張軍 戚風(fēng)林 常士中 申祝江 劉云龍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

6 kV配電室越級(jí)跳閘原因分析與改進(jìn)

張軍 戚風(fēng)林 常士中 申祝江 劉云龍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

針對(duì)安鋼焦化廠 6 kV用電設(shè)備短路造成越級(jí)跳閘事故的原因進(jìn)行了分析,提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施,通過改進(jìn)避免了越級(jí)跳閘停電對(duì)焦?fàn)t生產(chǎn)造成的威脅,消除了設(shè)備重大隱患。

6 kV配電室 越級(jí)跳閘 改進(jìn)方案

0 前言

在電力系統(tǒng)中,繼電保護(hù)裝置是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行、保護(hù)電氣設(shè)備的主要裝置,是電力系統(tǒng)的重要組成部分。繼電保護(hù)裝置必須具有“選擇性”、“速動(dòng)性”、“可靠性”、和“靈敏性”。每個(gè)繼電保護(hù)裝置由電流、電壓互感器及二次回路,繼電保護(hù)裝置本體,跳閘線圈及聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。當(dāng)運(yùn)行中的電氣設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí),其保護(hù)裝置"拒動(dòng)或誤動(dòng)",必將引起供電事故的擴(kuò)大或損壞電氣設(shè)備,嚴(yán)重時(shí)可造成整個(gè)電力系統(tǒng)崩潰瓦解。

1 存在問題

焦化廠二配電為 6 kV配電室,內(nèi)設(shè) 24面 GG-1(A)型高壓柜。配電室于 1990年建成投用,主要擔(dān)負(fù)鼓冷、二煉焦、運(yùn)焦等區(qū)域供電。二配電電源取自上一級(jí) 110 kV變電站。二配電帶有 11臺(tái) 6 kV高壓電機(jī)、5臺(tái) 1000 kVA變壓器、兩條出線回路 (如圖 1所示 )。

圖1 局部網(wǎng)絡(luò)示意圖

多年來,二配電多次發(fā)生所帶 6 kV電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)短路故障,在故障回路保護(hù)裝置動(dòng)作的同時(shí),越級(jí)頂?shù)羯弦患?jí) 110 kV變電站出線柜開關(guān)的故障。據(jù)記錄僅 2004年就發(fā)生過 3次這樣事故 (見表 1)。

表1 2004年故障統(tǒng)計(jì)

由于 110 kV變電站出線柜跳閘,使得二配電故障回路所在母線段失電,造成大面積停電事故,使得事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2 原因分析

二配電供電方式為雙回路供電,母線分段運(yùn)行。除進(jìn)線柜以外,各高壓電機(jī)柜、變壓器柜、出線回路柜、電容柜均設(shè)有電磁式繼電保護(hù),分為過流和速斷兩種保護(hù)。從保護(hù)任務(wù)上分:速斷保護(hù)是為了迅速地、有選擇性地、自動(dòng)地將電力系統(tǒng)中的短路故障切除。過流保護(hù)主要是為了負(fù)荷電流超過額定值、出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)發(fā)出告警信號(hào)或跳閘切除。因問題出在速斷保護(hù)方面,因此筆者僅對(duì)速斷方面存在的問題進(jìn)行討論。

2.1 繼電保護(hù)“選擇性”方面

按照繼電保護(hù)理論,速斷保護(hù)的選擇性是靠動(dòng)作電流的特殊性整定來保證的,即電流速斷動(dòng)作電流應(yīng)躲過它所保護(hù)的線路末端的最大短路電流,只有這樣整定,才能避免在后一級(jí)速斷保護(hù)線路首端發(fā)生嚴(yán)重短路時(shí),前一級(jí)誤動(dòng)作的可能性[1],如圖 2所示。

圖2 線路電流速斷保護(hù)區(qū)

也就是說 110 kV變電站出線柜速斷保護(hù)范圍為圖中 1DL保護(hù)區(qū),如果 A點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重短路,出線速斷保護(hù)也不應(yīng)動(dòng)作,應(yīng)其過流保護(hù) (后備保護(hù))動(dòng)作切斷。如果 B點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重短路,應(yīng)由二配電出線速斷保護(hù)應(yīng) 2DL動(dòng)作切斷。1DL不應(yīng)動(dòng)作。但實(shí)際情況是 B點(diǎn)發(fā)生短路,發(fā)生了 1DL和 2DL均跳閘切斷的現(xiàn)象,這說明 1DL保護(hù)范圍延伸覆蓋了 2DL保護(hù)區(qū),因此速斷保護(hù)失去了“選擇性”。這是越級(jí)跳閘的主要原因。

