220kV線路雙重化及操作機構箱配置不當?shù)奈：?/h1>
2015-12-25 02:13:28羅彬，趙歆，彭怡，陳銳
重慶電力高等?？茖W校學報 2015年4期
羅 彬，趙 歆，彭 怡，陳 銳
（華能重慶珞璜電廠，重慶 402283）
目前電網(wǎng)220 kV的網(wǎng)絡架構已處于不斷完善中，由于電網(wǎng)擴展自身的特點，線路保護裝置和斷路器設備在改造投運的時間上往往存在不同步的現(xiàn)象。加之部分設計人員對改造前的原系統(tǒng)設備未充分理解、領悟，忽視了設備間的配合問題，從而出現(xiàn)保護裝置與斷路器配合設置得不夠合理，以及保護雙重化配置錯誤等問題，給運行設備留下重大安全隱患。這一系列問題若未及早發(fā)現(xiàn)、解決，可能會使投運線路出現(xiàn)斷路器拒動、再次合閘失敗等，從而引起母差失靈保護動作，導致全站失電這類重大事故的發(fā)生，嚴重影響電網(wǎng)安全。
此類情況在老變電站或老電廠的改造中尤為突出。本文結合生產現(xiàn)場改造后發(fā)現(xiàn)的問題，針對線路保護雙重化配置，及南瑞繼保CZX-12R型操作箱與北京ABB高壓開關設備公司LTB245E1型斷路器防躍回路的配合進行詳盡的分析說明。
1 線路保護雙重化問題
1.1 雙重化配置不合理現(xiàn)象
按繼電保護可靠性及反措要求，220 kV及以上電壓等級線路保護必須滿足雙重化配置，實現(xiàn)“兩套保護裝置與其他保護、設備配合的回路應遵循相互獨立。兩套保護裝置不應有任何電氣聯(lián)系，當一套保護退出運行不應影響另一套保護運行”的設計原則。
本站某條220 kV線路接受了兩套保護改造，在進行日常圖紙查閱的過程中，發(fā)現(xiàn)設計單位在對兩套保護進行分配時，定下保護柜I RCS-931為第1套保護裝置，保護柜II RCS-902為第2套保護裝置的分配原則。其中，RCS-902保護裝置與斷路器操作箱CZX-12G在同一屏柜。
圖1為本條220 kV線路雙重化的兩套保護裝置、斷路器操作箱的電源配置圖。
圖1 保護裝置電源配置圖
如圖1所示，設計者在對保護電源、操作箱電源進行配置時，將CZX-12G第一路操作電源與RCS-902G共用，CZX-12G第二路操作電源與RCS-931G共用，即從電源接線反映的是RCS-902G為第1套保護裝置，RCS-931G為第2套保護裝置，與其最初方案中的兩套保護分配原則相反。
圖2所示為雙重化的兩套保護裝置跳閘出口與CZX-12G型斷路器操作箱的匹配。
圖2 保護裝置與操作箱配合
由圖2可以看出，設計時將RCS-931G按第1套保護裝置進行了跳閘出口配置，RCS-902G按第2套保護裝置進行跳閘出口配置，在接入CZX-12G型斷路器操作箱時，RCS-931G作為第1套保護跳閘出口接斷路器第1組跳閘線圈，RCS-902G為第2套保護跳閘出口接斷路器第2組跳閘線圈。這說明跳閘出口的配置與預先既定原則一致，但與保護裝置電源分配時正好相反。
1.2 危害分析
