摘要: 分析了目前斷路器失靈保護投入率較低的原因, 并對高壓電網斷路器失靈保護有關問題進行了探討。闡述了保護動作信息和斷路器" 有流" 信息的" 與" 邏輯解除電壓閉鎖方案的可行性和通用性, 進而提出了可行的解決方案。

0 引言

斷路器失靈保護是指故障電氣設備的繼電保護動作發出跳閘命令而斷路器拒動時,

利用故障設備的保護動作信息與拒動斷路器的電流信息構成對斷路器失靈的判別, 能夠以較短的時限切除同一廠站內其他有關的斷路器,使停電范圍限制在最小,從而保證整個電網的穩定運行, 避免造成發電機、變壓器等故障元件的嚴重燒損和電網的崩潰瓦解事故。斷路器拒動是電網故障情況下又疊加斷路器操作失靈的雙重故障, 允許當降低其保護要求,但必須以最終能切除故障為原則。在現代高壓和超高壓電網中,斷路器失靈保護作為一種近后備保護方式得到了普遍采用。

1 失靈保護的基本構成及作用

失靈保護由電壓閉鎖元件、保護動作與電流判別構成的啟動回路、時間元件及跳閘出口回路組成。

啟動回路是保證整套保護正確工作的關鍵之一, 必須安全可靠, 應實現雙重判別, 防止單一條件判斷斷路器失靈,

以及因保護觸點卡澀不返回或誤碰、誤通電等造成的誤啟動。啟動回路包括啟動元件和判別元件,2 個元件構成" 與" 邏輯,如圖1 所示。

啟動元件通常利用斷路器自動跳閘出口回路本身, 可直接用瞬時返回的出口跳閘繼電器觸點, 也可與出口跳閘繼電器并聯的、瞬時返回的輔助中間繼電器觸點, 觸點動作不復歸表示斷路器失靈。沙吐別

元件以不同的方式鑒別故障確未消除。現有運行設備采用相電流( 線路) 、零序電流( 變壓器) 的" 有流"判別方式。保護動作后, 回路中仍有電流,說明故障確未消除。時間元件是斷路器失靈保護的中間環節, 為了防止單一時間元件故障造成失靈保護誤動,時間元件應與啟動回路構成" 與" 邏輯后,再啟動出白繼電器。失靈保護的電壓閉鎖一般由母線低電壓、負序電壓和零序電壓繼電器構成。當失靈保護與母差保護共用出口跳閘回路時, 它們也共用電壓閉鎖元件。

2 存在的主要問題和改進措施

2 . 1 線路失靈保護存在的問題常規的斷路器失靈保護都是采用能夠快速復歸的相電流元件作為斷路器未斷開的判別元件, 該判別元件繼電器的觸點與保護觸點配合分別構成單相跳閘和三相跳閘啟動失靈回路, 加裝判別元件就是

為了防止保護出口觸點卡住不返回,或者誤碰、誤通電等情況時造成開關失靈保護誤啟動, 進而使失靈保護工作更安全可靠[41 。但在實際整定過程中, 由于要考慮系統運行方式以及母聯開關跳開后線路末端故障時相電流元件仍應有足夠的靈敏度,因此, 其定值很難躲過正常運行的負荷電流, 這就導致在線路正常運行時, 電流判別元件一直處于動作狀態, 因而,并沒有起到防止誤動的把關作用。

事實上, 失靈保護在沒有加裝復合電壓閉鎖前,系統中會有傳動保護時因忘記斷開啟動失靈的連線( 開關失靈電流判別元件處于動作狀態) 等原因而造成失靈保護誤動作的情況。如果正常運行時,失靈保護相電流判別元件不動作,則完全可以避免這些誤動。另外, 對于電磁型繼電器, 當負荷電流與定值接近時, 將造成繼電器舌片和觸點的抖動, 長時間運行就會使繼電器的轉軸脫落,使失靈保護拒動。

