繼電器動(dòng)作時(shí)間對(duì)保護(hù)動(dòng)作結(jié)果的影響

王 瑋, 邱星星, 張 浩, 臧 偉, 奚霽仲, 張 震

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司超高壓分公司, 安徽 合肥 230022)

0 引言

二次回路主要反映一次設(shè)備工作狀態(tài)，控制和調(diào)節(jié)一次設(shè)備，在發(fā)生故障時(shí)快速切斷故障。其中控制回路是切除故障的必經(jīng)回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器及隔離開(kāi)關(guān)的跳閘、合閘操作[1]?？刂苹芈分幸笥蟹捞芈芳皦毫Φ烷]鎖斷路器動(dòng)作的回路。文章通過(guò)對(duì)防跳回路及閉鎖斷路器回路中的繼電器的動(dòng)作的相互配合進(jìn)行分析，深入討論為何單相流變爆炸會(huì)引起失靈保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大，對(duì)新保護(hù)投入運(yùn)行時(shí)的回路驗(yàn)收有重要意義。

1 事故經(jīng)過(guò)

1.1 事故及保護(hù)動(dòng)作情況介紹

2015年8月9日500 kV #1變電站5032開(kāi)關(guān)B相流變頂部爆炸著火，引起500 kV #2變電站500 kV 1號(hào)線第一套、第二套線路保護(hù)動(dòng)作，線路所連5013開(kāi)關(guān)B相跳閘，重合不成三跳。5012開(kāi)關(guān)B相單跳單重又跳開(kāi)，緊接著5012開(kāi)關(guān)A、C相跳開(kāi)又合上，隨后5012開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)動(dòng)作跟跳本開(kāi)關(guān)，同時(shí)聯(lián)跳1號(hào)主變各側(cè)開(kāi)關(guān)。一次接線圖如圖1所示。

圖1 一次接線示意圖

1.2 事故處理

現(xiàn)場(chǎng)檢修人員調(diào)閱500 kV 1號(hào)線保護(hù)及動(dòng)作的開(kāi)關(guān)保護(hù)的動(dòng)作保護(hù)，打印相關(guān)的故障錄波器模擬量及開(kāi)關(guān)量波形圖[2]，認(rèn)為對(duì)側(cè)500 kV #1變電站5032開(kāi)關(guān)B相流變本體故障，本側(cè)500 kV #2變電站內(nèi)保護(hù)的動(dòng)作情況理論上跳開(kāi)5012、5013開(kāi)關(guān)即可切除故障，與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)動(dòng)作的情況不符。檢修人員認(rèn)為需要對(duì)500 kV #2變電站500 kV都山線保護(hù)及5011、5012和5013開(kāi)關(guān)保護(hù)的動(dòng)作情況進(jìn)行深入分析，找到問(wèn)題所在。

2 保護(hù)動(dòng)作情況分析

2.1 開(kāi)關(guān)分合及保護(hù)動(dòng)作情況分析討論

對(duì)于500 kV 1號(hào)線路保護(hù)，500 kV #1變電站5032開(kāi)關(guān)B相流變故障，500 kV #2變電站1號(hào)線路保護(hù)判斷線路發(fā)生B相單相接地故障，即第一次故障。理論上1號(hào)線路第一、第二套線路保護(hù)電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，5012、5013開(kāi)關(guān)B相單跳單重。圖2為故障后動(dòng)作報(bào)文及波形圖，分析500 kV 1號(hào)線路保護(hù)及5012、5013開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作報(bào)文及故障錄波器波形，線路保護(hù)于23 ms差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，5012、5013開(kāi)關(guān)保護(hù)收到跳閘命令后，于61 ms左右開(kāi)關(guān)位置由合到分，并經(jīng)過(guò)相應(yīng)的重合閘延時(shí)后重合閘動(dòng)作。按華東網(wǎng)調(diào)整定原則，邊開(kāi)關(guān)0.7 s重合閘延時(shí)，中開(kāi)關(guān)1 s重合閘延時(shí)，因此5013開(kāi)關(guān)保護(hù)重合閘經(jīng)過(guò)0.7 s延時(shí)后先動(dòng)作，于890 ms左右5013開(kāi)關(guān)位置由分到合。由于500 kV #1變電站5032B相流變爆炸時(shí)形成的油氣通道對(duì)1號(hào)線A相懸瓶持續(xù)放電，5013開(kāi)關(guān)合上運(yùn)行200 ms左右后，于1 120 ms左右A、B再次發(fā)生單相接地故障，即第二次故障，1號(hào)線保護(hù)再次動(dòng)作發(fā)出三跳命令，5013開(kāi)關(guān)最終保持在三相分位狀態(tài)。500 kV 1號(hào)線路保護(hù)與5013開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作情況與故障現(xiàn)象吻合，保護(hù)動(dòng)作正確。