在正常情況下，兩套保護裝置均能正確動作并出口。但是，在其中一路電源因本回路裝置電源卡故障、直流母線失壓或本回路裝置停電檢修，按雙重化配置的線路保護在停運一套保護時，線路可繼續(xù)運行。但若按以上接線方式進行接線，遇線路故障需要跳開出口斷路器時，將會出現(xiàn)斷路器拒動，導致母差失靈保護動作，使相鄰斷路器跳閘，造成對側線路斷路器、本側母線失電，擴大事故范圍。
如圖1所示，當由110 V直流1屏來電源因本回路裝置檢修停電后，RCS-931G、CZX-12G型斷路器操作箱第2路跳閘操作回路將失電。即圖1中CZX-12G裝置的4Q2D1、4Q2D31端子無電壓，對應圖2中CZX-12G裝置的4Q2D8、4Q2D20、4Q2D23、4Q2D26端子無電壓。因線路保護為雙重化配置，本線路可在RCS-902G保護裝置下繼續(xù)運行。當線路出現(xiàn)故障，假設線路A相故障，線路對側保護正確動作跳A相斷路器，本側RCS-902G保護正確動作，通過圖2中接至CZX-12G的4Q2D8、4Q2D20跳A相出口斷路器。但因為4Q2D8、4Q2D20、4Q2D23、4Q2D26回路為CZX-12G的第2套保護操作回路的端子，而此回路因電源停電后導致無操作電壓，即使RCS-902G保護出口接點動作，但因為無操作電源，本側A相斷路器將拒動，故障不能隔離，故障電流仍流過A相所在CT，RCS-902G保護裝置起動“單跳失敗啟動三跳”，斷路器仍將拒動，故障電流不消除，將導致失靈保護動作出口起動跳相鄰斷路器，對本站而言，將跳本線路所在母線所有的斷路器。這會造成母線失電，擴大停電范圍，嚴重影響電網(wǎng)安全運行。在年檢過程中，模擬了單套裝置電源退出運行，以校驗另一套保護裝置保護出口情況，校驗結果與上述分析一致，及時進行了整改，排除了隱患。
2 斷路器與CZX-12R型操作箱防躍配合
2.1 防躍配置分析
某廠220 kV線路保護配備了CZX-12R型斷路器操作箱，該型操作箱帶防躍功能，且不能直接通過短接方式取消防躍功能，需要將裝置內部線引出后才能實現(xiàn)。在出線斷路器改造后，改為ABB高壓設備廠LTB245E1型單相操作斷路器，該型開關機構帶有防躍功能。LTB245E1型斷路器本體防躍原理為，當開關合閘回路勾通后，本體防躍繼電器立即帶電，使合閘回路被閉鎖。而CZX-12R型斷路器操作箱防躍電路圖3所示，即需要有跳閘指令時才能使防躍繼電器1TBUJa、2TBUJa帶電。
按反措要求，優(yōu)先使用斷路器本體防躍回路。由于現(xiàn)場斷路器與保護裝置改造的不同時，易忽視對保護裝置操作箱防躍回路的取消，以至于斷路器本體防躍回路與操作箱防躍回路出現(xiàn)串接的“雙躍回路”。同時也忽視跳位監(jiān)視回路與防躍繼電器K3形成自保持回路的問題。
如圖3所示，CZX-12R型操作箱由于n181未引出，不能直接通過短接n6與n181達到取消斷路器操作箱的目的，使得操作箱的串接式防躍與機構箱并接式防躍回路同時存在。
圖3 跳位監(jiān)視回路與斷路器機構防躍回路直接聯(lián)接
2.2 隱患分析
圖3中，在斷路器完成合閘后，防躍繼電器K3回路帶電。K3又通過斷位監(jiān)視回路形成自保持，至使TWJ動作，造成斷路器實際在合位狀態(tài)，而保護顯示為斷開，由于斷路器在合位有電流通過，而保護判斷出斷路器在分位且有流，將會啟動保護，重合閘將被閉鎖等。
