500 kV斷路器操動機(jī)構(gòu)二次回路典型缺陷及優(yōu)化建議

肖博峰

(國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司, 四川 成都 610041)

0 引 言

在電力系統(tǒng)中，由500 kV線路及變電站構(gòu)成的超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)起著重要的支撐作用，500 kV超高壓斷路器正確動作對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。500kV超高壓斷路器的氮?dú)?N2)壓力控制回路、三相不一致回路、跳位監(jiān)視回路、壓力低跳閘閉鎖回路的性能都直接影響著斷路器的動作行為。

在斷路器三相不一致保護(hù)出口回路中，常因出口繼電器正端與電源正極擊穿或三相不一致繼電器受潮導(dǎo)致其誤出口[1]。經(jīng)研究，采用三相不一致出口跳閘接點(diǎn)經(jīng)斷路器位置常閉接點(diǎn)取得正電源的方式，可有效避免三相不一致回路誤出口造成斷路器機(jī)構(gòu)誤跳閘的事故[2]。由跳位監(jiān)視回路和機(jī)構(gòu)箱防跳回路構(gòu)成的寄生回路，可能導(dǎo)致斷路器只能分合一次、跳位合位監(jiān)視燈同時點(diǎn)亮等現(xiàn)象[3]。因500 kV保護(hù)裝置按雙重化配置，文獻(xiàn)[4]提出雙重化保護(hù)裝置的直流電源回路、配合回路、壓力閉鎖回路均應(yīng)相互獨(dú)立，為500 kV斷路器機(jī)構(gòu)箱跳合閘回路的配置提出了新要求。

下面分別分析了西門子、ABB、三菱公司3個主流廠家的500 kV超高壓斷路器典型回路存在的缺陷，并提出了應(yīng)用效果良好的回路優(yōu)化建議。

1 500 kV西門子公司斷路器典型缺陷及回路優(yōu)化

1.1 氮?dú)?N2)壓力控制開關(guān)

1.1.1 缺陷情況

對某500 kV杭州西門子公司3AT2-EI型斷路器進(jìn)行機(jī)構(gòu)強(qiáng)迫三相動作試驗(yàn)，當(dāng)?shù)谝唤M強(qiáng)迫三相動作試驗(yàn)工作完成后，斷開第一組操作電源進(jìn)行第二組強(qiáng)迫三相動作試驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)斷路器無法出口跳閘。

用萬用表測試發(fā)現(xiàn)第二組跳閘出口回路237A、237B、237C電位變?yōu)?110 V，隨即對回路進(jìn)行依次查找并進(jìn)行分析，斷路器機(jī)構(gòu)第二組跳閘回路如圖1所示。

經(jīng)測試，圖1中-X745端子電位為-110 V，-X0LA 235端子電位為+110 V，因此判斷缺陷為K26(跳閘總閉鎖繼電器)失磁導(dǎo)致的13、14這對常開接點(diǎn)斷開所致。

圖1 西門子公司斷路器機(jī)構(gòu)第二組跳閘回路

根據(jù)第二組跳閘回路的閉鎖回路圖進(jìn)行分析，影響K26(跳閘總閉鎖繼電器)的繼電器有3個，分別為K105(第二組SF6總閉鎖繼電器)、K103(第二組油壓總閉鎖繼電器)、K82(第二組N2總閉鎖繼電器)，如圖2所示。其中，K105通過第二組SF6密度繼電器B4LA/B/C輔助接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對SF6氣體壓力的監(jiān)視，當(dāng)氣壓低于一定值時接點(diǎn)導(dǎo)通，K105繼電器勵磁，斷開第二組跳閘回路；K103通過N2壓力控制開關(guān)B1LA(/B/C)監(jiān)測N2壓力實(shí)現(xiàn)對開關(guān)油壓的間接監(jiān)測，當(dāng)油壓降低對應(yīng)N2壓力降低，使接點(diǎn)導(dǎo)通，K103繼電器勵磁，斷開第二組跳閘回路；K82在第一組跳合閘閉鎖回路中反應(yīng)N2泄漏的繼電器K81勵磁后勵磁，并經(jīng)延時斷開第二組跳閘回路。

