220kV開關(guān)失靈保護淺析

劉志良

（中科（廣東）煉化有限公司）

0 引言

電力系統(tǒng)當(dāng)中，安裝有很多開關(guān)設(shè)備，當(dāng)電氣設(shè)備運行中出現(xiàn)故障時，需要通過開關(guān)跳閘將故障切除，以保證非故障供電系統(tǒng)繼續(xù)運行。而當(dāng)開關(guān)發(fā)生拒動時，將會導(dǎo)致故障無法切除，影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行進(jìn)而造成事故擴大。為避免由于開關(guān)拒動，造成電力系統(tǒng)事故擴大情況的發(fā)生，可以采取為相應(yīng)的回路配置開關(guān)失靈保護，以解決開關(guān)拒動對供電系統(tǒng)造成的影響。本文對220kV變電站開關(guān)失靈保護回路進(jìn)行了研究，對保護動作原理及接線情況進(jìn)行了分析，闡明失靈保護配置的作用及實際意義。

1 失靈保護

開關(guān)失靈保護是指故障電氣設(shè)備回路的繼電保護裝置動作，發(fā)出跳閘命令后開關(guān)拒動時，利用故障設(shè)備的保護動作信息與拒動開關(guān)的電流信息構(gòu)成對開關(guān)失靈的判別，以較短的時限切除同一廠站內(nèi)其他有關(guān)的開關(guān)，將停電范圍限制在最小，從而保證其余供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，避免造成發(fā)電機、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。開關(guān)拒動是電網(wǎng)故障情況下又疊加了開關(guān)操作失靈的雙重故障，失靈保護作為一種近后備保護方式，可以有效避免供電系統(tǒng)重大事故，得到了廣泛應(yīng)用。

2 失靈保護回路的構(gòu)成

失靈保護由電壓閉鎖元件、保護動作與電流判別構(gòu)成的啟動回路、時間元件及跳閘出口回路組成。啟動回路中串有保護動作出口接點和有流判據(jù)輸出接點，邏輯判斷回路由時間元件、判斷元件以及復(fù)壓閉鎖元件等構(gòu)成。啟動回路和邏輯判斷回路共同構(gòu)成了失靈保護動作的條件。

一般情況下，失靈保護動作需滿足以下三個條件：①保護裝置動作后未返回；②故障間隔的開關(guān)跳閘失??；③失靈保護出口時間大于開關(guān)跳閘出口時間。

失靈保護常用的啟動方式：①將保護動作接點與電流判據(jù)元件動作接點串接，兩個接點同時動作后接通失靈保護啟動回路，失靈保護動作；②將保護動作接點作為失靈保護裝置啟動的開入，再通過失靈保護裝置判斷相應(yīng)回路是否有流，兩個條件同時滿足后失靈保護動作。

2.1 線路失靈保護啟動回路

針對回路有流判據(jù)的不同實現(xiàn)方式，線路失靈保護啟動回路主要有以下幾種：

1）采用公用的失靈保護裝置對回路有流情況進(jìn)行判斷。將各個間隔主一保護、主二保護的各相動作接點操作箱的三相跳閘出口繼電器接點（TJR）一同接入公用的失靈保護裝置中，各相動作接點在公用失靈保護裝置中分別與各相電流進(jìn)行與邏輯判斷，TJR與三相電流進(jìn)行與邏輯判斷，最終實現(xiàn)各相別分別啟動失靈保護。

2）采用開關(guān)輔助保護裝置對回路有流情況進(jìn)行判斷。保護動作接點和電流判據(jù)元件動作接點直接串接，具體接法如圖1所示。圖中，SLU、SLV、SLW為各相有流判據(jù)輸出接點，SL2為三相有流判據(jù)輸出接點，TJU、TJV、TJW為各相保護動作接點，1TJR為不啟動重合閘啟動失靈保護接點，1TJQ為啟動重合閘啟動失靈保護接點。將線路保護裝置的主一保護與主二保護的各相動作接點分別并聯(lián)后，與判斷有流元件動作接點串聯(lián)構(gòu)成回路。對于三相啟動失靈回路，將三相電流元件動作接點與操作箱的TJR串聯(lián)構(gòu)成失靈啟動回路。

圖1 串接方式線路失靈保護啟動回路

3）采用失靈保護啟動判斷邏輯功能對回路有流情況進(jìn)行判斷。主一、主二保護各相動作接點以及操作箱三相跳閘出口繼電器接點TJR作為開關(guān)輔助保護裝置的開入，同時判斷同相是否有流，當(dāng)兩個條件都滿足時啟動失靈保護。