如圖3所示，斷路器一旦合閘讓K3帶電，即使斷路器跳開使輔助接點BG1返回，合閘指令1SHJ消失，由于斷路器操作箱跳位監(jiān)視回路TWJ與防跳繼電器K3簡單串接，將使K3持續(xù)帶電而不會返回，合閘回路被永久切斷。一方面，斷路器實際為合狀態(tài)，但因TWJ帶電，造成保護誤認為斷路器在斷位；另一方面，當斷路器跳閘后，因K3的持續(xù)帶電，將造成斷路器合閘回路不能再次被合上，將導致斷路器合閘投運后，因系統(tǒng)瞬時故障而不能完成重合閘，從而擴大停電范圍。
2.3 解決措施
可采取如圖4所示接線。
圖4 跳位監(jiān)視回路與斷路器機構防躍回路加輔助接點聯(lián)接
圖4所示，將CZX-12R型操作箱n181端子引出至外部端子，通過短接n6與n181實現(xiàn)取消斷路器操作箱。同時取消跳閘監(jiān)視回路4D100與4D101的短接片。在監(jiān)視回路4D101串接斷路器輔助常閉接點、K3常閉接點，當斷路器合閘脈沖使合閘線圈Y3帶電時，輔助接點接通，使K3動作并自保持，斷開合閘回路起到“防躍”作用。而因輔助接點BG1與K3常閉接點的串聯(lián)配合使用，將保證無合閘指令后，能夠斷開TWJ與K3回路形成的自保持，有效解決了跳閘監(jiān)視回路因與機構防躍回路的串接產生的保持問題。
再次進行開關防躍試驗，斷路器本體防躍繼電器K3將長期帶電，有效閉鎖合閘回路，再跳閘等操作，斷路器本體與TWJ顯示狀態(tài)一致。
3 結論
通過以上兩個案例分析，在進行斷路器保護裝置、斷路器改造時，一定要重點關注以下兩點，否則會遺留重大安全隱患，使電網(wǎng)存在某一母線失電導致線路跳閘或機組停運的危。
（1）斷路器操作繼電器箱與保護裝置的配置，包括電源回路與跳閘回路要有一致性，避免出現(xiàn)“假雙重化”。
（2）對配備有斷路器本體防躍功能的，優(yōu)先使用斷路器本體的防躍功能，同時應取消斷路器操作箱的防躍功能。若不能直接短接取消時應請廠家進行現(xiàn)場處理，即將裝置中的接線柱引至外部端子，如CZX-12R型操作箱的防躍回路的取消就需要進行引線外接。同時，需要注意跳位監(jiān)視回路與機構防躍回路共同作用易造成防躍繼電器帶電，從而造成TWJ與實際斷路器狀態(tài)不一致或者無法再合閘的情況，應采取有效措施避免機構防躍通過跳位監(jiān)視回路形成自保持。
［1］ 國家電力公司發(fā)輸電運營部.電力工業(yè)技術監(jiān)督標準匯編（繼電保護監(jiān)督）［M］.北京：中國電力出版社，2003.
［2］ 張舉.微型機繼電保護原理［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.
［3］ 南京南瑞繼保電氣有限公司.CZX-12R型操作繼電器裝置技術說明書［M］.南京：南京南瑞繼保電氣有限公司，2007.
［4］ 國家電力調度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術問答［M］.2版.北京：中國電力出版社，2000.