測試圖2中的K103、K105、K82線圈兩端電壓分別為+220 V、+110 V、+110 V，由此判斷是-B1LA/B/C斷路器的某一相密度繼電器動作所導(dǎo)致K103繼電器動作。

圖2 第二組跳閘回路的閉鎖回路

隨即對斷路器A、B、C三相分箱機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查。檢查過程中發(fā)現(xiàn)B相機(jī)構(gòu)N2壓力控制開關(guān)運(yùn)行燈綠燈熄滅，故障燈紅燈亮起，A相、C相N2壓力控制開關(guān)運(yùn)行燈綠燈正常亮起。由此基本確定為B相N2壓力控制開關(guān)出現(xiàn)故障。

為進(jìn)一步驗(yàn)證，隨即將B相N2壓力控制開關(guān)引出的B1LB繼電器的接點(diǎn)3和接點(diǎn)6(控制第二組跳閘回路的接點(diǎn))這一對接點(diǎn)中的接點(diǎn)3腳斷開，發(fā)現(xiàn)K26繼電器勵磁。同時，再次測試第二組跳閘出口回路237A、237B、237C三相電位均為-110 V，電位恢復(fù)正常，此時第一組跳閘回路功能恢復(fù)正常。再將第一組操作電源合上后發(fā)現(xiàn)B相N2控制開關(guān)運(yùn)行燈綠燈正常點(diǎn)亮，測試第一組跳閘回路137 A、137 B、137 C三相電位均為：-75 V，電位恢復(fù)正常，第一組跳閘回路功能也恢復(fù)正常。然后繼續(xù)進(jìn)行強(qiáng)迫三相動作試驗(yàn)，斷路器強(qiáng)迫三相動作及各項(xiàng)功能正常。

對同串另一斷路器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象，經(jīng)判斷為相同原因?qū)е隆?/p>

N2控制器采用兩組直流電源(互為備用)供電，要求在任何一組電源正常的情況下都應(yīng)可靠工作。而斷路器機(jī)構(gòu)B相N2控制器在失去第一組操作電源后，B1LB密度繼電器的接點(diǎn)失磁返回斷開第一組和第二組跳閘回路，將導(dǎo)致斷路器無法跳閘，此時只能通過斷路器失靈保護(hù)動作切除對應(yīng)500 kV母線、邊/中斷路器及對側(cè)線路斷路器。

1.1.2 原因分析及整改建議

故障斷路器分別為西門子公司2007年和2004年生產(chǎn)的產(chǎn)品，生產(chǎn)和運(yùn)行時間均超過10年，導(dǎo)致其N2壓力控制開關(guān)存在一定的老化；同時N2壓力控制開關(guān)運(yùn)行在場地機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，且設(shè)備運(yùn)行期間因保護(hù)動作和設(shè)備試驗(yàn)過程中的震動，進(jìn)一步惡化了其運(yùn)行環(huán)境。但該設(shè)備尚未達(dá)到規(guī)定的一次設(shè)備運(yùn)行年限就出現(xiàn)了故障，可見產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量也存在一定的缺陷。

由于正常運(yùn)行情況下，兩組操作電源均正常供電時，運(yùn)維人員很難通過N2控制開關(guān)運(yùn)行指示燈判斷其是否出現(xiàn)了故障，該故障具有一定的隱蔽性；同時，由于出現(xiàn)上述故障后將同時斷開第一組和第二組操作回路，導(dǎo)致保護(hù)裝置不能正確跳閘造成事故范圍的擴(kuò)大。根據(jù)上述分析可提出如下整改建議：

1)在對使用該型號機(jī)構(gòu)箱的間隔進(jìn)行年檢或改造時，應(yīng)分別拉開第一組、第二組操作電源。通過查看操作箱斷路器位置指示燈或分別進(jìn)行機(jī)構(gòu)三相不一致試驗(yàn)等方式，驗(yàn)證N2壓力控制開關(guān)能否在單電源供電情況下正常工作。

