某電廠啟備變失靈保護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

王庭筠

（大唐佛山熱電有限責(zé)任公司 廣東省佛山市 528500）

引言

斷路器失靈保護(hù)是指故障電氣設(shè)備的繼電保護(hù)動(dòng)作發(fā)出跳閘命令而斷路器拒動(dòng)時(shí)，利用故障設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作信息與拒動(dòng)斷路器的電流信息構(gòu)成對(duì)斷路器失靈的判別，能夠以較短的時(shí)限切除同一廠站內(nèi)其他有關(guān)的斷路器，使停電范圍限制在最小，從而保證整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，避免造成發(fā)電機(jī)、變壓器等故障元件的嚴(yán)重?zé)龘p和電網(wǎng)的崩潰瓦解事故。[1]然而電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性對(duì)故障極限切除時(shí)間的要求已越來越高，斷路器拒動(dòng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響也越來越大[2]。而近年來，由于啟備變斷路器保護(hù)失靈而引起的故障事故頻發(fā)，對(duì)電廠及電網(wǎng)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 失靈啟動(dòng)保護(hù)

失靈啟動(dòng)保護(hù)分兩段時(shí)限，第一時(shí)限采用負(fù)序過流元件或零序過流元件，配合斷路器合閘位置觸點(diǎn)，以及有跳該斷路器的保護(hù)動(dòng)作，去解除斷路器失靈保護(hù)的復(fù)合電壓閉鎖。第二時(shí)限采用負(fù)序過流元件或零序過流元件或相電流過流元件，配合斷路器合閘位置觸點(diǎn)，以及有跳該斷路器的保護(hù)動(dòng)作，去啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)。

失靈啟動(dòng)保護(hù)邏輯框圖如圖1。

2 啟備變失靈保護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化背景

優(yōu)化改造前某電廠01、02啟動(dòng)備用變壓器共用一個(gè)高壓斷路器間隔，高壓側(cè)電源取自220kV母線，低壓側(cè)接至#1、#2機(jī)組6kV廠用母線，提供機(jī)組啟動(dòng)/備用電源。高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，低壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)中阻接地。

啟動(dòng)備用變壓器保護(hù)裝置采用某公司生產(chǎn)的CSC-316型微機(jī)變壓器保護(hù)裝置，按照雙重化配置，兩臺(tái)啟備變共配置了3面保護(hù)屏，第一面屏為01啟備變保護(hù)屏屏內(nèi)配置了兩套CSC-316BA變壓器保護(hù)裝置和一套CSC-336變壓器非電量保護(hù)裝置，第二面屏為02啟備變保護(hù)屏屏內(nèi)配置了兩套CSC-316BA變壓器保護(hù)裝置和一套CSC-336變壓器非電量保護(hù)裝置。第三面屏為01、02啟備變公用的高壓側(cè)短引線保護(hù)屏屏內(nèi)配置了兩套CSC-316BD變壓器保護(hù)裝置一套FCX-12TJ-1斷路器操作箱和一套YQX-31J電壓切換箱。

圖1 失靈啟動(dòng)保護(hù)判別邏輯框圖

而該電廠的啟備變保護(hù)裝置設(shè)備運(yùn)行時(shí)間已達(dá)10年，元器件老化，部分型號(hào)設(shè)備已停產(chǎn)，2013年曾因操作箱跳閘出口插件啟動(dòng)功率低造成開關(guān)兩次誤跳閘，嚴(yán)重影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，存在極大的安全隱患。因此需對(duì)啟備變保護(hù)裝置進(jìn)行改造及相關(guān)回路的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3 設(shè)計(jì)優(yōu)化目的

按照現(xiàn)有設(shè)計(jì)圖紙，#1、2啟備變斷路器失靈保護(hù)功能是在啟備變公用柜中的短引線保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)的，其中斷路器失靈保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作開入信號(hào)是采用#1啟備變保護(hù)柜、#2啟備變保護(hù)柜及短引線保護(hù)柜共6套裝置的保護(hù)動(dòng)作跳閘開出信號(hào)，此設(shè)計(jì)回路復(fù)雜且冗余，為優(yōu)化回路設(shè)計(jì)，在本次#1、2啟備變保護(hù)升級(jí)改造時(shí)，對(duì)此回路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：

（1）短引線保護(hù)裝置CSC-316BH中的斷路器失靈保護(hù)保護(hù)動(dòng)作開入直接采用操作箱JFZ12TB，并設(shè)置保護(hù)動(dòng)作開入啟動(dòng)失靈信號(hào)的投退壓板，如圖2。

