220kV線路斷路器失靈保護(hù)回路問題研究

摘要：文章對(duì)引發(fā)斷路器失靈保護(hù)產(chǎn)生誤動(dòng)的緣由進(jìn)行分析，剖析其啟動(dòng)回路的一些弊端，并列舉相關(guān)應(yīng)對(duì)策略：當(dāng)主變失靈時(shí)，關(guān)于解除失靈的復(fù)合電壓閉鎖的判據(jù)的優(yōu)化，關(guān)于主變斷路器的啟動(dòng)失靈判據(jù)的優(yōu)化；旁路代運(yùn)主變斷路器時(shí)，關(guān)于啟動(dòng)失靈回路的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：220kV線路；斷路器失靈；失靈保護(hù)；復(fù)合電壓；主變啟動(dòng)失靈；旁路斷路器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM77 文章編號(hào)：1009-2374（2015）32-0128-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.069

1 變壓器的斷路器啟動(dòng)失靈時(shí)電壓的靈敏程度

當(dāng)主變低壓側(cè)短路發(fā)生故障或者低壓側(cè)匝間發(fā)生故障，從而引起高壓側(cè)斷路器發(fā)生失靈時(shí)，導(dǎo)致該問題的原因往往是斷路失靈保護(hù)的復(fù)合電壓鎖存在著靈敏度方面的障礙。微機(jī)變壓器保護(hù)須執(zhí)行國家有關(guān)要求，即“主變啟動(dòng)發(fā)生失靈時(shí)，需要有解除該失靈保護(hù)的相關(guān)復(fù)合電壓閉鎖的回路”，其目前的做法如下：第一種方法：用“‘保護(hù)出口+‘電流判別”串聯(lián)而組成的“與門”對(duì)該失靈保護(hù)進(jìn)行解鎖。其中，可以使用“‘相電流+‘零序電流”方式，即“或門”來構(gòu)成電流判別元件，將“跳高壓側(cè)開關(guān)的出口”作為保護(hù)出口。但這種方法有如下問題：啟動(dòng)或解除失靈復(fù)合電壓閉鎖這兩者的判據(jù)是一樣的，如果CPU的保護(hù)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生阻滯，會(huì)致使“啟動(dòng)失靈回路”和“解除失靈復(fù)合電壓閉鎖回路”中的保護(hù)出口觸點(diǎn)發(fā)生閉合，此刻負(fù)荷電流可能已滿足相電流的定值，斷路器失靈保護(hù)屏就會(huì)因達(dá)到“復(fù)合電壓開放和啟動(dòng)失靈”的條件致使失靈保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)；第二種方法：將“主變?nèi)齻?cè)復(fù)合電壓動(dòng)作觸點(diǎn)”構(gòu)成“或門”，但其存在弊端是“復(fù)合電壓閉鎖觸點(diǎn)”是“三側(cè)的復(fù)合電壓動(dòng)作觸點(diǎn)”，若中壓側(cè)/低壓側(cè)斷路器在變操作送電過程中發(fā)生斷開，復(fù)合電壓動(dòng)作極可能會(huì)導(dǎo)致失靈保護(hù)的“復(fù)合電壓閉鎖功能”發(fā)生錯(cuò)誤開放。據(jù)此，采用“同一繼電器的兩副觸點(diǎn)”或者“同一門電路的輸出”，來同時(shí)完成“解除母差復(fù)合電壓閉鎖”及“啟動(dòng)母差失靈”的做法是不可取的，因?yàn)檫@極有可能致使失靈保護(hù)無法保持高度的安全性和穩(wěn)妥性。綜上，結(jié)合兩者的優(yōu)劣勢，筆者得出如下對(duì)應(yīng)策略：采用“‘保護(hù)出口+‘復(fù)合電壓閉鎖觸點(diǎn)+‘電流判別”（與門）的做法來組成變壓器的失靈保護(hù)，能夠?qū)ι鲜鰡栴}進(jìn)行有效防范。

現(xiàn)階段，通常來說，主變輔助保護(hù)只供給一雙解除復(fù)合電壓閉鎖的觸點(diǎn)，但在失靈保護(hù)中，其復(fù)合電壓閉鎖會(huì)有“Ⅰ母及Ⅱ母電壓回路”。因此，對(duì)于該回路的改進(jìn)，可以按照?qǐng)D1的做法。該圖中，K是主變保護(hù)屏中的觸點(diǎn)，且K=“電流判別”+“保護(hù)出口”+“復(fù)合電壓閉鎖觸點(diǎn)”（串聯(lián)），1YQJ是主變高壓側(cè)Ⅰ母隔離開關(guān)的重動(dòng)觸點(diǎn)，同理2YQJ也對(duì)應(yīng)著Ⅱ母。此增加回路中，一般將解除復(fù)合電壓閉鎖設(shè)定為“瞬時(shí)啟動(dòng)”，若把“主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除中低壓側(cè)開關(guān)”作為考量因素，低/中壓母線電壓也也許能馬上回復(fù)正常狀態(tài)，導(dǎo)致相應(yīng)作用無法發(fā)揮。