2)對于老舊的該型號斷路器機(jī)構(gòu)箱，在設(shè)備運(yùn)行過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，通過機(jī)構(gòu)箱N2壓力控制開關(guān)指示燈和操作箱開關(guān)位置指示燈等確認(rèn)其運(yùn)行狀態(tài)是否良好。

3)當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)，需要斷開其中一組操作電源或其中一組操作電源斷電時，可通過監(jiān)視操作箱HWJ指示燈情況，確保另一組跳閘回路的完整性。

1.2 三相不一致回路優(yōu)化

1.2.1 設(shè)計缺陷

500 kV杭州西門子公司3AT2-EI型斷路器機(jī)構(gòu)箱因三相不一致出口回路直接由正極提供電源，存在因誤碰三相不一致時間繼電器K16或出口繼電器K61導(dǎo)致斷路器機(jī)構(gòu)三相不一致回路誤出口的問題，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后斷路器機(jī)構(gòu)箱三相不一致回路

1.2.2 優(yōu)化建議

根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]中提供的優(yōu)化方案，對該型斷路器機(jī)構(gòu)箱優(yōu)化后的接線如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后繼路器機(jī)構(gòu)箱三相不一致回路

此處僅以第一組三相不一致回路為例進(jìn)行說明，第二組參照整改。優(yōu)化后三相不一致出口回路經(jīng)斷路器三相常閉輔助接點(diǎn)并聯(lián)取得正電，從而確保斷路器至少一相在分位時，三相不一致出口回路才能獲取正電，且串入斷路器常閉輔助接點(diǎn)可保證該接點(diǎn)不參與回路滅弧。

2 500 kV ABB斷路器典型回路優(yōu)化

2.1 跳位監(jiān)視回路

2.1.1 原跳位監(jiān)視回路缺陷

ABB公司HPL550B2型500 kV斷路器未提供專用的跳位監(jiān)視回路接線端子，當(dāng)采用斷路器機(jī)構(gòu)防跳時，只能按圖5所示將跳位監(jiān)視105回路和合閘107回路接于遠(yuǎn)方合閘端子。

圖5 原跳位監(jiān)視回路接線

該接線方式在斷路器處于合位時會產(chǎn)生圖5所示的由跳閘位置繼電器(TWJ)、BG1斷路器常開輔助接點(diǎn)、K3防跳繼電器形成的寄生回路。若該回路中TWJ繼電器和K3防跳繼電器內(nèi)阻參數(shù)配合不當(dāng)，會導(dǎo)致TWJ跳位繼電器啟動或K3防跳繼電器啟動。其中K3防跳繼電器啟動后斷開合閘回路，并通過防跳回路中常開接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自保持。該寄生回路常造成如下兩種不良結(jié)果：

1)斷路器只能合閘、分閘一次。當(dāng)斷路器第一次合閘完成后，上述寄生回路導(dǎo)通并實(shí)現(xiàn)自保持，斷開合閘回路。當(dāng)斷路器分閘后要再次合閘時，因合閘回路被防跳繼電器斷開，無法再次合閘，只有斷開第一組操作電源后，K3防跳繼電器復(fù)歸，斷路器才能夠再次合閘。

2)操作箱跳位燈和合位燈同時亮，且保護(hù)收到跳位開入重合閘放電。因TWJ跳位繼電器在第一次合閘后仍一直啟動，使操作箱跳位燈點(diǎn)亮，在斷路器合閘完成后因跳閘回路導(dǎo)通，操作箱合位燈點(diǎn)亮，故出現(xiàn)了跳位燈和合位燈同時亮的異?，F(xiàn)象，導(dǎo)致無法正常監(jiān)視斷路器位置。同樣由于TWJ跳位繼電器啟動，可能導(dǎo)致重合閘直接放電，閉鎖重合閘功能，或經(jīng)延時發(fā)跳位異常告警。

