張 彬 林建雄 馬永春

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局 汕頭 515041)

1 引言

電網(wǎng)中220 kV 及以上電壓等級的斷路器大部分運(yùn)用分相操作機(jī)構(gòu)[1-3]，由于外部環(huán)境、倒閘操作、設(shè)備質(zhì)量、單相重合閘失敗等各種因素，斷路器將出現(xiàn)三相不同期合閘的異常情況，非全相運(yùn)行時系統(tǒng)中將出現(xiàn)較大的負(fù)序和零序電流，對設(shè)備極為有害，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致越級跳閘擴(kuò)大事故范圍，大大影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性[4-5]。而非全相保護(hù)是有效防止斷路器非全相運(yùn)行事故的一種重要保護(hù)手段[6]。

非全相保護(hù)分為斷路器本體非全相保護(hù)和微機(jī)非全相保護(hù)，由于本體非全相保護(hù)接線回路簡單，動作可靠性高，故現(xiàn)場斷路器通常采用此保護(hù)，但是由于220 kV 斷路器設(shè)備多為戶外敞開式設(shè)備，該保護(hù)回路設(shè)備長期在大雨、高溫、潮濕等天氣下運(yùn)行，容易導(dǎo)致回路絕緣性能下降而發(fā)生保護(hù)誤動[7-8]。鑒于此，電力系統(tǒng)內(nèi)專家學(xué)者們都對如何提高斷路器本體非全相保護(hù)動作準(zhǔn)確性問題展開了研究。文獻(xiàn)[9]提出對此類繼電器從原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行立項(xiàng)反措，雖然能加強(qiáng)維護(hù)，但是未有實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。文獻(xiàn)[10]提出在本體非全相保護(hù)回路中增加零序和負(fù)序電流判據(jù)，實(shí)現(xiàn)對繼電器常開接點(diǎn)的閉鎖，但是當(dāng)負(fù)荷較小時，保護(hù)可能拒動。文獻(xiàn)[11]提出在回路中額外增加多個非全相時間繼電器，雖然能避免單個繼電器時間偏差，但是繼電器越多，節(jié)點(diǎn)故障的風(fēng)險越大。

本文介紹了斷路器非全相保護(hù)兩種實(shí)現(xiàn)方式的動作原理，以一起220 kV 線路斷路器本體非全相保護(hù)誤動事件為例，分析其誤動的原因，并提出在啟動回路和出口跳閘回路中分別串接斷路器輔助觸點(diǎn)的改進(jìn)策略。

2 非全相保護(hù)動作原理

非全相保護(hù)分為電氣量和斷路器本體兩種實(shí)現(xiàn)方式[12]。相比較而言，斷路器本體非全相保護(hù)接線回路簡單、串接接點(diǎn)較少、輔助判據(jù)較少、動作可靠性高，因而普遍應(yīng)用于高壓電力系統(tǒng)中。

2.1 電氣量非全相保護(hù)

斷路器電氣量非全相保護(hù)是由微機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式斷路器失靈啟動及輔助保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)的，以深圳南瑞科技有限公司的PRS-723A 為例進(jìn)行分析。

如圖 1 所示，非全相保護(hù)由非全相接點(diǎn)啟動，由軟壓板控制字及硬壓板相“與”作用投退，并將負(fù)序電流或零序電流用于動作的輔助判據(jù)，可分別由“不一致經(jīng)零序開放”(軟壓板)或“不一致經(jīng)負(fù)序開放”(軟壓板)選擇投退。當(dāng)相應(yīng)的“不一致零序過流元件”或“不一致負(fù)序過流元件”判據(jù)條件滿足后，經(jīng)可整定的“不一致動作時間”，非全相保護(hù)動作，出口跳閘[12]。

當(dāng)三相均有電流且有不一致開入時，延時1 s鐘報不一致異常，同時閉鎖非全相保護(hù)。如果三相不均有流或無流且有不一致開入時則經(jīng)10 s 延時報不一致異常告警。A、B、C 三相電流中相電流大于0.06 In時，則判為該相有流。