通常情況下，220kV變電站線路的失靈保護按雙重化進(jìn)行配置，每套失靈保護對應(yīng)一組跳閘線圈。出線間隔的失靈啟動回路也采用雙套獨立設(shè)計，每套保護啟動兩套失靈保護時使用兩組不同的保護動作空接點，每一組接點分別接入一套失靈保護，不能采用一組保護動作啟動失靈接點并接入兩套失靈保護的方式。

2.2 主變失靈保護啟動回路

主變失靈保護啟動回路與線路失靈保護稍有不同，線路開關(guān)三相是獨立跳閘，變壓器開關(guān)則是三相同時跳閘，因此不用考慮配置分相啟動失靈保護功能。

變壓器高壓側(cè)操作箱中有兩種跳閘出口繼電器，分別用于啟動失靈和不啟動失靈。三相不一致保護以及主變非電量保護動作不啟動失靈，其余保護啟動失靈跳閘出口繼電器。

相對于線路失靈保護，作為主變失靈保護有流判據(jù)的電流采集部位非常關(guān)鍵，必須取自GIS開關(guān)間隔上的電流互感器，不能取自變壓器套管的電流互感器。主要原因為：若采用變壓器套管的電流作為失靈保護判據(jù)，一旦GIS開關(guān)電流互感器與主變高壓側(cè)套管電流互感器之間的區(qū)域出現(xiàn)接地故障，此時主變的差動保護應(yīng)動作，跳開變壓器各側(cè)開關(guān)。如果此時變壓器中壓側(cè)開關(guān)發(fā)生拒動，那么故障電流會通過高壓側(cè)套管電流互感器，直接流到高壓側(cè)故障點，這將會造成誤啟動失靈保護，跳開高壓母線各回路開關(guān)，導(dǎo)致事故范圍擴大；如果故障時變壓器高壓側(cè)開關(guān)拒動，電流會通過高壓側(cè)開關(guān)流到高壓側(cè)的故障點，高壓側(cè)套管處由于檢測不到故障電流導(dǎo)致失靈保護發(fā)生拒動，同樣會導(dǎo)致事故范圍擴大。因此，作為主變失靈保護判據(jù)的電流不能取自套管電流互感器。

主變壓器失靈保護動作需要聯(lián)跳主變壓器各側(cè)開關(guān)，可以通過啟動變壓器非電量保護的方式，利用非電量保護跳閘實現(xiàn)，如圖2所示。其中，1TJ為主一保護動作，2TJ為主二保護動作。

圖2 聯(lián)跳主變壓器各側(cè)開關(guān)回路示意圖

2.3 開關(guān)輔助保護裝置失靈保護啟動判斷邏輯

開關(guān)輔助保護裝置失靈保護啟動判斷邏輯如圖3所示。

圖3 開關(guān)輔助保護裝置失靈保護啟動判斷邏輯

對于線路失靈保護，采用失靈一時限啟動失靈保護。對于變壓器失靈保護，采用失靈一時限起動失靈保護的同時解除變壓器的復(fù)壓閉鎖回路，失靈二時限起動聯(lián)跳變壓器各側(cè)開關(guān)。

2.4 啟動失靈對開入點的要求

刀閘、開關(guān)位置接點是失靈保護裝置的重要開入信號，用于判斷各回路所掛接母線及開關(guān)運行情況，因此母線刀閘以及開關(guān)的輔助接點必須可靠，不能夠使用經(jīng)過重動的電壓切換的接點以及跳閘位置繼電器TWJ的接點，以避免重動繼電器及其輔助接點失靈導(dǎo)致失靈保護裝置出現(xiàn)誤動作，直接采用刀閘及開關(guān)的輔助接點也可以簡化失靈回路接線。對于母差保護和失靈保護一體的裝置，由裝置自身判別失靈電流，每套間隔的保護動作后，同時啟動兩套失靈保護裝置。

3 失靈保護常見問題及確保正確動作的措施

3.1 失靈保護常見的問題

實際應(yīng)用中，失靈保護回路可能存在不完善的問題，如主變失靈保護不聯(lián)跳主變各側(cè)開關(guān)，無失靈解除復(fù)壓閉鎖回路；未按照雙重化進(jìn)行配置；線路三相不一致保護啟動失靈保護等，造成以上問題的原因主要有以下幾方面：

1）早期投運的裝置配置不完善，不滿足最新的反措要求。如早期的失靈保護裝置未配置失靈解除復(fù)壓閉鎖的開入，未配置失靈保護聯(lián)跳主變各側(cè)開關(guān)的開出；操作箱跳閘出口繼電器未區(qū)分是否啟動失靈保護。