圖1 主變啟動(dòng)失靈時(shí)解除失靈保護(hù)復(fù)合電壓閉鎖圖

對(duì)于延時(shí)反饋，在時(shí)間上（假設(shè)為T1）應(yīng)滿足以下要求：即便低壓側(cè)區(qū)內(nèi)發(fā)生阻滯，對(duì)于低壓側(cè)后備保護(hù)（假設(shè)為a）來說，啟動(dòng)失靈保護(hù)來跳開“故障變壓器所在母線所有元件”的時(shí)間（假設(shè)為T2）是充足的，即T1>“a出口后跳低壓開關(guān)”的整定時(shí)-“跳三側(cè)開關(guān)”的整定時(shí)+T2，其中T2通常是0.5秒，允許一定寬裕度的考慮。

2 主變啟動(dòng)失靈回路中的電流判據(jù)

220kV的雙母線接線系統(tǒng)中，對(duì)于“主變高壓側(cè)斷路器”判定啟動(dòng)是否失靈，有如下依據(jù)：由于考慮到啟動(dòng)“回路電流元件”和“所串接保護(hù)出口觸點(diǎn)”在旁路帶主變運(yùn)行的情形下，能夠直接轉(zhuǎn)換至“旁路失靈保護(hù)起動(dòng)回路”里面，省掉了利用“旁路間隔中的相電流”的環(huán)節(jié)，而不必調(diào)整啟動(dòng)定值。所以以往對(duì)于失靈保護(hù)的啟動(dòng)的設(shè)計(jì)常常在“主變套管電流互感器”中取出“判斷失靈的電流值”?！爸髯儐?dòng)失靈回路”如圖2所示：

圖2 主變啟動(dòng)失靈回路原理圖

如圖，原設(shè)計(jì)中，主變套管相電流>整定值，“主變保護(hù)屏電量保護(hù)出口觸點(diǎn)”也不返回，當(dāng)主變運(yùn)行在220kV的Ⅰ母時(shí)，01和024對(duì)Ⅰ母的接通失靈或者是主變運(yùn)行在220kV的Ⅱ母時(shí)，01和025對(duì)Ⅱ母的接通失靈。所以，220kV的斷路器失靈屏在此回路中，可能接受關(guān)于主變斷路器拒動(dòng)的消息，致使變所在母線上的所有斷路器都跳開了。然而，當(dāng)“電流判據(jù)=‘主變套管相電流”，一些啟動(dòng)失敗的死區(qū)會(huì)誕生，也就是CT（主變斷路器）到CT（套管）這一段的引線存在阻滯，主變差動(dòng)和后備保護(hù)保持動(dòng)作正常，如果這個(gè)時(shí)候，由于某種緣由致使“主變高壓側(cè)斷路器”拒動(dòng)失靈，03和024或者03和025的回路能接通，但故障引起的地方在CT（主變套管）之前，即CT（主變套管）不會(huì)有220kV的短路相電流的經(jīng)過，所以，介入CT（主變套管）的失靈保護(hù)會(huì)有啟動(dòng)失靈命令的障礙（尤其當(dāng)110kV和10kV側(cè)作為弱電源端），其危害性和嚴(yán)重程度是顯而易見的。當(dāng)失靈電流利用判斷依據(jù)“‘零序電流0+‘相電流”，且故障所在的地方（主變中性點(diǎn)）就是接地運(yùn)行，即便上述阻滯重新上演，CT（套管）依然有零序電流流過，上述可怕后果就不復(fù)存在了。此外，同等的故障情形下，若“縱差保護(hù)拒動(dòng)”或者“旁路帶主變運(yùn)行縱差保護(hù)”臨時(shí)接于CT（套管）處時(shí)，唯一的切除故障方法就只有依靠主變后備保護(hù)來進(jìn)行了，根據(jù)其通常的方向性和保護(hù)設(shè)置，應(yīng)首先將220kV（分段）側(cè)母聯(lián)斷路器跳開，其次再將主變高側(cè)斷路器跳開，如果此刻主變中/低壓側(cè)仍未跳開，且中壓側(cè)是強(qiáng)度較大的電流或者這個(gè)主變中性點(diǎn)在接地時(shí)導(dǎo)致故障電流流過CT（套管），致使尚未返回保護(hù)出口繼電器的情況發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致失靈保護(hù)的錯(cuò)誤跳閘，其危害程度也是相當(dāng)高的。完善方案應(yīng)如圖3，把電流（起斷路器啟動(dòng)失靈保護(hù)）調(diào)制至CT（主變斷路器）即可避免上述問題。

圖3 主變啟動(dòng)失靈電流的改進(jìn)

