4 MPa時，壓力低閉鎖重合閘(OCO)；當(dāng)液壓壓力降低到40.8 MPa時，閉鎖斷路器合閘回路(CO)；當(dāng)液壓壓力降低到38.1 MPa時，閉鎖分閘回路(OC)[6]。

WDLK-862G斷路器保護(hù)裝置操作箱設(shè)置壓力低閉鎖重合閘繼電器21YJJ，與斷路器三相液壓壓力低閉鎖重合閘OCO結(jié)點(diǎn)串聯(lián)在回路中(如圖1所示)[4-5]。斷路器液壓壓力在正常范圍內(nèi)時，三相OCO動斷觸點(diǎn)閉合，21YJJ勵磁；當(dāng)斷路器任一相液壓壓力降低到閉鎖重合閘值時，其OCO動斷觸點(diǎn)打開，切斷電源使21YJJ繼電器失磁，其動斷觸點(diǎn)經(jīng)光耦引入斷路器保護(hù)裝置，使壓力低閉鎖重合閘開入量為1，重合閘裝置放電，充電燈熄滅。

圖1 壓力低閉鎖重合閘回路

2.3 問題分析

根據(jù)斷路器保護(hù)壓力低閉鎖重合閘開入為1，可知斷路器液壓機(jī)構(gòu)儲能未完成，其壓力低閉鎖重合閘OCO常閉結(jié)點(diǎn)斷開致21YJJ繼電器失磁閉鎖重合閘，即壓力低閉鎖重合閘開入為1導(dǎo)致斷路器保護(hù)屏充電燈在達(dá)到充電時間后仍然不亮。

接下來需分析斷路器未完成儲能的原因。就地匯控柜告警面板上“A相電機(jī)過流、過時”告警燈亮，查閱西安開關(guān)廠的斷路器就地告警回路圖紙，就地匯控柜“A相電機(jī)過流、過時”告警燈回路由49MAX繼電器的43、44常開觸點(diǎn)接通。由圖2電機(jī)保護(hù)回路可知，49MAX由電機(jī)打壓時間繼電器48T的67、68延時閉合觸點(diǎn)和電機(jī)過流保護(hù)繼電器(電機(jī)熱繼電器)49MA的97、98觸點(diǎn)并聯(lián)接通[6]，并經(jīng)自身13、14常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自保持，所以當(dāng)發(fā)生電機(jī)過流、打壓超時后，需手動復(fù)歸電機(jī)才能繼續(xù)完成打壓儲能。經(jīng)以上分析可判斷，電機(jī)時間繼電器48T或熱繼電器49MA動作致49MAX繼電器勵磁，接通了告警回路，并在儲能完成之前切斷了電機(jī)回路，引發(fā)壓力低閉鎖重合閘事故。

最后需判斷48T和49MA的動作情況，并分析其動作原因。由圖3電機(jī)控制回路和圖4電機(jī)回路可知，當(dāng)機(jī)構(gòu)液壓壓力降低到打壓定值(44.9MPa)時，儲能限位結(jié)點(diǎn)33hb觸點(diǎn)閉合，給繼電器88MA勵磁，同時儲能電機(jī)打壓時間繼電器48T開始計時。88MA繼電器勵磁后，其動合觸點(diǎn)1、2和3、4接通儲能電機(jī)電源回路，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行打壓儲能，當(dāng)儲能完成后(液壓壓力上升到52.9 MPa)，33hb觸點(diǎn)返回，切斷電機(jī)控制回路，88MA繼電器失磁，其動斷觸點(diǎn)斷開切斷電機(jī)回路，電機(jī)停止打壓且時間繼電器48T計時自動清零。如果電機(jī)打壓超時或者電機(jī)過流，48T的67、68延時閉合觸點(diǎn)和電機(jī)過流保護(hù)繼電器49MA的97、98觸點(diǎn)并聯(lián)后，給49MAX繼電器勵磁，其32、33動斷觸點(diǎn)打開，切斷電機(jī)控制回路，繼電器88MA失磁，其動合觸點(diǎn)斷開切斷電機(jī)回路，實(shí)現(xiàn)了對電動機(jī)的保護(hù)。