圖2 保護(hù)動(dòng)作報(bào)告及故障錄波圖

特殊的是5012開(kāi)關(guān)保護(hù)，由于5012開(kāi)關(guān)作為中開(kāi)關(guān)，重合閘延時(shí)為1 s，5012開(kāi)關(guān)重合閘落后于5013開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致5013開(kāi)關(guān)合上后運(yùn)行200 ms左右到再次發(fā)生兩相接地故障，此時(shí)500 kV 1號(hào)線再次發(fā)出三跳命令，同時(shí)恰好達(dá)到5012開(kāi)關(guān)保護(hù)重合閘動(dòng)作延時(shí)，重合閘命令也隨后發(fā)出，因此，5012開(kāi)關(guān)保護(hù)同時(shí)收到跳閘命令和合閘命令，5013開(kāi)關(guān)A、C相跳開(kāi)，B相隨后合上。根據(jù)線路保護(hù)說(shuō)明書(shū)，保護(hù)發(fā)出的跳閘命令和合閘命令均有展寬，能短時(shí)保持[3]。理論上，B相開(kāi)關(guān)合上后由于跳令仍然存在，B相位置由合到分，A、C相雖然合閘命令保持，在防跳回路下A、C相由保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)后不再重合。實(shí)際5012開(kāi)關(guān)位置如波形圖所示，B相開(kāi)關(guān)由于跳令的存在于1 260 ms跳開(kāi)，A、C相開(kāi)關(guān)在跳開(kāi)后因合閘命令還在于1 293 ms左右合上，與理論相悖，檢修人員在下一節(jié)對(duì)5012開(kāi)關(guān)防跳回路進(jìn)一步研究。

2.2 繼電器動(dòng)作時(shí)間配合對(duì)保護(hù)動(dòng)作的影響

從2.1節(jié)內(nèi)容看，理論上當(dāng)5012開(kāi)關(guān)保護(hù)同時(shí)收到跳閘命令和合閘命令后，在防跳回路的作用下，5012開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后不再合上，但實(shí)際動(dòng)作情況為5012開(kāi)關(guān)B相跳位、A、C相合位，檢修人員查閱5012開(kāi)關(guān)操作回路圖，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)合閘回路和防跳回路中負(fù)電均須經(jīng)過(guò)繼電器KB4的常閉節(jié)點(diǎn)。5012開(kāi)關(guān)B相經(jīng)重合閘后又跳閘，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行合-分，壓力降低導(dǎo)致壓力閉鎖合閘繼電器KB4動(dòng)作，KB4線圈帶電，KB4常閉節(jié)點(diǎn)打開(kāi)，合閘回路和防跳回路均斷開(kāi)。在B相開(kāi)關(guān)打壓過(guò)程中，壓力閉鎖合閘繼電器KB4復(fù)歸，防跳回路繼電器(A相KF1、C相KF3)帶電。檢修人員考慮防跳回路之所以未起作用，可能由于壓力閉鎖合閘繼電器KB4和防跳繼電器KF1、KF3相關(guān)節(jié)點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間未配合好?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際上，當(dāng)壓力閉鎖合閘繼電器KB4復(fù)歸后，其常閉節(jié)點(diǎn)立馬閉合，防跳繼電器KF1、KF3線圈帶電，但是其常閉節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)、常開(kāi)節(jié)點(diǎn)閉合有延時(shí)，因此合閘回路瞬時(shí)導(dǎo)通、防跳回路未及時(shí)啟動(dòng)，在合閘命令下，5012開(kāi)關(guān)A、C相合上。最終，5012開(kāi)關(guān)在B相在1 260 ms跳開(kāi)、A、C相在1 293 ms合上。