2 . 2 發變組、變壓器失員保護存在的問題及解決措施

由于在變壓器低壓側發生內部故障( 或者發變組高壓開關出現缺相運行) 時, 裝設于母差保護中的只反應2 0 kV 側復合電壓的失靈保護電壓閉鎖元件往往不能開放, 因而變壓器、發變組啟動失靈保護除了要注意將瓦斯保護( 或其他觸點會延時返回的保護) 出口和電氣量出口分開外, 還應注意復合電壓閉鎖元件的解鎖問題。可以采取以下措施。

l) 對2 2 0 k v 發變組, 可用" 電流判別+ 保護出口十合閘位置繼電器常開觸點" 相串聯構成與門的方式解鎖。電流判別元件可采用零序電流和相電流并聯的方式( 或門) 構成; 保護出口為跳高壓側開關的出口。此外, 還可在解鎖回路中加人壓板,以備在某種特殊情況下發變組高壓開關檢修時, 斷開該解鎖回路。

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2) 對于變壓器失靈保護, 可用" 電流判別+ 保護出口十復合電壓閉鎖觸點" 相串聯構成與門的方式解鎖。電流判別元件可采用零序電流和相電流并聯的方式( 或門) 構成; 保護出口為跳高壓側開關的出口; 復合電壓閉鎖觸點應為低壓側的復合電壓觸點,電壓觸點動作后應延時返回。電壓閉鎖觸點中包括低壓側電壓, 主要是防止低壓側故障時高壓側復合電壓元件沒有靈敏度而不能開放失靈保護; 而延時返回主要是考慮如果變壓器差動保護動作低壓開關跳開后,低壓母線的電壓可能會立即恢復正常( 例如變壓器低壓側有小電源或變壓器低壓側并列運行) ,從而沒有起到開放閉鎖的作用。延時的時間應保證即使是發生低壓側區內故障, 差動保護或低壓側后備保護能有足夠的時間啟動失靈保護跳開故障變壓器所在母線上的所有元件, 即延時時間應大于低壓側保護出口后跳低壓開關與跳蘭側開關的整定時間之差( 一般為0 . 3 5 一0 . 5 5 ) ,加上失靈保護啟動后跳開故障變壓器母線上所有元件時間( 一般為0 . 5 5 ) ,考慮留有一定的裕度, 一般取3 5 即可。采用上述方式保證了誤傳動時有電壓把關, 而區外故障電壓開放時有" 電流判別" 和" 保護出口"把關。該方法的優點是在高壓開關三相失靈時也能解鎖。此外, 變壓器低壓開關檢修時, 低壓母線可能失去電壓, 此時鎖回路中的電壓閉鎖將開放, 因此, 還可在解鎖回路中串人壓板, 以備斷開該解鎖回路。

2 . 3 電流判別元件靈敏度低的問題

斷路器失靈保護的電流判別元件應滿足在系統正常運行及故障線路開關斷開后不動作,同時在線路末端發生各種故障時有足夠的靈敏度, 這樣才能使電流判別元件起到出口把關的作用。可以采取以下2 種方法: &sup1; 用電流突變量啟動元件對3 個相電流元件從邏輯上進行閉鎖;  用電流突變量啟動元件控制失靈啟動電流繼電器動作的正電源。

這樣, 系統正常運行時, 由于電流突變量啟動元件不動作, 開關失靈電流判別元件不會動作; 系統發生故障時, 電流突變量啟動元件動作后展寬一個時間( 大于后備保護的時間, 例如7 5 ) 開放電流判別回路。電流突變量啟動元件( 由正序和負序電流組成)應能保證本線路末端發生故障時有足夠的靈敏度,能可靠啟動。按上述方法構成的失靈保護電流判別回路, 在正常運行時由電流突變量元件保證其不會動作, 在開關斷開后由相電流元件保證其不會動作,