圖2 電機(jī)保護(hù)回路

圖3 電機(jī)控制回路

經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)熱繼電器49MA未動作，時間繼電器48T為機(jī)械撥輪式設(shè)定，無任何外觀異常，時間整定在30 s，與定值相符，最大可整定時間為150 s。保護(hù)人員隨即對時間繼電器48T的延時閉合觸點(diǎn)做測試校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其實(shí)際時間延時只有7 s左右，與整定時間刻度不符，存在滑絲。這就意味著，電機(jī)打壓儲能還未完成，而時間繼電器48T的67、68延時閉合結(jié)點(diǎn)經(jīng)7 s延時后就閉合了，致使繼電器49MAX勵磁，提前切斷了儲能電機(jī)回路，造成斷路器液壓壓力不足，機(jī)構(gòu)壓力低閉鎖重合閘OCO常閉觸點(diǎn)斷開，使21YJJ失磁，其常閉觸點(diǎn)經(jīng)光耦開入斷路器保護(hù)致“壓力低閉鎖重合閘”開入為1，重合閘裝置放電閉鎖，即使經(jīng)過15 s重合閘充電時間，保護(hù)屏上重合閘充電燈仍然熄滅。更換合格繼電器后，恢復(fù)正常。

圖4 電機(jī)回路

3 結(jié)論和改進(jìn)

綜上所述，由于電機(jī)打壓時間繼電器48T滑絲故障，導(dǎo)致提前切斷了電機(jī)回路，造成了壓力低閉鎖重合閘的開入和重合閘充電燈熄滅。電機(jī)打壓和重合閘存在時間配合關(guān)系。如果達(dá)到重合閘充電時間，電機(jī)仍未完成儲能，或者時間繼電器動作切斷電機(jī)回路，則會使壓力低閉鎖重合閘一直開入，此時如果線路單相故障，將導(dǎo)致三相跳閘不重合，嚴(yán)重影響供電可靠性。電機(jī)時間繼電器整定時間應(yīng)大于重合閘15 s充電時間，以保證電機(jī)完成儲能。

此類機(jī)械撥輪式時間繼電器滑絲故障，無明顯外觀異常，即使發(fā)生了設(shè)備異常故障，也難以在設(shè)備巡視時及時發(fā)現(xiàn)，造成較大隱患?，F(xiàn)階段變電運(yùn)維管理思想，往往只關(guān)注斷路器、避雷器等大型一次設(shè)備的SF6壓力、動作次數(shù)、泄漏電流等數(shù)值的抄錄和變化，通常易忽視如時間繼電器等小部件二次數(shù)值類繼電器的校驗(yàn)測試及檢查、對比分析。且此類小部件繼電器故障較為少見，安裝位置較為隱蔽，更難以引起運(yùn)維人員注意和重視。

針對此類故障引發(fā)的嚴(yán)重后果和現(xiàn)階段運(yùn)維管理思想的制約，提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)措施。①完善變電站基礎(chǔ)資料原始值的存檔，定期抄錄數(shù)值類繼電器數(shù)值，認(rèn)真開展“日對比、周分析、月總結(jié)”工作；②強(qiáng)化小部件繼電器的巡視運(yùn)維和定期校驗(yàn)工作，引起足夠思想重視，對隱患缺陷早發(fā)現(xiàn)早處理。只有運(yùn)維好所有一、二次設(shè)備，將運(yùn)維盲區(qū)風(fēng)險降低到最小，才能真正掌控系統(tǒng)安全；③強(qiáng)化繼電器備品備件管理，便于出現(xiàn)事故時及時搶修，縮短故障時間；④強(qiáng)化設(shè)備驗(yàn)收監(jiān)管，提高產(chǎn)品質(zhì)量或者改善設(shè)備原理，將機(jī)械撥輪式繼電器改為數(shù)控式繼電器，更為可靠；⑤改善繼電器的安裝位置，安裝在便于觀察且不易受到外部損壞干擾的位置。

[1] 國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京：中國電力出版社，2009：310.

[2] RCS-921C 型斷路器失靈保護(hù)及自動重合閘裝置技術(shù)說明書[Z]．

[3] 國家電網(wǎng)公司人力資源部.生產(chǎn)技能人員職業(yè)能力培訓(xùn)通用教材二次回路[M]. 北京：中國電力出版社，2010：118.

[4] CSC-103E數(shù)字式超高壓線路保護(hù)裝置說明書[Z].

[5] WDLK-862G微機(jī)斷路器保護(hù)裝置技術(shù)說明書[Z].

[6] 西安西電開關(guān)電氣有限公司550 kV HGIS原理接線圖[Z].