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此類情況在老變電站或老電廠的改造中尤為突出。本文結合生產現(xiàn)場改造后發(fā)現(xiàn)的問題，針對線路保護雙重化配置，及南瑞繼保CZX-12R型操作箱與北京ABB高壓開關設備公司LTB245E1型斷路器防躍回路的配合進行詳盡的分析說明。
1 線路保護雙重化問題
1.1 雙重化配置不合理現(xiàn)象
按繼電保護可靠性及反措要求，220 kV及以上電壓等級線路保護必須滿足雙重化配置，實現(xiàn)“兩套保護裝置與其他保護、設備配合的回路應遵循相互獨立。兩套保護裝置不應有任何電氣聯(lián)系，當一套保護退出運行不應影響另一套保護運行”的設計原則。
本站某條220 kV線路接受了兩套保護改造，在進行日常圖紙查閱的過程中，發(fā)現(xiàn)設計單位在對兩套保護進行分配時，定下保護柜I RCS-931為第1套保護裝置，保護柜II RCS-902為第2套保護裝置的分配原則。其中，RCS-902保護裝置與斷路器操作箱CZX-12G在同一屏柜。
圖1為本條220 kV線路雙重化的兩套保護裝置、斷路器操作箱的電源配置圖。
圖1 保護裝置電源配置圖
如圖1所示，設計者在對保護電源、操作箱電源進行配置時，將CZX-12G第一路操作電源與RCS-902G共用，CZX-12G第二路操作電源與RCS-931G共用，即從電源接線反映的是RCS-902G為第1套保護裝置，RCS-931G為第2套保護裝置，與其最初方案中的兩套保護分配原則相反。
圖2所示為雙重化的兩套保護裝置跳閘出口與CZX-12G型斷路器操作箱的匹配。
圖2 保護裝置與操作箱配合
由圖2可以看出，設計時將RCS-931G按第1套保護裝置進行了跳閘出口配置，RCS-902G按第2套保護裝置進行跳閘出口配置，在接入CZX-12G型斷路器操作箱時，RCS-931G作為第1套保護跳閘出口接斷路器第1組跳閘線圈，RCS-902G為第2套保護跳閘出口接斷路器第2組跳閘線圈。這說明跳閘出口的配置與預先既定原則一致，但與保護裝置電源分配時正好相反。
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如圖1所示，當由110 V直流1屏來電源因本回路裝置檢修停電后，RCS-931G、CZX-12G型斷路器操作箱第2路跳閘操作回路將失電。即圖1中CZX-12G裝置的4Q2D1、4Q2D31端子無電壓，對應圖2中CZX-12G裝置的4Q2D8、4Q2D20、4Q2D23、4Q2D26端子無電壓。因線路保護為雙重化配置，本線路可在RCS-902G保護裝置下繼續(xù)運行。當線路出現(xiàn)故障，假設線路A相故障，線路對側保護正確動作跳A相斷路器，本側RCS-902G保護正確動作，通過圖2中接至CZX-12G的4Q2D8、4Q2D20跳A相出口斷路器。但因為4Q2D8、4Q2D20、4Q2D23、4Q2D26回路為CZX-12G的第2套保護操作回路的端子，而此回路因電源停電后導致無操作電壓，即使RCS-902G保護出口接點動作，但因為無操作電源，本側A相斷路器將拒動，故障不能隔離，故障電流仍流過A相所在CT，RCS-902G保護裝置起動“單跳失敗啟動三跳”，斷路器仍將拒動，故障電流不消除，將導致失靈保護動作出口起動跳相鄰斷路器，對本站而言，將跳本線路所在母線所有的斷路器。這會造成母線失電，擴大停電范圍，嚴重影響電網(wǎng)安全運行。在年檢過程中，模擬了單套裝置電源退出運行，以校驗另一套保護裝置保護出口情況，校驗結果與上述分析一致，及時進行了整改，排除了隱患。
2 斷路器與CZX-12R型操作箱防躍配合
2.1 防躍配置分析
某廠220 kV線路保護配備了CZX-12R型斷路器操作箱，該型操作箱帶防躍功能，且不能直接通過短接方式取消防躍功能，需要將裝置內部線引出后才能實現(xiàn)。在出線斷路器改造后，改為ABB高壓設備廠LTB245E1型單相操作斷路器，該型開關機構帶有防躍功能。LTB245E1型斷路器本體防躍原理為，當開關合閘回路勾通后，本體防躍繼電器立即帶電，使合閘回路被閉鎖。而CZX-12R型斷路器操作箱防躍電路圖3所示，即需要有跳閘指令時才能使防躍繼電器1TBUJa、2TBUJa帶電。