2）失靈回路設(shè)計不滿足最新的反措要求。產(chǎn)生這一問題的原因，一是設(shè)計時最新的反措尚未提出，或已有反措但未按最新反措進(jìn)行設(shè)計；二是未對照反措要求對圖紙進(jìn)行審查，造成未能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計存在的缺陷并加以改正；三是未開展有針對性的驗收，驗收工作不夠細(xì)致。

3）實際接線或功能與設(shè)計不相符。施工調(diào)試人員擅自更改失靈保護啟動回路接線；未對實際接線及相關(guān)功能進(jìn)行核查，造成接線錯誤或功能不完善；調(diào)試不完整，調(diào)試過程中只驗證了滿足啟動條件的動作邏輯，未驗證不滿足啟動條件而不能動作的邏輯。

3.2 應(yīng)對措施

由于失靈保護是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障情況下開關(guān)拒動的近后備保護，因此對可靠性有很高的要求，采取相應(yīng)的措施防止失靈保護誤動作而導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生。

（1）技術(shù)措施

為了確保開關(guān)在失靈的情況下，失靈保護能夠可靠動作，失靈保護應(yīng)盡可能采取雙重化配置。

由于線路開關(guān)三相不一致可能導(dǎo)致相鄰線路零序保護誤動作，此時如果啟動失靈保護，將會造成整條母線的開關(guān)跳閘。鑒于三相不一致對電網(wǎng)的影響更小，從保證可靠性出發(fā)，三相不一致保護不啟動失靈。

為了保證在變壓器回路開關(guān)發(fā)生拒動的情況下失靈保護能夠真正起到作用，啟動失靈保護時，必須聯(lián)跳變壓器各側(cè)開關(guān)以便實現(xiàn)隔離故障點，不能快速返回的保護也不建議啟動失靈。

為了確保失靈保護安全可靠，實現(xiàn)供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，可以為失靈保護增設(shè)閉鎖回路，以便有效提高失靈保護的可靠性。增設(shè)閉鎖的方式有以下幾種：

1）將主變復(fù)壓保護作為開放條件。采用主變各側(cè)的復(fù)壓閉鎖元件動作解除復(fù)壓閉鎖，開放失靈保護，采用此方式可避免保護跳閘接點誤導(dǎo)通誤觸發(fā)失靈保護。

2）將外部接點動作作為開放條件。采用電流判別元件以及保護跳閘接點同時動作的情況下，解除復(fù)壓閉鎖，開放失靈保護，在保護裝置停止發(fā)出跳閘命令后,再重新閉鎖失靈保護。

3）將電流保護動作作為開放條件。母線保護裝置內(nèi)部判別失靈電流，在保護跳閘接點動作時解除復(fù)壓閉鎖（適用于具備失靈保護功能的母線保護）。

（2）管理措施

收集整理最新的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及反措，組織相關(guān)人員學(xué)習(xí)，了解及掌握失靈保護的特點及配置要求，提高認(rèn)識。參照最新的規(guī)范編制標(biāo)準(zhǔn)化圖紙，按照標(biāo)準(zhǔn)化圖紙進(jìn)行設(shè)計及設(shè)備采購，確保功能及接線符合反措要求。

對在運變電站失靈保護接線及配置情況進(jìn)行排查，一旦失靈保護有不符合最新反措的問題，應(yīng)充分利用各種停電機會進(jìn)行升級改造或?qū)芈愤M(jìn)行修改完善。對改造過的失靈回路，應(yīng)做好記錄，對圖紙進(jìn)行及時更新并保存。

對于新建變電站，應(yīng)提前介入，通過設(shè)計審查、施工排查及調(diào)試跟蹤，可以及早發(fā)現(xiàn)失靈保護因設(shè)計缺陷、接線錯誤及調(diào)試不良等方面的問題，在變電站投運前完成整改，保證失靈保護功能完備。

嚴(yán)格定值管理并做好試驗跟蹤。根據(jù)各回路保護配置及接線情況，提前完成繼電保護整定計算及通知單下達(dá)，保護調(diào)試期間對相應(yīng)邏輯及回路進(jìn)行認(rèn)真驗證。回路投用前對照正式定值通知單進(jìn)行認(rèn)真核對，避免采用調(diào)試定值。試驗過程要嚴(yán)格把關(guān)，所有開關(guān)間隔必須進(jìn)行整組傳動試驗，杜絕隱患。定檢過程中，對回路及功能逐項試驗，確保不出現(xiàn)遺漏。

4 結(jié)束語

本文介紹開關(guān)失靈保護的作用及工作原理，闡明失靈保護的實現(xiàn)方式，在對各種回路接線的分析中，指出失靈保護回路容易出現(xiàn)及被忽視的問題及原因，提出避免相應(yīng)問題所采取的應(yīng)對措施建議。希望通過落實應(yīng)對措施，有效避免失靈保護誤動作，對提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重要作用。