圖2

（2）取消所有#1、2啟備變保護(hù)裝置、短引線保護(hù)裝置原有的保護(hù)動(dòng)作開出啟動(dòng)失靈的信號(hào)及相關(guān)屏柜間的電纜線。

4 失靈回路優(yōu)化方案

4.1 失靈回路優(yōu)化

4.1.1 失靈保護(hù)開入量回路優(yōu)化

改造前，#1、2啟備變保護(hù)裝置及短引線保護(hù)裝置電氣量保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)與斷路器常開輔助接點(diǎn)串接后作為啟動(dòng)失靈的保護(hù)動(dòng)作開入量，此種方式中斷路器失靈保護(hù)三個(gè)條件中的“斷路器合閘位置”接點(diǎn)使用設(shè)計(jì)上存在重大隱患，在設(shè)計(jì)時(shí)采用三相斷路器本體輔助接點(diǎn)串接的形式作為斷路器失靈保護(hù)的“斷路器合閘位置”開入接點(diǎn)，在保護(hù)動(dòng)作跳本開關(guān)存在拒動(dòng)相（處于非全相狀態(tài)）時(shí)，失靈保護(hù)在滿足電流元件動(dòng)作、保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)開入的情況下，因此設(shè)計(jì)無法啟動(dòng)失靈保護(hù)。

改造后，改為采用操作箱永跳啟失靈跳閘出口重動(dòng)繼電器常開輔助接點(diǎn)作為啟動(dòng)失靈的保護(hù)動(dòng)作開入量；斷路器常開輔助接點(diǎn)作為啟動(dòng)失靈的一個(gè)邏輯條件，以電氣量保護(hù)啟動(dòng)失靈，非電氣量保護(hù)不啟動(dòng)失靈原則進(jìn)行優(yōu)化。

4.1.2 斷路器輔助接點(diǎn)優(yōu)化

改造前，斷路器輔助接點(diǎn)采用三相常開接點(diǎn)串聯(lián)，發(fā)生故障時(shí)任一相接點(diǎn)異常或非全相運(yùn)行，斷路器拒動(dòng)的情況下，不能啟失靈切除故障，會(huì)造成設(shè)備損壞和事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

改造后，斷路器輔助接點(diǎn)采用三相常開接點(diǎn)并聯(lián)，發(fā)生故障時(shí)任一相接點(diǎn)異常或非全相運(yùn)行，斷路器拒動(dòng)的情況下，可通過失靈保護(hù)切除故障，保護(hù)設(shè)備安全和機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 裝置對(duì)時(shí)方式優(yōu)化

改造前，裝置采用的脈沖對(duì)時(shí)，此對(duì)時(shí)方式需要場總線的通信報(bào)文對(duì)時(shí)和GPS輸出大量脈沖節(jié)點(diǎn)信號(hào)，而現(xiàn)場總控裝置因使用年限較長，常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，導(dǎo)致裝置無法對(duì)時(shí)，給故障分析帶來的困難。

改造后保護(hù)裝置均采用IRIG-B碼對(duì)時(shí)，這是一種精度很高并且又含有絕對(duì)的精確時(shí)間信息的對(duì)時(shí)方式，簡化了回路設(shè)計(jì)，并能夠可靠地提供精確的時(shí)間信息，保證了裝置時(shí)間的精確和統(tǒng)一，在發(fā)生事故時(shí)，才能根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)，以及各開關(guān)、斷路器動(dòng)作的先后順序和準(zhǔn)確時(shí)間，對(duì)事故的原因、過程進(jìn)行準(zhǔn)確分析。

4.3 操作箱出口繼電器

2013年因操作箱跳閘出口繼電器啟動(dòng)功率低造成開關(guān)兩次誤跳閘，嚴(yán)重影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，存在極大的安全隱患。此次改造，操作箱跳閘出口繼電器啟動(dòng)功率滿足了大于5W的要求。

5 優(yōu)化設(shè)計(jì)改造亮點(diǎn)

