500 kV線-變串中斷路器重合閘誤閉鎖分析及優(yōu)化

鞠翔，黃大彬，李浩

（中國南方電網(wǎng)有限公司超高壓輸電公司昆明局，昆明 650000）

0 前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，架空輸電線路上有90%的故障是瞬時(shí)性故障。使用自動(dòng)重合閘裝置，對(duì)瞬時(shí)性的故障可迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，提高了供電可靠性，減少了停電損失；對(duì)由于繼電保護(hù)勿動(dòng)、工作人員誤碰斷路器的操作機(jī)構(gòu)、斷路器操作機(jī)構(gòu)失靈等原因?qū)е碌臄嗦菲鞯恼`跳閘可及時(shí)補(bǔ)救，提高了系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性[1-3]。

±800 kV普僑直流工程交流場(chǎng)投運(yùn)后不足兩個(gè)月的時(shí)間，僑鄉(xiāng)、普洱換流站相繼發(fā)生500 kV線-變串中斷路器重合閘燈熄滅，重合閘被閉鎖事件。經(jīng)過檢查為設(shè)計(jì)原理上的原因，造成換流變壓器選相合閘裝置投入后誤將中斷路器重合閘裝置閉鎖。后經(jīng)過重新設(shè)計(jì)后，消除了此類隱患。

此次故障對(duì)工程設(shè)計(jì)及設(shè)備驗(yàn)收具有參考意義，可避免繼電保護(hù)原理性缺陷造成事故。

1 故障情況

某5052斷路器保護(hù)裝置充電燈滅。發(fā)現(xiàn)5042斷路器保護(hù)裝置充電燈滅，報(bào)文顯示重合閘已被閉鎖。兩站5042、5052斷路器都為線-變串中斷路器。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：換流變壓器選相分合閘裝置PSD投入時(shí)，遠(yuǎn)方合閘命令不經(jīng)過操作箱手合繼電器(1SHJ)而直接接入分相合閘回路，此時(shí)合后位置繼電器(HHJ)保持原來的狀態(tài)。由于中間斷路器合閘前合后位置繼電器(HHJ)是“分后位置”狀態(tài)，所以斷路器保護(hù)一直會(huì)有“閉鎖重合閘”的開入信號(hào)，導(dǎo)致中間斷路器合閘后，斷路器保護(hù)裝置充電燈滅，不能實(shí)現(xiàn)重合閘功能。

2 傳統(tǒng)重合閘閉鎖回路及分合閘回路

2.1 傳統(tǒng)重合閘閉鎖回路簡(jiǎn)析

一般情況下，重合閘閉鎖回路共有6個(gè)輔助觸點(diǎn)，如圖1。1TJF、2TJ1兩個(gè)常開節(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)第一、二組非電量保護(hù)動(dòng)作輔助節(jié)點(diǎn)；而1TJR、2TJR兩個(gè)常開節(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)第一、二組永跳動(dòng)作輔助節(jié)點(diǎn)；1JJ為第一組控制回路斷線輔助接點(diǎn)[4-7]。

需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是HHJ，HHJ為合后位置繼電器，是串接在手跳、手合回路中的一個(gè)磁保持繼電器（手合勵(lì)磁，手跳返回），如圖3和圖4，其作用為：

1）手動(dòng)跳開斷路器閉鎖重合閘，如圖1；

2）HHJ輔助觸點(diǎn)與跳閘置位繼電器TWJ輔助觸點(diǎn)構(gòu)成狀態(tài)不對(duì)應(yīng)回路，如圖2，當(dāng)斷路器出現(xiàn)非人為控制的由合位變?yōu)樘粫r(shí)，狀態(tài)不對(duì)應(yīng)繼電器提供發(fā)事故告警信號(hào)的接點(diǎn)及面板告警信號(hào)。

圖1 重合閘閉鎖回路

圖2 狀態(tài)不對(duì)應(yīng)回路

2.2 傳統(tǒng)分合閘閉鎖回路簡(jiǎn)析

遠(yuǎn)方合閘命令經(jīng)斷路器操作箱的啟動(dòng)手合繼電器(1SHJ)，同時(shí)還起動(dòng)手合后加速繼電器(2SHJ)、合后位置繼電器(HHJ)，使合后位置繼電器(HHJ)處于 “合后置位”狀態(tài)，見圖3[7-8]。此時(shí)，合后位置繼電器(HHJ)常閉輔助接點(diǎn)HHJ1打開，斷路器保護(hù)裝置不會(huì)收到“閉鎖重合閘”開入。當(dāng)遠(yuǎn)方分閘命令送至操作箱時(shí)，手跳繼電器(1STJ)被啟動(dòng)，手跳繼電器(1STJ)輔助接點(diǎn)閉合使合后位置繼電器(HHJ)處于“分后位置”狀態(tài)，見圖4[9-10]。此時(shí)合后位置繼電器(HHJ)常閉輔助接點(diǎn)HHJ1閉合，裝置會(huì)報(bào)“閉鎖重合閘”信號(hào)。