2.2 本體非全相保護(hù)

斷路器本體非全相保護(hù)以北京ABB 高壓開關(guān)設(shè)備有限公司為例，其接線圖如圖2 所示，K36 是 非全相時間繼電器，K37、K38 是非全相出口繼電器，LP31 是非全相保護(hù)投退壓板，該保護(hù)將三相斷路器的分位輔助常閉觸點(diǎn)(BG1 222:221)并聯(lián)、合位輔助常開觸點(diǎn)(BG1 224:223)并聯(lián)后再串聯(lián)啟動時間繼電器K36，時間繼電器經(jīng)延時后啟動非全相保護(hù)出口跳閘[13-14]。

3 案例分析

3.1 事故描述

事故前運(yùn)行方式為：220 kV 某變電站220 kV某輸電乙線正常運(yùn)行，保護(hù)裝置的非全相保護(hù)與斷路器本體非全相保護(hù)均在投入狀態(tài)，220 kV 某輸電乙線4686 開關(guān)型號為LTB245E1，廠家為北京ABB高壓開關(guān)設(shè)備有限公司。

事故主要經(jīng)過為：某年某月某日10 時02 分220 kV 某輸電乙線斷路器跳閘，監(jiān)控收到“220 kV某輸電乙線第一組控制回路斷線、220 kV 某輸電乙線4686 開關(guān)位置分閘”等信號。運(yùn)行人員到達(dá)事故現(xiàn)場進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)后臺報文中保護(hù)無動作出口信息。除4686 開關(guān)分閘外，220 kV 某輸電乙線保護(hù)屏保護(hù)裝置無異常信息，錄波裝置啟動錄波，如圖3 所示。從錄波圖分析，某輸電乙線A、B、C 三相開關(guān)同時分閘，未出現(xiàn)非全相運(yùn)行過程，分閘前三相電流平衡，零序電流為0。主一保護(hù)、主二保護(hù)、斷路器輔助保護(hù)未動作，開關(guān)跳閘后，操作箱跳閘燈未亮，說明自操作箱以上沒有保護(hù)動作向開關(guān)發(fā)跳令，保護(hù)裝置行為正確。

3.2 現(xiàn)場檢查

一次設(shè)備檢查：220 kV 某輸電乙線4686 開關(guān)確在分閘位置，該間隔設(shè)備外觀、開關(guān)動作次數(shù)、SF6 壓力正常；二次設(shè)備檢查：后臺報文、220 kV某輸電乙線保護(hù)、220 kV 某輸電乙線4686 開關(guān)機(jī)構(gòu)箱及端子箱正常，在檢查到4686 開關(guān)匯控箱時發(fā)現(xiàn)非全相信號燈(同時也是復(fù)歸按鈕)有亮燈，打開面板檢查K34 非全相信號繼電器動作。

對220 kV 某輸電乙線4686 開關(guān)保護(hù)及二次回路檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)K36 非全相時間繼電器有水汽。拆除開關(guān)本體非全相繼電器K38、K37，時間繼電器K36，并將該回路正電源拆除。繼電器拆下來，大約10 min 后，繼電器內(nèi)水汽已全部蒸發(fā)，外觀已恢復(fù)正常。進(jìn)一步檢查K36 繼電器內(nèi)部接點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)有油水結(jié)合物，如圖4 所示。

由此判斷220 kV 某輸電乙線4686 開關(guān)跳閘故障原因是K36 繼電器接點(diǎn)(14-11)導(dǎo)通導(dǎo)致K38 繼電器動作，回路原理圖如圖5 所示。K38 繼電器動作后跳開關(guān)并接通K34 非全相信號繼電器動作。但該信號只在開關(guān)本體機(jī)構(gòu)燈光信號顯示，設(shè)計(jì)圖紙未接入后臺報文，導(dǎo)致后臺無報文信息，回路原理圖如圖6 所示。

