青李線斷路器加裝非全相保護(hù)箱改造

華電青島發(fā)電有限公司 呂 俊

1 背景介紹

青島電廠甲站220kV青李線PCS-923斷路器輔助保護(hù)裝置超期服役（超過15年），按省調(diào)要求需退出運(yùn)行。其充電過流功能可由PCS-931主保護(hù)的手合后加速功能替代，或由母聯(lián)充電保護(hù)通過改變方式空母線實(shí)現(xiàn)線路充電過流保護(hù)功能；而根據(jù)《GB/T14285—2006繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》中對(duì)非全相保護(hù)的具體規(guī)定，應(yīng)優(yōu)先選用斷路器機(jī)構(gòu)的非全相保護(hù)，但某廠甲站青李線的HPL245B1-1P型斷路器無機(jī)構(gòu)本體非全相保護(hù)功能，保護(hù)班決定對(duì)青李線斷路器進(jìn)行改造，自主設(shè)計(jì)加裝非全相保護(hù)箱，既節(jié)約了更換保護(hù)的昂貴費(fèi)用，又滿足了規(guī)程的規(guī)定。

2 對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響

近年來，青島電網(wǎng)的容量不斷增大，某廠甲、乙站輸電線路的負(fù)荷電流也逐年攀升，某廠220kV青聯(lián)線在迎峰度夏期間的負(fù)荷電流已達(dá)2000A，當(dāng)非全相運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)中的零序電流也會(huì)達(dá)到2000A。此時(shí)與其相鄰的線路零序電流可能會(huì)大于零序后備保護(hù)的定值，如不能在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)切除非全相運(yùn)行的線路，就會(huì)引起相鄰線路零序后備（不經(jīng)方向）誤動(dòng)，越級(jí)跳閘。對(duì)于發(fā)變組或機(jī)端斷路器，如采用分相斷路器，若發(fā)生非全相運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)序電流，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上感應(yīng)出倍頻電流，造成發(fā)電機(jī)過熱甚至損壞發(fā)電機(jī)。所以，需要斷路器非全相保護(hù)可靠判別及時(shí)跳開三相斷路器，使電網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行。根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]，三相不一致保護(hù)延時(shí)時(shí)間的整定原則為：與線路相關(guān)的斷路器微機(jī)三相不一致保護(hù)，500kV的時(shí)間整定為2s，220kV整定為2.5s，其他整定為0.5s；線路斷路器本體的非全相保護(hù)整定為3s，主變和母聯(lián)斷路器整定為1.0s。

3 典型回路

調(diào)查不同廠家的斷路器本體三相不一致保護(hù)，二次回路類似，斷路器非全相保護(hù)二次回路為：斷路器的三相常開、常閉輔助點(diǎn)先并聯(lián)后再串聯(lián)，以此作為非全相判別回路，當(dāng)斷路器有一相或者兩相斷開處在非全相運(yùn)行時(shí)，常開接點(diǎn)和常閉接點(diǎn)分別至少有一副接點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，則非全相判別回路導(dǎo)通，啟動(dòng)時(shí)間繼電器開始計(jì)時(shí)達(dá)到延時(shí)定值后啟動(dòng)跳閘出口繼電器，最終跳閘出口繼電器的常開接點(diǎn)閉合動(dòng)作于斷路器的跳閘回路，使斷路器三相跳閘。

4 非全相保護(hù)箱的設(shè)計(jì)、制作

4.1 傳統(tǒng)三相不一致保護(hù)可靠性及需要解決的問題

斷路器本體非全相保護(hù)不經(jīng)電量判別，直接由斷路器常開、常閉接點(diǎn)經(jīng)串并聯(lián)組合后的非電量作為保護(hù)判據(jù)，判據(jù)單一，可靠性較差，時(shí)間繼電器、出口繼電器接點(diǎn)抖動(dòng)或誤碰繼電器使接點(diǎn)誤導(dǎo)通均會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

4.2 二次回路方案的確定

一是為防止時(shí)間繼電器故障或在誤碰的情況下誤出口導(dǎo)致誤動(dòng)，經(jīng)分析可將跳閘出口繼電器的正電源經(jīng)斷路器三相不一致接點(diǎn)閉鎖，可有效提高非全相保護(hù)可靠性。