在某500 kV變電站中就多次出現(xiàn)上述兩種異?，F(xiàn)象。在文獻(xiàn)[3]中也介紹了110 kV變電站多次出現(xiàn)的斷路器只能分合閘一次、跳位燈和合位燈同時亮的情況。

2.1.2 優(yōu)化方案

參考西門子斷路器機(jī)構(gòu)箱跳位監(jiān)視回路接線方法，考慮設(shè)置獨(dú)立的105回路。該回路在斷路器機(jī)構(gòu)箱先過BG1斷路器常閉輔助接點(diǎn)和K3防跳繼電器常閉接點(diǎn)再接入遠(yuǎn)方合閘端子，如圖6所示。

圖6 優(yōu)化后跳位監(jiān)視回路接線

在圖6中，因105跳位監(jiān)視回路串入了BG1斷路器常閉輔助接點(diǎn)，使斷路器合閘完成后105跳位監(jiān)視回路至遠(yuǎn)方合閘端子的接線斷開。則K3防跳繼電器無法通過105跳位監(jiān)視回路獲得正電而勵磁，避免了K3防跳繼電器因內(nèi)阻參數(shù)不匹配導(dǎo)致的異常勵磁，同理可防止TWJ跳位繼電器的異常勵磁。同時，在105回路串入K3防跳繼電器常閉接點(diǎn)，可保證在BG1斷路器常閉輔助接點(diǎn)異?；蚬收蠒r，TWJ跳位繼電器和K3防跳繼電器無法構(gòu)成回路，避免兩繼電器異常勵磁。BG1斷路器常閉輔助接點(diǎn)和K3防跳繼電器常閉接點(diǎn)起互為備用的作用。

2.2 三相不一致回路

ABB公司HPL550B2型500kV斷路器三相不一致回路同樣存在與圖4類似的缺陷，需要三相不一致出口接點(diǎn)更改為經(jīng)斷路器常閉接點(diǎn)后取得正電。但其三相不一致K6時間繼電器和Q7出口繼電器僅有一組且接入第一組操作回路，而Q7出口繼電器出口接點(diǎn)分別接入第一組、第二組跳閘回路，可按如下方案進(jìn)行優(yōu)化。

1)優(yōu)化方案1

在第二組跳閘回路解開Q7出口繼電器的出口接點(diǎn)，如圖7所示。

圖7 ABB HPL550B2型優(yōu)化方案1

該方案保證了第一組、第二組跳閘回路的相互獨(dú)立，更符合220 kV及以上電壓等級斷路器機(jī)構(gòu)箱兩組相互獨(dú)立跳閘回路的要求。

2)優(yōu)化方案2

在第二組操作回路增設(shè)K8時間繼電器和Q9出口繼電器，并解開第二組跳閘回路中Q7出口繼電器接點(diǎn)，接入Q9出口繼電器跳閘接點(diǎn)，如圖8所示。

圖8 ABB HPL550B2型優(yōu)化方案2

該方案為第二組跳閘回路也配備了獨(dú)立的三相不一致功能，且保證了第一組、第二組跳閘回路三相不一致功能的相互獨(dú)立。

3 500 kV三菱斷路器典型回路優(yōu)化

3.1 跳閘閉鎖回路

3.1.1 原回路缺陷

三菱公司生產(chǎn)的MD1501型HGIS匯控柜中，其63QTX油壓低跳閘閉鎖繼電器和63GLX氣壓低跳/合閘閉鎖繼電器均由第一組操作電源供電，但其常閉閉鎖接點(diǎn)分別接于第一組、第二組跳閘回路，如圖9所示。

圖9 MD1501型HGIS匯控柜跳閘閉鎖回路

圖9所示接線方式會導(dǎo)致失去第一組操作電源后，63QTX油壓低跳閘和63GLX氣壓低跳閘閉鎖繼電器均對第二組跳閘回路失去閉鎖作用，此時通過第二組跳閘回路跳閘可能導(dǎo)致斷路器因異常跳閘而損壞或燒毀。這與文獻(xiàn)[4]中220 kV 及以上電壓等級斷路器的壓力閉鎖繼電器應(yīng)雙重化配置的要求不符，且不滿足兩套保護(hù)裝置與其他保護(hù)、設(shè)備配合的回路應(yīng)遵循相互獨(dú)立的原則。