110 kV變電站在向下配置速斷保護(hù)定值時(shí),為了保護(hù)主變出口開關(guān)的運(yùn)行安全,下配 6062和 6141回路速斷電流為 3600 A,速斷時(shí)限均設(shè)為 0 s,見表 2。

表2 繼電保護(hù)裝置定值表

由圖 1和表 2可以看出:二配電各出線柜速斷時(shí)限也設(shè)為 0 s。以煤氣風(fēng)機(jī)為例:當(dāng)煤氣風(fēng)機(jī)回路出現(xiàn)短路故障時(shí),如果短路瞬間電流大于等于 3600-230=3370 A(式中 230 A為母線正常運(yùn)行電流)。煤氣風(fēng)機(jī)出線柜速斷保護(hù)和 110 kV變電站 6062(6141)出線柜的速斷保護(hù)均檢測(cè)到大于整定值電流,并同時(shí)啟動(dòng)了跳閘動(dòng)作程序,因此會(huì)出現(xiàn)兩級(jí)都跳閘結(jié)果。

2.2 跳閘的“速動(dòng)性”方面

跳閘的動(dòng)作速度是指從出現(xiàn)短路電流到斷路器分?jǐn)喽搪冯娏麟姶艡C(jī)構(gòu)動(dòng)作所用的時(shí)間。焦化廠二配電的配電設(shè)備為 GG-1(A)型高壓柜,柜內(nèi)設(shè)置CD10型操動(dòng)機(jī)構(gòu)和 SN10-10型少油斷路器,保護(hù)采用電磁式繼電保護(hù)。當(dāng)回路出現(xiàn)短路故障、瞬間電流大于速斷定值電流時(shí),互感器感應(yīng)的大電流驅(qū)動(dòng)電磁式繼電器動(dòng)作、繼電器跳閘接點(diǎn)閉合、跳閘線圈得電驅(qū)動(dòng)跳閘軟鐵頂跳閘連桿機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)貧油斷路器分閘、電弧熄滅。這種柜型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較大,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)重量相對(duì)較重,由于慣性等原因,使得跳閘速度較慢。使得繼電保護(hù)的"速動(dòng)性"較差。實(shí)測(cè)跳閘時(shí)間為 0.15 s～0.3 s,這也是越級(jí)跳閘的重要原因。

3 改進(jìn)方案及實(shí)施

3.1 方案確定

繼電保護(hù)裝置的“選擇性”是通過前后級(jí)繼電保護(hù)的不同動(dòng)作值 (整定值)和不同時(shí)限的配合來實(shí)現(xiàn)的[2]。為解決繼電保護(hù)"選擇性"方面問題,焦化廠向有關(guān)部門申請(qǐng)修改保護(hù)定值。有關(guān)部門綜合考慮到各方面技術(shù)參數(shù)制約,將 110 kV變電站6062、6141出線柜速斷動(dòng)作時(shí)限由 0 s修改為 0.2 s,速斷電流仍為 3600 A。這樣如果二配電所帶回路發(fā)生短路,瞬間回路電流大于 3600 A時(shí),110 kV變電站 6062(6141)出線柜速斷將比二配電故障回路速斷延時(shí) 0.2 s動(dòng)作。但由于兩級(jí)速斷時(shí)限級(jí)差僅為 0.2 s,而二配電配電柜跳閘時(shí)間需要 0.15～0.3 s,兩級(jí)起動(dòng)跳閘時(shí)差 t=0.2-(0.15～0.3)=0.05～(-0.1)s,這說明:由于二配電配電柜跳閘速斷慢,當(dāng)某回路出現(xiàn)短路故障且電流大于 (3600-230)A時(shí),不能滿足 2DL切斷故障的要求,還會(huì)出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象。因此必須提高二配電繼電保護(hù)“速動(dòng)性”,為提高繼電保護(hù)“速動(dòng)性”,采取以下措施:

1)為提高二配電各高壓柜繼電保護(hù)的動(dòng)作速度,由常規(guī)電磁繼電保護(hù)改為 SNP-2000微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)。

2)一般來說,斷路器的固有分閘時(shí)間為:快速的在 0.1 s以下、如新型真空斷路器,低速的在 0.2 s以上。滅弧時(shí)間,真空斷路器在 0.01 s～0.02 s,貧油斷路器在 0.02 s～0.04 s。為提高二配電各高壓柜執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作速度,由 CD10型操動(dòng)機(jī)構(gòu)加 SN10-10型少油斷路器改為VJ12型真空斷路器。