二是為防止出口繼電器誤動(dòng)，可將出口繼電器的跳閘出口接點(diǎn)的公共端串接并聯(lián)的斷路器三相常閉輔助接點(diǎn)進(jìn)行閉鎖后再與正電源相連。這樣若出口繼電器誤動(dòng)，因斷路器三相的常閉接點(diǎn)在斷路器合位時(shí)均處在斷開狀態(tài)，出口繼電器的正電源被隔離，斷路器跳閘線圈不會(huì)被啟動(dòng)，能有效防止三相不一致保護(hù)誤動(dòng)作。

三是為防止在長期運(yùn)行過程中單一時(shí)間繼電器發(fā)生動(dòng)作時(shí)間偏移，導(dǎo)致三相不一致保護(hù)在重合閘動(dòng)作之前三跳開關(guān)，或者延遲動(dòng)作導(dǎo)致相鄰線路零序保護(hù)越級(jí)跳閘，采用3個(gè)時(shí)間繼電器形成“三取二”回路，解決了單個(gè)時(shí)間繼電器的時(shí)間偏移導(dǎo)致三相不一致保護(hù)早于線路保護(hù)重合閘動(dòng)作或長時(shí)間不動(dòng)作的問題。

四是非全相保護(hù)動(dòng)作后，為了便于運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)及故障分析完善其信號(hào)回路，并將自保持動(dòng)作信號(hào)接至NCS后臺(tái)，瞬動(dòng)動(dòng)作信號(hào)接至錄波器。

五是在保護(hù)箱內(nèi)安裝加熱除濕裝置，并做好密閉措施，防止連續(xù)陰雨天氣時(shí)雨水、濕氣進(jìn)入保護(hù)箱產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，有效避免二次回路、繼電器接點(diǎn)、端子排絕緣下降導(dǎo)致的誤動(dòng)。

六是斷路器的某一相輔助接點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)異常脫開時(shí)，可導(dǎo)致此相斷路器常閉接點(diǎn)始終在常開位置無法閉合，會(huì)使非全相保護(hù)拒動(dòng)，故設(shè)置兩組相互獨(dú)立的非全相保護(hù)，并分別啟動(dòng)斷路器的兩組跳閘線圈。這樣即使有一組非全相保護(hù)的斷路器常閉接點(diǎn)異常，也可以由第二組非全相保護(hù)將斷路器跳開。

綜上所述，圖1（a）和圖1（b）為斷路器非全相保護(hù)箱二次回路的最終方案。

圖1

5 方案實(shí)施

5.1 元器件選型

5.1.1 斷路器非全相保護(hù)箱繼電器的選型

時(shí)間繼電器型號(hào)的確定：根據(jù)文獻(xiàn)[1]，時(shí)間繼電器的整定值誤差需不大于1%或40ms。檢驗(yàn)比對(duì)5種時(shí)間繼電器的備品，確定使用RF5643 DC110V型時(shí)間繼電器，時(shí)間誤差均低于10ms。時(shí)間繼電器校驗(yàn)完畢后，將時(shí)間波輪用號(hào)頭筆標(biāo)記，防止接線調(diào)試時(shí)誤碰導(dǎo)致誤整定。

出口中間繼電器型號(hào)的確定：根據(jù)文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]，斷路器跳閘出口繼電器動(dòng)作功率不能低于5W，動(dòng)作電壓應(yīng)為55%～70%額定電壓。選用UEG/F-4H/110VDC型大功率繼電器。

發(fā)信的中間繼電器型號(hào)的確定：選用RF5647 DC110V型中間繼電器，校驗(yàn)滿足動(dòng)作電壓、返回電壓滿足規(guī)程要求。

5.1.2 其他元器件的選擇

加熱器選用50W的備品加熱器；加熱器空開選用西門子2A的備品空開；槽盒、導(dǎo)軌均選用備品；端子排選用鳳凰端子排；箱內(nèi)接地銅排選用100mm2，固定絕緣子選用備品，與升壓站電纜溝的等電位銅纜連接的銅纜選用50mm2，所有外接電纜的屏蔽線均可靠壓接在箱內(nèi)接地銅上，可有效減弱升壓站強(qiáng)磁場、強(qiáng)電場的干擾。

指示燈、按鈕型號(hào)確定：AD11-22/21型指示燈（黃色）、LA3811BN型按鈕（綠色）在本廠6kV配電室開關(guān)柜控制回路上使用較多，具有壽命長、可靠性高、耐振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，安裝接線方便，班組備品較充足。班組人員對(duì)其進(jìn)行2.5kV工頻耐壓試驗(yàn)1min，未發(fā)生絕緣損壞。