按反措要求，優(yōu)先使用斷路器本體防躍回路。由于現(xiàn)場斷路器與保護裝置改造的不同時，易忽視對保護裝置操作箱防躍回路的取消，以至于斷路器本體防躍回路與操作箱防躍回路出現(xiàn)串接的“雙躍回路”。同時也忽視跳位監(jiān)視回路與防躍繼電器K3形成自保持回路的問題。
如圖3所示，CZX-12R型操作箱由于n181未引出，不能直接通過短接n6與n181達到取消斷路器操作箱的目的，使得操作箱的串接式防躍與機構箱并接式防躍回路同時存在。
圖3 跳位監(jiān)視回路與斷路器機構防躍回路直接聯(lián)接
2.2 隱患分析
圖3中，在斷路器完成合閘后，防躍繼電器K3回路帶電。K3又通過斷位監(jiān)視回路形成自保持，至使TWJ動作，造成斷路器實際在合位狀態(tài)，而保護顯示為斷開，由于斷路器在合位有電流通過，而保護判斷出斷路器在分位且有流，將會啟動保護，重合閘將被閉鎖等。
如圖3所示，斷路器一旦合閘讓K3帶電，即使斷路器跳開使輔助接點BG1返回，合閘指令1SHJ消失，由于斷路器操作箱跳位監(jiān)視回路TWJ與防跳繼電器K3簡單串接，將使K3持續(xù)帶電而不會返回，合閘回路被永久切斷。一方面，斷路器實際為合狀態(tài)，但因TWJ帶電，造成保護誤認為斷路器在斷位；另一方面，當斷路器跳閘后，因K3的持續(xù)帶電，將造成斷路器合閘回路不能再次被合上，將導致斷路器合閘投運后，因系統(tǒng)瞬時故障而不能完成重合閘，從而擴大停電范圍。
2.3 解決措施
可采取如圖4所示接線。
圖4 跳位監(jiān)視回路與斷路器機構防躍回路加輔助接點聯(lián)接
圖4所示，將CZX-12R型操作箱n181端子引出至外部端子，通過短接n6與n181實現(xiàn)取消斷路器操作箱。同時取消跳閘監(jiān)視回路4D100與4D101的短接片。在監(jiān)視回路4D101串接斷路器輔助常閉接點、K3常閉接點，當斷路器合閘脈沖使合閘線圈Y3帶電時，輔助接點接通，使K3動作并自保持，斷開合閘回路起到“防躍”作用。而因輔助接點BG1與K3常閉接點的串聯(lián)配合使用，將保證無合閘指令后，能夠斷開TWJ與K3回路形成的自保持，有效解決了跳閘監(jiān)視回路因與機構防躍回路的串接產生的保持問題。
再次進行開關防躍試驗，斷路器本體防躍繼電器K3將長期帶電，有效閉鎖合閘回路，再跳閘等操作，斷路器本體與TWJ顯示狀態(tài)一致。
3 結論
通過以上兩個案例分析，在進行斷路器保護裝置、斷路器改造時，一定要重點關注以下兩點，否則會遺留重大安全隱患，使電網(wǎng)存在某一母線失電導致線路跳閘或機組停運的危。
（1）斷路器操作繼電器箱與保護裝置的配置，包括電源回路與跳閘回路要有一致性，避免出現(xiàn)“假雙重化”。
（2）對配備有斷路器本體防躍功能的，優(yōu)先使用斷路器本體的防躍功能，同時應取消斷路器操作箱的防躍功能。若不能直接短接取消時應請廠家進行現(xiàn)場處理，即將裝置中的接線柱引至外部端子，如CZX-12R型操作箱的防躍回路的取消就需要進行引線外接。同時，需要注意跳位監(jiān)視回路與機構防躍回路共同作用易造成防躍繼電器帶電，從而造成TWJ與實際斷路器狀態(tài)不一致或者無法再合閘的情況，應采取有效措施避免機構防躍通過跳位監(jiān)視回路形成自保持。
［1］ 國家電力公司發(fā)輸電運營部.電力工業(yè)技術監(jiān)督標準匯編（繼電保護監(jiān)督）［M］.北京：中國電力出版社，2003.
［2］ 張舉.微型機繼電保護原理［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.
［3］ 南京南瑞繼保電氣有限公司.CZX-12R型操作繼電器裝置技術說明書［M］.南京：南京南瑞繼保電氣有限公司，2007.
［4］ 國家電力調度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術問答［M］.2版.北京：中國電力出版社，2000.
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