特高壓輸電線路故障特性研究及斷路器失靈保護(hù)的改進(jìn)

魏雪梅

摘 要：作為整個(gè)電力系統(tǒng)的主動(dòng)脈，保障高壓輸電線路安全、平穩(wěn)運(yùn)行是最重要的。斷路器的失靈保護(hù)也是電網(wǎng)中的重要組成部分。但是，如果斷路器失靈保護(hù)有拒動(dòng)或者勿動(dòng)的現(xiàn)象，就會(huì)給整個(gè)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的損失。為了消除拒動(dòng)、勿動(dòng)的隱患，就需要改進(jìn)它。分析了高壓輸電線路故障的原因和類型，對(duì)保障電網(wǎng)運(yùn)行的斷路器失靈保護(hù)提出了改進(jìn)措施，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：輸電線路；故障研究；斷路器；失靈保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.141

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電力能源的需求不斷提高。高壓輸電線路作為整個(gè)電網(wǎng)的主動(dòng)脈，能夠安全、平穩(wěn)運(yùn)行是十分重要的。但是，高壓輸電線路的架設(shè)環(huán)境復(fù)雜多變，往往架設(shè)在高山和偏遠(yuǎn)地區(qū)。電力系統(tǒng)中直接關(guān)系到電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行的還有高壓斷路器，它是連接高壓電網(wǎng)與高壓主設(shè)備的重要組成部分。在運(yùn)行過(guò)程中，斷路器會(huì)出現(xiàn)缺項(xiàng)運(yùn)行的三項(xiàng)合閘不成功或者跳閘不成功的情況。

1 高壓輸電線路故障原因統(tǒng)計(jì)

隨著我國(guó)電力通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，輸電線路中現(xiàn)有的繼電保護(hù)措施基本能夠保障線路的正常運(yùn)行，但是，高壓輸電線路架設(shè)在高山和偏遠(yuǎn)地區(qū)，許多外力因素并不是繼電保護(hù)裝置能夠預(yù)測(cè)的。這就需要工作人員分析外力造成的故障原因，有針對(duì)性地找出解決措施。表1是某電力企業(yè)分析高壓輸電線路故障原因后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

從表1中可以明顯看出，人為外力、設(shè)備為題和自然外力是造成高壓輸電線路故障的三大原因。自然外力造成的故障占50%，而在這其中，有95%的故障是雷擊造成的。雖然諸如雷擊對(duì)輸電線路造成的破壞并不能控制，但是，可以改進(jìn)高壓輸電線路，采取有效的防雷措施，減少雷擊外力的破壞。

2 架空線路常見(jiàn)故障類型

2.1 單相接地故障

在輸電線路中，最常見(jiàn)的故障是單相接地故障。因?yàn)檫\(yùn)行環(huán)境惡劣，線路長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境中，對(duì)線路造成一定程度的腐蝕破壞，進(jìn)而形成故障。單相接地故障發(fā)生后，相電壓會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱?，非故障的相線電壓會(huì)驟間升高，形成線路過(guò)電壓。這樣，電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了設(shè)備的耐壓水平，導(dǎo)致設(shè)備溫度瞬間增高，大大提高了設(shè)備燒毀的概率。

2.2 短路故障

如果沒(méi)有及時(shí)解除單相接地故障，還會(huì)導(dǎo)致線路發(fā)熱，直至燒壞相間絕緣，引發(fā)相間短路的嚴(yán)重事故。還有一種情況就是，架空線路外部出現(xiàn)的導(dǎo)體橫跨導(dǎo)線，相間絕緣體被擊穿，導(dǎo)致架空線路發(fā)生短路故障。

2.3 導(dǎo)線斷路

導(dǎo)線斷開使得供配電回路不同而引發(fā)的故障為斷路故障。這種故障往往表現(xiàn)為線路沒(méi)有完全斷開，只出現(xiàn)了輕微的斷裂間隙。然而根據(jù)用電的基本原理，導(dǎo)線間隙會(huì)形成大電弧，產(chǎn)生較大的熱量。電弧使導(dǎo)線發(fā)熱，嚴(yán)重的會(huì)使供電系統(tǒng)設(shè)備被燒壞，甚至爆炸。在實(shí)際工作中，雖然在三相電動(dòng)機(jī)缺少一相的情況下系統(tǒng)仍能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，但這只是暫時(shí)的。當(dāng)單相發(fā)生斷路時(shí)，為三相電動(dòng)機(jī)提供的電壓會(huì)增高，電動(dòng)機(jī)在超過(guò)額定電壓的狀態(tài)下運(yùn)行極容易發(fā)生燒毀事故。