從而提高了系統正常運行時失靈保護的安全性。

當斷路器失靈時, 用于判別該斷路器失靈的電流判別元件必須可靠動作才能保證失靈保護動作出口。對于發電機、變壓器, 當發生內部匝間短路故障時, 盡管差動保護可以動作出口,但高壓側斷路器處的電流測量元件感受到的故障電流不太大,達不到斷路器失靈的" 有流" 電流判別元件動作值。這樣,就無法保證高壓側斷路器失靈時失靈保護正確動作。由于發電機、變壓器內部匝間短路故障時,高壓側斷路器處的電流測量元件感受到的放障電流大小很不確定, 與短路匝數的關系很大。因此, 不太可能使" 有流" 判別方式的電流判別元件能靈敏地反應這種故障并區別有故障與無故障川。

因此,筆者認為, 此電流判別元件的定值應整定得很小, 只要斷路器有電流流過就動作, 在斷路器跳開后可靠返回。隨著微機保護應用范圍的不斷拓展,斷路器失靈電流判別元件的定值精度會很高, 而

且此電流判別元件用軟件實現, 可以很好地避免類似于電流繼電器接點粘連造成的電流元件接點的不正確動作狀態。失靈電流判別元件的定值應與線路微機保護中習慣稱呼的" 無流鑒別元件"具有相同的整定值, 甚至可以不需要用戶整定。

3 應用斷路器失靈保護應注意的幾個問題

1 ) 非電量保護作為斷路器失靈保護的啟動量不合適。主變重瓦斯、壓力釋放、發電機斷水保護出口不應啟動失靈保護。因為非電量保護接點動作和返回時間均較慢, 啟動失靈保護可靠性差; 非電量保護動作時, 有時電流不會快速增加很多, 達不到失靈啟動電流值, 此時失靈保護不會啟動。發電機斷水保護出口設計為啟動失靈保護的建議取消。

2) 后備保護不能直接啟動失靈保護。將發電機反時限對稱過負荷保護、反時限不對稱過負荷保護、過激磁保護設計成出口啟動失靈, 這是不合適的, 是原理上的錯誤。" 程序跳閘" 的概念是,保護動作出口時先關汽輪機主汽門,待發電機發生逆功率并達到逆功率定值且主汽門關閉接點閉合, 通過程序逆功率保護完成解列滅磁。汽輪機主汽門關閉和發電機發生逆功率是一個復雜的物理過程, 一般超過1s 。而失靈保護動作時間一般整定0 . 3 5 跳母聯,0.5 5 跳主斷路器。因此, 用保護啟動程序跳閘的同時去啟動失靈的做法, 一旦發生發變組故障必然引起失靈保護誤動跳閘, 擴大事故范圍。

3) 輔助保護不應啟動失靈保護。如主變冷卻器全停保護作為主變壓器的輔助保護,該保護一旦動作解列滅磁, 在短時間內保護接點不會返回, 必須人為恢復冷卻器工作或備用電源后,保護接點才能返回, 易引起保護誤動。因此, 此類保護不要啟動失靈。有些電廠設計為啟動失靈保護,建議改正。

4) 區別發變組失靈保護與線路失靈保護的不同。首先, 由于大型發變組保護啟動失靈保護的種類繁多, 各種保護的原理不相同, 因此,各種保護動作和返回時間均不相同, 有快有慢。其次, 發變組一般采用三相聯動開關, 比線路分相操作開關動作時間長, 如L W6一2 。型S F 6 三相聯動開關分閘時間不大于38 m s , L W6 一2 2 0 型S F 6 分相操作開關分閘時間不大于28 m s 。因此, 實際應用時應對元件啟動失靈保護與線路啟動失靈保護加以區別,以提高保護的可靠性。方面的,其中斷路器失靈保護設計不規范引起失靈保護動作可靠性低是造成失靈保護不能正常投人的主要原因。對失靈保護的要求是: &sup1; 某斷路器的保護確已啟動而不返回;  判斷該斷路器確實未被斷開; &raquo;增加故障判別元件,同時, 為了提高可靠性, 判別元件的接點應接于出口跳閘回路中, 并采取" 一對一"的接線方式, 即每一跳閘回路串有一對判別元件觸點, 避免一對判別元件觸點控制幾個跳閘回路; &frac14;失靈保護動作后應閉鎖重合閘, 避免再重合于故障。

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