壓板型號(hào)確定：JL02-2保護(hù)壓板（黃色）班組備品充足，2.5kV工頻耐壓試驗(yàn)合格。

二次線型號(hào)確定：所選線型為2.5mm2軟線，滿足一定機(jī)械強(qiáng)度，滿足二次回路對(duì)載流量的要求，并便于二次回路接線；通過試驗(yàn)，滿足絕緣耐壓1000V要求。

根據(jù)所選繼電器型號(hào)及相關(guān)元器件選擇合適的箱體，按照尺寸進(jìn)行篩選，班組人員最終選定改造停用的電源控制箱箱體，該箱體尺寸為50cm×60cm×20cm，狀態(tài)良好，完全能滿足繼電器及相關(guān)元器件的安裝。

5.2 布局設(shè)計(jì)、裝配

一是柜門布局設(shè)計(jì)，確定方案為指示燈、按鈕、壓板上下布局；第一套保護(hù)在左側(cè)，第二套保護(hù)在右側(cè)。

二是測量指示燈、按鈕、壓板接線柱尺寸，按照尺寸對(duì)柜門鉆眼，安裝指示燈、按鈕、壓板接線柱，并打貼標(biāo)明名稱。

三是箱內(nèi)布局設(shè)計(jì)，確定方案為第一套保護(hù)繼電器安裝在上方；第二套保護(hù)繼電器安裝在下方；槽盒布置在繼電器四周；接線端子排橫向布局位于箱內(nèi)最下方，與箱體底面距離略大于5cm，便于接線；接地銅排用立式絕緣子固定在箱體左下側(cè)；電加熱固定在箱體右下側(cè)；二次線在槽盒內(nèi)走線，跨越柜門的二次線經(jīng)纏線管保護(hù)，并綁扎牢固防止絕緣損失。

四是安裝布局設(shè)計(jì)，在箱體上打孔固定槽盒、導(dǎo)軌、絕緣子及銅排、加熱器，安裝繼電器、端子排并標(biāo)號(hào)；打印號(hào)頭，對(duì)照?qǐng)D1配接二次線。

5.3 非全相保護(hù)箱制作完成后上電試驗(yàn)

5.3.1 接線檢查和寄生回路檢查

檢查箱內(nèi)實(shí)際接線與圖1一致，接線壓接牢固，接線號(hào)頭規(guī)范正確；先送第一組控制電源，使用萬用表檢查第二組保護(hù)回路全部端子均無電壓；再送第二組控制電源，使用萬用表檢查第一組保護(hù)回路全部端子均無電壓。

5.3.2 驗(yàn)證保護(hù)箱功能的正確性

一是在非全相保護(hù)箱端子排接入兩路直流電源，僅送第一路保護(hù)電源，用短路線在端子排模擬斷路器接點(diǎn)正常合閘狀態(tài)，強(qiáng)制出口繼電器TX1動(dòng)作，因正電被斷路器常閉接點(diǎn)閉鎖，故跳斷路器A、B、C相出口回路端子1KD：1、2、3無正電。

二是用手按壓三個(gè)時(shí)間繼電器K1、K2、K3，模擬其全部動(dòng)作，因正電被非全相判別回路閉鎖，故TX1不動(dòng)作，跳斷路器A、B、C相出口回路端子1KD：1、2、3亦無正電。

三是第一套三相不一致保護(hù)壓板置投入位，用短路線在端子排模擬斷路器三相不一致狀態(tài)，保護(hù)延時(shí)3s正確動(dòng)作，跳斷路器A、B、C相出口回路端子1KD：1、2、3有正電，柜門動(dòng)作燈點(diǎn)亮并保持，非全相動(dòng)作瞬動(dòng)及自保持信號(hào)端子導(dǎo)通正確，按第一套非全相復(fù)歸按鈕后，柜門動(dòng)作燈熄滅，自保持信號(hào)復(fù)歸。

四是第一套三相不一致保護(hù)壓板置退出位，用短路線在端子排模擬斷路器三相不一致狀態(tài)，第一套三相不一致保護(hù)不動(dòng)作。

五是時(shí)間繼電器“三取二”功能驗(yàn)證，第一套三相不一致保護(hù)壓板置投入位，任意插入一個(gè)時(shí)間繼電器，用短路線在端子排模擬斷路器三相不一致狀態(tài)，非全相保護(hù)不動(dòng)作；任意插入兩個(gè)時(shí)間繼電器，用短路線在端子排模擬斷路器三相不一致狀態(tài)，非全相保護(hù)正確動(dòng)作。