圖3 5012開(kāi)關(guān)操作回路圖

2.3 失靈保護(hù)動(dòng)作原因分析

500 kV #1變電站5032開(kāi)關(guān)B相流變故障后，雖然對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)在60 ms左右已跳開(kāi)，但是流變爆炸形成的油氣通道持續(xù)對(duì)1號(hào)線A相橫擔(dān)放電，在1 658 ms形成第三次故障，即A、B相接地故障，1號(hào)線路保護(hù)動(dòng)作三跳，5013開(kāi)關(guān)在第二次故障由跳開(kāi)后一直保持在分位狀態(tài)。5012開(kāi)關(guān)保護(hù)在經(jīng)過(guò)第一次、第二次故障，B相開(kāi)關(guān)狀態(tài)在61 ms跳開(kāi)、經(jīng)過(guò)1 s延時(shí)后于1 116 ms重合、隨后在1 260 ms跳開(kāi)，短時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷了“分—合—分”，B相開(kāi)關(guān)壓力迅速降低至閉鎖壓力值，閉鎖A、B、C三相開(kāi)關(guān)分閘回路，造成了5012開(kāi)關(guān)A、C相未跳開(kāi)。此時(shí)第三次故障已經(jīng)發(fā)生，A相存在故障電流，且A相開(kāi)關(guān)在保護(hù)動(dòng)作后由于分閘回路被閉鎖未跳開(kāi)，滿足失靈保護(hù)動(dòng)作條件，5012開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)動(dòng)作，最終跳開(kāi)相鄰5011開(kāi)關(guān)以及1號(hào)主變各側(cè)開(kāi)關(guān)。

檢修人員為進(jìn)一步驗(yàn)證開(kāi)關(guān)在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行“分—合—分”，是否分閘回路就被閉鎖，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)5012開(kāi)關(guān)進(jìn)行模擬試驗(yàn)：對(duì)B相開(kāi)關(guān)進(jìn)行“分閘—合閘—分閘”試驗(yàn)后，立刻對(duì)A、C相發(fā)出保持分閘命令，A、C相開(kāi)關(guān)被閉鎖分閘，A、C相未跳開(kāi)，需要打壓15 秒左右A、C相才跳開(kāi)，試驗(yàn)結(jié)果與5012開(kāi)關(guān)動(dòng)作分析相符。

3 事故反思及二次回路驗(yàn)收經(jīng)驗(yàn)

3.1 事故反思

通過(guò)上述內(nèi)容分析，考慮現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行工況下，對(duì)于500 kV #1變電站5032開(kāi)關(guān)B相流變故障引發(fā)的三次故障，1號(hào)線路保護(hù)及相應(yīng)的開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作情況均正確。但是檢修人員認(rèn)為通過(guò)調(diào)整各繼電器節(jié)點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間的配合，使得防跳回路在各種故障下均能起到作用，就可以避免像這次故障，即5012開(kāi)關(guān)合閘和跳閘命令同時(shí)存在、且5012開(kāi)關(guān)本身短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行分—合—分情況，最終因?yàn)殚_(kāi)關(guān)沒(méi)有分開(kāi)導(dǎo)致失靈保護(hù)動(dòng)作，造成停電范圍擴(kuò)大。

3.2 二次回路驗(yàn)收經(jīng)驗(yàn)

本次事故停電范圍擴(kuò)大，就是由于壓力低閉鎖合閘繼電器KB4和防跳繼電器KF1、KF3線圈動(dòng)作后，其輔助觸點(diǎn)閉合、斷開(kāi)的時(shí)間未配合好，最終導(dǎo)致失靈保護(hù)動(dòng)作。目前防跳回路的驗(yàn)證常采用合位防跳，將開(kāi)置于合位，按住合閘按鈕并保持，再用保護(hù)動(dòng)作模擬跳閘，開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后不再合上則防跳回路完好，但這種回路驗(yàn)證無(wú)法防止出現(xiàn)的故障。檢修人員認(rèn)為后續(xù)可采用分位防跳試驗(yàn)，在開(kāi)關(guān)分位狀態(tài)，按住合閘按鈕同時(shí)按住分閘按鈕，開(kāi)關(guān)合上后立即跳開(kāi)，保持分位不跳躍，則表明防跳回路完好。這種防跳回路，可以避免防跳繼電器動(dòng)作時(shí)間與其他繼電器以及開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)配合造成的防跳失效。對(duì)于本次故障，若采用分位防跳驗(yàn)證，則可以發(fā)現(xiàn)壓力低閉鎖合閘繼電器KB4、防跳繼電器KF1、KF2輔助觸點(diǎn)配合不好的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

文章討論了繼電器動(dòng)作時(shí)間配合對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作結(jié)果的影響，配合不合理將造成事故范圍擴(kuò)大。由于控制回路中不同功能回路常串入繼電器的輔助觸點(diǎn)，輔助觸點(diǎn)的斷開(kāi)或閉合受繼電器動(dòng)作時(shí)間控制。為使控制回路正常運(yùn)行，電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)能有選擇性地切除故障，在后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收工作中，需要對(duì)回路中繼電器的性能進(jìn)行驗(yàn)證，使繼電器動(dòng)作時(shí)間相配合，正確發(fā)揮繼電保護(hù)裝置的防線作用。