3.1.2 回路優(yōu)化

在第二組操作回路中增加63QT2X油壓低跳閘閉鎖繼電器和63GL2X氣壓低跳閉鎖繼電器，并與63QTX油壓低跳閘閉鎖繼電器和63GLX氣壓低跳閉鎖繼電器同樣受63QT油壓低接點(diǎn)和63GL氣壓低接點(diǎn)控制。同時在第二組跳閘回路中斷開63QTX和63GLX接點(diǎn)，串入63QT2X和63GL2X常閉接點(diǎn)，對第二組跳閘回路起壓力低閉鎖的作用，回路接線如圖10所示。

圖10 MD1501型HGIS匯控柜優(yōu)化后跳閘閉鎖回路

3.2 三相不一致回路

該方案通過增設(shè)油壓低和氣壓低跳閘閉鎖繼電器使兩組跳閘回路相互獨(dú)立互不干擾，當(dāng)任一電源斷電均不影響另一組跳閘回路的所有功能。但需結(jié)合現(xiàn)場情況考慮原壓力接點(diǎn)63QT或63GL是否夠用，或?qū)?yīng)表計能否提供該類接點(diǎn)。

3.2.1 原回路缺陷

三菱公司生產(chǎn)的MD1501型HGIS匯控柜三相不一致回路采用圖11所示接線方式。

圖11 三菱MD1501型HGIS匯控柜三相不一致回路接線

與ABB公司HPL550B2型斷路器類似，其三相不一致回路同樣存在由第一組操作回路供電的跳閘出口繼電器控制跳開第一組、第二組跳閘回路的問題。且其三相不一致啟動回路存在先經(jīng)過斷路器常開輔助接點(diǎn)再經(jīng)過斷路器常閉輔助接點(diǎn)的問題。

3.2.2 優(yōu)化方案

1)優(yōu)化方案1

斷開第二組跳閘回路中三相不一致出口回路，將第一組三相不一致啟動回路改為先過斷路器常閉接點(diǎn)再過斷路器常開接點(diǎn)，并使三相不一致第一組出口跳閘回路經(jīng)斷路器常閉接點(diǎn)取得正電，如圖12所示。

圖12 三菱MD1501型HGIS匯控柜優(yōu)化方案1

該方案使三相不一致第一組出口跳閘回路先過斷路器常閉接點(diǎn)而不是常開接點(diǎn)，是為了保證三相不一致跳閘回路始終由斷路器主觸頭斷開跳閘回路，防止斷路器輔助接點(diǎn)因切斷電流而燒毀。

2)優(yōu)化方案2

同樣在第二組操作回路中增設(shè)48T三相不一致啟動繼電器和48X三相不一致出口繼電器，第一組三相不一致回路更改方法與方案一相同，如圖13所示。

圖13 三菱MD1501型HGIS匯控柜優(yōu)化方案2

該方案使斷路器具備兩組獨(dú)立的三相不一致回路，但需考慮匯控柜是否便于安裝對應(yīng)繼電器，斷路器是否有足夠的輔助接點(diǎn)。

4 結(jié) 論

所提出的西門子、ABB、三菱公司500 kV斷路器機(jī)構(gòu)箱典型回路優(yōu)化方案均在工程現(xiàn)場中進(jìn)行了充分應(yīng)用，分別解決了相關(guān)技術(shù)問題，達(dá)到了預(yù)期效果。兩年以來，優(yōu)化后斷路器機(jī)構(gòu)回路未出現(xiàn)因N2壓力閉鎖開關(guān)、三相不一致回路、跳位監(jiān)視回路、跳閘壓力閉鎖回路故障造成的斷路器不正確動作。