六是合上加熱器空開，電加熱工作正常。

七是第二套非全相保護(hù)驗(yàn)證步驟與第一套非全相保護(hù)相同。

6 對(duì)青李線斷路器本體加裝非全相保護(hù)箱進(jìn)行改造

6.1 二次接線圖設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)的非全相保護(hù)箱二次原理圖（圖1）和HPL245B1-1P型斷路器原理圖確定青李線加裝非全相保護(hù)箱的二次接線圖（圖2）。

圖2

6.2 非全相保護(hù)箱在青李線間隔就地的安裝

一是選擇青李線間隔電纜溝正上方的墻上，避免安裝在斷路器本體因斷路器合分閘時(shí)的震動(dòng)對(duì)箱內(nèi)繼電器的不良影響，正下方鉆孔直接進(jìn)入電纜溝，方便電纜敷設(shè)，進(jìn)入混凝土部分安裝金屬管保護(hù)電纜。

二是在墻上鉆孔設(shè)置膨脹螺絲固定非全相保護(hù)箱。

三是根據(jù)圖2敷設(shè)電纜并完成接線。

四是電纜穿管處封堵，保護(hù)箱內(nèi)封堵嚴(yán)密，防止潮氣進(jìn)入箱內(nèi)。

6.3 非全相保護(hù)箱帶開關(guān)傳動(dòng)試驗(yàn)

一是第一套非全相保護(hù)試驗(yàn)，僅送青李線第一路操作電源，投入停用重合閘壓板斷，第一套三相不一致保護(hù)壓板置投入位。

二是斷路器由分位到合位非全相傳動(dòng)試驗(yàn)，集控室遙控合上青李線218斷路器，檢查三相開關(guān)合閘到位。在就地匯控柜短接啟動(dòng)A相斷路器跳圈，分開A相斷路器，經(jīng)過整延時(shí)（3s）后，第一套非全相保護(hù)動(dòng)作，跳開斷路器B相和C相，非全相保護(hù)箱第一套非全相保護(hù)動(dòng)作燈亮，NCS發(fā)信正確。利用故障錄波器確定時(shí)間繼電器的動(dòng)作時(shí)間為2.99s，符合要求。按照以上步驟進(jìn)行B相、C相斷路器測試，均正確[4]。

三是斷路器由合位到分位非全相傳動(dòng)試驗(yàn)，檢查開關(guān)三相均在分位。在就地匯控柜短接啟動(dòng)A相斷路器合圈，合上A相斷路器，經(jīng)整定的動(dòng)作時(shí)間（3s）后，第一套非全相保護(hù)動(dòng)作，跳開A相斷路器，非全相保護(hù)箱第一套非全相保護(hù)動(dòng)作燈亮，NCS發(fā)信正確。利用錄波器確定第一套非全相保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為3s，正確。按照以上步驟進(jìn)行B相、C相斷路器測試，均正確。

四是防誤動(dòng)功能驗(yàn)證，合上青李線218斷路器，用短路線短接正電和1QD:A4，模擬三個(gè)時(shí)間繼電器K1、K2、K3和出口跳閘繼電器誤動(dòng)作，第一套非全相保護(hù)動(dòng)作信號(hào)發(fā)出，開關(guān)保持合閘狀態(tài)。

五是時(shí)間繼電器“三取二”功能試驗(yàn)，第一套三相不一致保護(hù)壓板置投入位，任意插入一個(gè)時(shí)間繼電器，合上A相斷路器滿足斷路器三相不一致狀態(tài)，非全相保護(hù)不動(dòng)作；任意插入兩個(gè)時(shí)間繼電器，非全相保護(hù)正確動(dòng)作。

六是按照第一套非全相保護(hù)的試驗(yàn)步驟驗(yàn)證第二套非全相保護(hù)功能全部正確。

通過傳動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證青李線非全相保護(hù)箱各項(xiàng)功能完全滿足設(shè)計(jì)要求，可以投入運(yùn)行。

7 結(jié)語

本文介紹了對(duì)某廠青李線HPL245B1-1P型斷路器加裝機(jī)構(gòu)本體非全相保護(hù)箱的改造方案，以及斷路器本體非全相保護(hù)箱的制作及改造過程，對(duì)斷路器本體非全相保護(hù)可靠性的相關(guān)影響因素進(jìn)行了改進(jìn)，完成青李線的此次改造，能有效提高三相不一致保護(hù)的正確性和可靠性，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于不具備本體非全相保護(hù)的斷路器在工程改造上具有借鑒意義。