3 主變啟動(dòng)失靈判據(jù)的斷路器中位置

在設(shè)計(jì)主變啟動(dòng)失靈時(shí)，防范誤動(dòng)對(duì)應(yīng)的策略：閉鎖引入，是避免誤啟動(dòng)失靈（引起原因通常是誤碰或者單一元件的異常）的方法之一，因此實(shí)務(wù)中經(jīng)常利用如下方式來啟動(dòng)失靈：“高壓側(cè)斷路器‘有流（相電流/零序電流/負(fù)序電流）+‘保護(hù)當(dāng)作+‘高壓側(cè)斷路器位置”所構(gòu)成的“與門”。上述做法有效增強(qiáng)避免失靈保護(hù)被誤啟動(dòng)的能力，但是也需要對(duì)同時(shí)產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)保持警惕，即該驅(qū)動(dòng)實(shí)質(zhì)也提高了其拒動(dòng)的可能性（比如，對(duì)于啟動(dòng)失靈邏輯，絕不能采用可以把“斷路器位置”反映出來的如下觸點(diǎn)：跳閘位置觸點(diǎn)/合閘位置觸點(diǎn)）。其原因在于：若本體機(jī)械存在問題，上述觸點(diǎn)恐怕會(huì)使失靈保護(hù)發(fā)生拒動(dòng)?，F(xiàn)實(shí)中，各省電網(wǎng)發(fā)生“斷路器連桿脫落”，進(jìn)而致使其失靈的情形不算少見，雖然此刻的斷路器主觸頭尚沒有分離，但是輔助觸點(diǎn)已經(jīng)分離，前文所述的“禁用觸點(diǎn)”亦不能對(duì)斷路器主觸頭進(jìn)行準(zhǔn)確的位置反映，這種判定“斷路器斷開”的做法是不可取的。

4 旁路代運(yùn)的主變啟動(dòng)失靈回路問題

在“旁路代運(yùn)著主變高壓側(cè)開關(guān)”的情形下，若主變電流并非切至CT（主變套管）而是CT（旁路），倘若采用旁路保護(hù)來啟動(dòng)失靈，便會(huì)出現(xiàn)如下所述問題：如圖4，主變的“非電量保護(hù)動(dòng)作觸點(diǎn)”+“電量保護(hù)動(dòng)作觸點(diǎn)”（并聯(lián)）以啟動(dòng)“旁路保護(hù)操作箱”中的TJR（永跳繼電器），促使“出口跳旁路開關(guān)”的實(shí)現(xiàn)，TJR出于啟動(dòng)“斷路器失靈保護(hù)”，而重動(dòng)“觸點(diǎn)串接旁路開關(guān)”的零序電流觸點(diǎn)，這時(shí)的旁路代運(yùn)主變就會(huì)形成圖4的保護(hù)，從而啟動(dòng)失靈保護(hù)。然而非電量保護(hù)是不能啟動(dòng)失靈的，所以此時(shí)只有通過“主變保護(hù)屏”，才能使主變啟動(dòng)失靈的回路實(shí)現(xiàn)。但是，由于Ⅰ母和Ⅱ母都處于斷開的位置，盡管故障發(fā)生在主變范圍，在其他動(dòng)作正常的情況下，高壓側(cè)斷路器也會(huì)發(fā)生拒動(dòng)，即如圖2所示的01和05發(fā)生回路接通后，1YQJ和2YQJ均處于斷開，05和024或者05和025均無法接通，裝置的應(yīng)有作用也就無法發(fā)揮。圖5則演示了改進(jìn)的辦法，也就是增添一個(gè)壓板（用于旁路代運(yùn)時(shí)啟動(dòng)失靈）于主變保護(hù)屏，動(dòng)作觸點(diǎn)依舊不變，同時(shí)將主變/旁路開關(guān)切換之后的電流當(dāng)作電流判據(jù)，將旁路隔離開關(guān)的重動(dòng)觸點(diǎn)作為主變母線判據(jù)即可。要注意的是，若旁路代運(yùn)線路進(jìn)行開關(guān)的過程中沒有將上述壓板脫出，會(huì)導(dǎo)致主變或旁路的斷路器在相異的母線上運(yùn)行。比如：主變和旁路斷路器分別在Ⅰ母和Ⅱ母上運(yùn)行，若前者失靈，會(huì)分別經(jīng)過1YQJ和2YQJ來接通024和025，致使Ⅰ母和Ⅱ母同時(shí)失靈并同時(shí)誤跳。

圖4 旁路保護(hù)啟動(dòng)失靈保護(hù)原理圖

圖5 旁路代運(yùn)時(shí)主變啟動(dòng)失靈回路改進(jìn)原理圖

5 結(jié)語

本文分析了現(xiàn)實(shí)中220kV斷路器“失靈保護(hù)啟動(dòng)回路”的弊端并提出有關(guān)的應(yīng)對(duì)措施，由此期望能給各部分（包括設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)、調(diào)試、運(yùn)行等）的專業(yè)人員提供對(duì)于改進(jìn)該方面問題的參考意見，以確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

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作者簡介：張東寅（1973-），男，廣東汕頭人，廣東省輸變電工程公司工程師，研究方向：電力建設(shè)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）