圖3 傳統(tǒng)中斷路器合閘回路

圖4 傳統(tǒng)中斷路器分閘回路

3 傳統(tǒng)重合閘閉鎖回路的設(shè)計(jì)缺陷

為了抑制超高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)換流或站用變壓器、交流電容器組等容性負(fù)載投切過程中產(chǎn)生的含有較高直流分量的勵(lì)磁涌流和操作過電壓，換流站選用斷路器選相分合閘裝置(Phase Selection Device，簡(jiǎn)稱 PSD 裝置 )控制其斷路器分合。PSD裝置指通過一定的手段使斷路器動(dòng)、靜觸頭在系統(tǒng)電壓波形的指定相角處分合，使電力設(shè)備在對(duì)自身和系統(tǒng)沖擊最小的情況下投切入電力系統(tǒng)的技術(shù)。

換流站線-變串中斷路器會(huì)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況選擇投入或者退出選相分合閘裝置PSD，在特定情況下，會(huì)造成重合閘閉鎖回路誤閉鎖。

當(dāng)選相分合閘裝置PSD退出時(shí)，換流站分合閘二次回路與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一致，合后位置繼電器(HHJ)能正確指示斷路器狀態(tài)，此時(shí)不會(huì)發(fā)生閉鎖重合閘的異常。

當(dāng)選相分合閘裝置PSD投入時(shí)，分相合閘命令分別送至操作箱A、B、C三相合閘回路直接合閘，見圖5，此時(shí)合閘不啟動(dòng)合后位置繼電器(HHJ)，合后位置繼電器(HHJ)保持原有的狀態(tài)，這里需要分兩種情況討論：

1）若之前不經(jīng)選相合閘裝置合閘，則合后位置繼電器(HHJ)在勵(lì)磁狀態(tài)，即無閉鎖重合閘開入；

2）若之前不經(jīng)選相合閘裝置分閘，則合后位置繼電器(HHJ)失磁，此時(shí)會(huì)發(fā)閉鎖重合閘信號(hào)。

此外，分相跳閘命令同樣分別送至操作箱的A、B、C三相跳閘回路直接跳閘，見圖6，位置繼電器(HHJ)保持原有的狀態(tài)。

圖5 選相分合閘裝置投入時(shí)中斷路器合閘回路

圖6 選相分合閘裝置投入時(shí)中斷路器分閘回路

因此當(dāng)換流變壓器選相分合閘裝置PSD投入時(shí)，斷路器合閘前的合后位置繼電器(HHJ)是“分后位置”狀態(tài)，合閘后斷路器保護(hù)一直會(huì)有“閉鎖重合閘”信號(hào)開入，不能實(shí)現(xiàn)重合閘功能。

4 重合閘閉鎖回路的優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了避免換流站500 kV線變串上的中斷路器操作箱由于合閘前的合后位置繼電器(HHJ)的處于“分后位置”狀態(tài)，而導(dǎo)致斷路器的充電燈滅的情況發(fā)生，我們提出了2種優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.1 優(yōu)化方案一

1）取消線變串上的中斷路器操作箱合通過合后位置繼電器(HHJ)輔助接點(diǎn)閉鎖重合閘的回路；

2）將操作箱中的中間繼電器（例如：5ZJ）并聯(lián)至手跳繼電器(1STJ)回路，通過使用5ZJ中間繼電器輔助觸點(diǎn)增加手動(dòng)跳閘短時(shí)閉鎖重合閘功能的方法實(shí)現(xiàn)手動(dòng)跳開斷路器閉鎖重合閘的功能。

改造后回路圖如圖7。

圖7 操作箱回路改造圖1

4.2 優(yōu)化方案二

1）直接采用手跳電壓繼電器（1STJ）的常開接點(diǎn)作為“閉鎖重合閘”的開入；

2）手跳電壓繼電器為不保持繼電器，當(dāng)手跳命令消失后，繼電器輔助接點(diǎn)即返回，“閉鎖重合閘”正電開入消失，重合閘即可以進(jìn)行充電。

改造后回路圖如圖8。

圖8 操作箱回路改造圖2

5 結(jié)束語

傳統(tǒng)重合閘閉鎖回路直接應(yīng)用于換流站線-變串中斷路器時(shí)，在換流變壓器選相分合閘裝置PSD投入情況下存在誤閉鎖斷路器重合閘功能的風(fēng)險(xiǎn)，在換流站設(shè)計(jì)初期應(yīng)引起重視。

本文提出了2種重合閘閉鎖回路優(yōu)化設(shè)計(jì)閉鎖方案，分別應(yīng)用于楚雄、普洱換流站，至今兩站未再發(fā)生因重合閘閉鎖回路設(shè)計(jì)原理缺陷造成的斷路器重合閘誤閉鎖問題，說明這2種設(shè)計(jì)方案符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。