3.2 實(shí)施過程

拆除原來的少油斷路器以及 CD10電磁操作機(jī)構(gòu),將 VJ12型真空斷路器安裝在斷路器室,拆除電磁式繼電器,更換儀表門,將綜合保護(hù)單元安裝在儀表室,后移原有的電流互感器,連接三相母線,連接二次線,調(diào)節(jié)五防裝置,調(diào)試一、二次線路,調(diào)試開關(guān),調(diào)試綜合保護(hù)裝置,做 耐壓試驗(yàn),保護(hù)定值試驗(yàn),最后送電運(yùn)行試驗(yàn)。

本次改造是在母線不停電的情況下一塊一塊改造的。歷時(shí) 3個(gè)月,到 2007年 5月份改進(jìn)完成。

4 改進(jìn)效果

1)SNP-2000微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)集保護(hù)、測(cè)控、遙控于一體的新一代綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng),系統(tǒng)中各保護(hù)測(cè)控單元分散安裝在各高壓柜儀表室中。單元核心部件采用 16位 CPU高性能芯片,外圍設(shè)電流、電壓、采集模塊,板面控制模塊,遙控、遙信模塊,微機(jī)通訊采用 RS485總線。單元可以直接驅(qū)動(dòng)斷路器分合閘。當(dāng)其保護(hù)回路發(fā)生短路瞬間電流大于整定值時(shí),其動(dòng)作時(shí)間小于 0.01 s。

VJ12型真空斷路器采用儲(chǔ)能式彈簧操作機(jī)構(gòu)。當(dāng)合閘完成后,分閘儲(chǔ)能同時(shí)完成。當(dāng)分閘線圈得電后,分閘半軸被脫扣器撞擊而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),分閘扣板釋放,斷路器觸頭在儲(chǔ)能彈簧拉動(dòng)下迅速斷開。其分閘時(shí)間為:0.02 s～0.05 s。

因此改造后,由于微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)配合VJ12型真空斷路器最大動(dòng)作時(shí)間為 0.01+0.05=0.06 s,跳閘的“速動(dòng)性”大大提高。

2)在繼電保護(hù)“選擇性”方面,當(dāng)二配電所帶回路發(fā)生短路,短路瞬間電流大于等于 3370A時(shí),二配電出線柜速斷保護(hù)和 11萬變電站 6062(6141)出線柜的速斷保護(hù)均檢測(cè)到大于整定值電流,由于110 kV變電站 6062(6141)出線柜速斷將延時(shí) 0.2 s動(dòng)作,而二配電故障回路速斷在小于或等于 0.06 s動(dòng)作切斷。因此兩級(jí)速斷保護(hù)“選擇性”較好。解決了同時(shí)啟動(dòng)跳閘動(dòng)作的問題。

3)改造后取消了盤面外掛繼電器、電度表、機(jī)頭等設(shè)備,使盤面整齊美觀。

4)由于 110 kV變電站 6062(6141)出線柜速斷將延時(shí) 0.2 s動(dòng)作,在圖 1中 1DL保護(hù)區(qū),如果保護(hù)區(qū)某點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重短路,將引起 110 kV變電站故障回路的母線出現(xiàn) 0.2 s以上的瞬間低電壓,影響該母線段其它用電回路的用電質(zhì)量。

設(shè)備投入運(yùn)行后,分合閘速度大幅縮短。當(dāng)二配電某回路發(fā)生短路故障,故障回路保護(hù)能迅速地、有選擇性地、自動(dòng)地將短路故障切除。使保護(hù)整體穩(wěn)定性和安全性大大提高,改造后各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),至今無一例越級(jí)跳閘事故發(fā)生,消除了越級(jí)跳閘等重大隱患。

[1] 劉介才編撰.工廠供電.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987:136-162.

[2] 朱獻(xiàn)清主編.物業(yè)供電與電氣設(shè)備.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001:269-300.

CAUSE ANALYSIS AND IM PROVE MENT OF LEAPFROG TRIP IN 6 kV D ISTRIBUTI ON ROOM

Zang jun Qi Fenglin Chang Shizhong Sen Zhujiang Liu Yunlong

(Anyang Iron&Steel Stock Co.,Ltd)

The article has studied the causes ofLeapfrog Trip when 6kV line short-circuit fault happened in Coking factory ofAngang,found out the reasons for tripping,brought for ward corresponding improvementmeasures and avoided power failure from Leapfrog Trip,removed significant hidden trouble of equipment to the coke oven.

6 kvDistribution Room Leapfrog Trip improvement plan

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2009—8—8