（1）失靈回路優(yōu)化：簡化了失靈回路，同時(shí)重新設(shè)計(jì)了失靈開入判據(jù)，提高了設(shè)備的可靠性；

（2）解決了操作箱跳閘開入繼電器啟動(dòng)功率低，抗干擾能力不足，易造成開關(guān)誤跳閘問題，提高了設(shè)備的可靠性；

（3）改造后保護(hù)裝置均采用IRIG-B碼對(duì)時(shí)，這是一種精度很高并且又含有絕對(duì)的精確時(shí)間信息的對(duì)時(shí)方式，解決了脈沖對(duì)時(shí)需要現(xiàn)場總線的通信報(bào)文對(duì)時(shí)和GPS輸出大量脈沖節(jié)點(diǎn)信號(hào)，避免了因通信報(bào)文異?；蛎}沖節(jié)點(diǎn)信號(hào)異常造成裝置無法對(duì)時(shí)，給故障分析帶來的困難；

（4）操作箱監(jiān)視回路采用雙直流電源切換后的電源，存在直流系統(tǒng)故障可能引起故障范圍的擴(kuò)大，本次結(jié)合改造完成監(jiān)視回路優(yōu)化，直接采用第一組操作電源。

6 優(yōu)化設(shè)計(jì)改造成果

6.1 與當(dāng)前國內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場競爭力的比較

該廠對(duì)運(yùn)行時(shí)間已超過10年的設(shè)備及時(shí)進(jìn)行更換，并結(jié)合完成了相關(guān)回路的設(shè)計(jì)優(yōu)化，尤其是失靈回路的優(yōu)化，避免了因元器件老化、設(shè)計(jì)不完善造成設(shè)備的誤動(dòng)或者拒動(dòng)，從而引起一次設(shè)備的損壞，造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失，甚至發(fā)生電網(wǎng)事故，造成巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)負(fù)面影響；現(xiàn)對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行更換，更換后保護(hù)裝置可靠性更高，運(yùn)行更穩(wěn)定，功能更全面，確保了保護(hù)的可靠動(dòng)作，提高了一次設(shè)備、電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，能可靠、快速切除故障，保證設(shè)備的安全，大大地提高了經(jīng)濟(jì)效益。

6.2 社會(huì)效益

結(jié)合01、02啟備變保護(hù)裝置進(jìn)行改造完成啟備變斷路器失靈保護(hù)的優(yōu)化，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，及時(shí)反應(yīng)設(shè)備不正常運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出信號(hào)提醒運(yùn)行人員調(diào)整或進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，將主設(shè)備拉回正常運(yùn)行狀態(tài)?；?qū)⒖赡馨l(fā)展成故障的設(shè)備及時(shí)切除，防止故障范圍擴(kuò)大，減小設(shè)備損壞成度，降低設(shè)備維修成本，縮短設(shè)備維修工期，以最短的時(shí)間將設(shè)備投入運(yùn)行，帶來了非常可觀的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

7 應(yīng)用情況

該電廠01、02啟備變保護(hù)裝置改造于2016年1月完成，并投入運(yùn)行。至今，設(shè)備運(yùn)行良好，提高了廠用電安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

8 結(jié)論

繼電保護(hù)系統(tǒng)是防止故障及電力系統(tǒng)危害的第一道防線，是繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)不可分割的一部分，對(duì)保證系統(tǒng)安全、電能質(zhì)量、防止事故的發(fā)生和故障的擴(kuò)大有著極其重要的作用，為此繼電保護(hù)必須滿足“可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性”四個(gè)基本要求，其中“可靠性”要依賴?yán)^電保護(hù)裝置本身，不僅與動(dòng)作原理有關(guān)，還與裝置元件的使用壽命、運(yùn)行環(huán)境等相關(guān)，一套保護(hù)裝置的可靠性是非常重要的，在其保護(hù)的范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，不應(yīng)因其本身的缺陷而拒絕動(dòng)作，在任何不屬于它動(dòng)作的情況下，又不應(yīng)誤動(dòng)作。否則不可靠的保護(hù)裝置投入使用，本身就能成為擴(kuò)大事故和直接造成事故的根源。

保護(hù)裝置長時(shí)間的通電運(yùn)行，使得其內(nèi)部元器件會(huì)加速老化，縮短了其使用年限，同時(shí)老設(shè)備的抗干擾能力也相對(duì)較差，設(shè)備進(jìn)入了缺陷的高發(fā)階段。

在做好設(shè)備定檢工作的同時(shí)，更應(yīng)該考慮到設(shè)備長期通電運(yùn)行導(dǎo)致設(shè)備元件老化的問題，因此做好電廠繼電保護(hù)裝置更換、相關(guān)回路的設(shè)計(jì)優(yōu)化是保證裝置可靠性的重要因素，是確保電廠安全運(yùn)行、保證設(shè)備安全的必要條件。