3 斷路器失靈保護(hù)的作用

在高壓輸電線路中，當(dāng)發(fā)生線路故障，繼電保護(hù)發(fā)出跳閘命令而斷路器并沒(méi)有跳閘時(shí)，斷路器失靈保護(hù)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)向同一個(gè)電力系統(tǒng)中其他有關(guān)的斷路器發(fā)出斷路信號(hào)，縮小停電范圍，避免整個(gè)電網(wǎng)因?yàn)橐惶幑收隙霈F(xiàn)全面故障。斷路器失靈保護(hù)已經(jīng)在現(xiàn)代高壓和特高壓電網(wǎng)中被普遍運(yùn)用。作為后備保護(hù)方式，失靈保護(hù)是由電壓閉鎖元件、電流判別裝置構(gòu)成的，其中，還包括時(shí)間元件、跳閘出口回路等。

4 斷路器失靈保護(hù)的改進(jìn)

4.1 改進(jìn)失靈解閉鎖異常啟動(dòng)的措施

特高壓輸電線路的系統(tǒng)龐大，故障出現(xiàn)后避免損失擴(kuò)大是非常有必要的。斷路器失靈保護(hù)就起到了這樣的后備保障作用，所以，斷路失靈保護(hù)一定要有較強(qiáng)的運(yùn)行可靠性。設(shè)計(jì)人員可以在微機(jī)母線保護(hù)裝置中增加復(fù)合電壓閉鎖，進(jìn)一步提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。這一改進(jìn)需要考慮到特殊環(huán)境的因素。在特殊條件下，電壓閉鎖元件并不能夠正常行駛，無(wú)法呈現(xiàn)原設(shè)定效果，進(jìn)而導(dǎo)致失靈保護(hù)閉鎖。因?yàn)槭ъ`啟動(dòng)接點(diǎn)誤啟動(dòng)，解除了復(fù)合電壓閉鎖，導(dǎo)致負(fù)荷電流加大，高過(guò)失靈過(guò)流設(shè)定值，進(jìn)而出現(xiàn)失靈保護(hù)誤動(dòng)作出口。

4.2 外部啟動(dòng)母聯(lián)失靈保護(hù)的改進(jìn)

在特高壓輸電線路的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，有些將母線保護(hù)中的母聯(lián)保護(hù)單獨(dú)分離出來(lái)，設(shè)置了獨(dú)立的母聯(lián)保護(hù)裝置。這樣做的主要目的是確保保護(hù)功能的獨(dú)立性。但是，這一舉措也引發(fā)了新的問(wèn)題，就是獨(dú)立的母聯(lián)保護(hù)怎樣有效啟動(dòng)母聯(lián)失靈保護(hù)。經(jīng)過(guò)一系列論證和實(shí)驗(yàn)找出了這一問(wèn)題的改進(jìn)方式——將母聯(lián)間隔的失靈開入增加到母線保護(hù)失靈開入回路中，并準(zhǔn)確連接母聯(lián)保護(hù)的出口接點(diǎn)，這樣就可以從外部啟動(dòng)母聯(lián)保護(hù)功能。

4.3 失靈啟動(dòng)誤開入的改進(jìn)

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中失靈開入誤啟動(dòng)的情況，通過(guò)論證已經(jīng)得到了較好的改進(jìn)方案，微機(jī)母線失靈保護(hù)已經(jīng)有足夠的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判斷相關(guān)情況。在這個(gè)前提下，即使失靈誤開入，那么，也會(huì)有閉鎖本單元的失靈開入。這樣就使得失靈誤開入返回，然后正常使用此單元的失靈功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

特高壓輸電線路整個(gè)系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，專業(yè)性強(qiáng)，覆蓋面廣。當(dāng)出現(xiàn)線路故障時(shí)，如果不能夠及時(shí)切斷故障源頭，必將會(huì)對(duì)用戶及電力企業(yè)造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的專業(yè)論證和現(xiàn)場(chǎng)勘查，清楚地分析、判斷出特高壓輸電線路故障，確定了斷路器失靈保護(hù)的重要性，并改進(jìn)了相關(guān)設(shè)備，從而保障了輸電線路的運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