3.3 絕緣測試驗(yàn)證

大約20 h 后，在室內(nèi)干燥環(huán)境下用500 V 搖表測試K36、K37、K38 繼電器接點(diǎn)兩端絕緣，結(jié)果如表1 所示，從測試結(jié)果可以看出時間繼電器K36 的接點(diǎn)(14-11)絕緣偏低。

3.4 模擬繼電器受潮試驗(yàn)驗(yàn)證

模擬潮氣滲入繼電器：將K36 繼電器放在正在燒水的壺上面，模擬受潮情況20 s 左右，測試(14-11)接點(diǎn)，絕緣繼續(xù)降低，如圖7 所示(用萬用表測量只有21.63 M?，曾出現(xiàn)只有3.1 M? 的情況) 。

3.5 原因分析

根據(jù)以上排查結(jié)果分析，判斷220 kV 某輸電乙線4686 斷路器跳閘故障原因是由于在高溫潮濕或雨水天氣下，水汽滲入導(dǎo)致本體非全相時間繼電器K36 接點(diǎn)(14-11)絕緣逐步降低，導(dǎo)致(14-11)接點(diǎn)誤導(dǎo)通，致使K38 繼電器動作后跳開三相開關(guān)。

表1 K36、K37、K38 繼電器接點(diǎn)兩端絕緣阻值

4 斷路器非全相保護(hù)回路改進(jìn)方法

通過以上分析可知，此事件發(fā)生的直接原因是時間繼電器絕緣降低，環(huán)境因素影響較大。而且目前220 kV 斷路器本體非全相保護(hù)大部分都 沒有設(shè)置零序和負(fù)序電流判據(jù)，跳閘回路簡單。同時監(jiān)控后臺機(jī)無對應(yīng)動作報文，嚴(yán)重影響對故障的快速判斷。因此針對傳統(tǒng)非全相保護(hù)回路的不足之處，提出新型斷路器本體非全相保護(hù)回路改進(jìn)方法。

4.1 非全相保護(hù)信號回路改進(jìn)方法

該線路斷路器本體非全相動作信號只在斷路器本體機(jī)構(gòu)燈光信號顯示，設(shè)計(jì)圖紙未接入后臺報文，導(dǎo)致后臺無報文信息，嚴(yán)重影響運(yùn)行和監(jiān)控人員對故障的快速判斷和定位，延長了異常處理的時間，因此需要對設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行改進(jìn)，如圖8所示，將非全相動作信號圖中的921 和922 接點(diǎn)接到對應(yīng)線路測控屏，從而使后臺能夠及時收到本體繼電器動作信號。

4.2 基于斷路器輔助觸點(diǎn)的保護(hù)回路改進(jìn)方法

將非全相時間繼電器K36 的輔助接點(diǎn)11 和21端子與正電源的602 接點(diǎn)解開，更改成和K36 繼電器的A1 端子連接；將非全相出口繼電器K37 和K38輔助接點(diǎn)11/21/31 和12/22/32 端子與正電源的601解開，改為與K36 繼電器的A1 端子連接。改進(jìn)后的保護(hù)回路如圖9 所示，此接線方式下，即使非全相繼電器K36、K37 和K38 的接點(diǎn)絕緣不良誤導(dǎo)通的話，也不會導(dǎo)致本體非全相保護(hù)誤動，因?yàn)镵36、K37 和K38 繼電器輔助接點(diǎn)與正電源之間串接了斷路器的三對常開和三對常閉輔助觸點(diǎn)，因此僅在斷路器本體真正出現(xiàn)非全相運(yùn)行時，斷路器則有一對常開和常閉輔助觸點(diǎn)導(dǎo)通，非全相保護(hù)才會動作，從而避免了因繼電器故障或外部干擾而導(dǎo)致的保護(hù)誤動。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文所提斷路器本體非全相保護(hù)回路改進(jìn)方案的可行性，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)對象為某 220 kV 線路備用甲、乙間隔，其開關(guān)型號為LTB245E1，廠家為北京ABB 高壓開關(guān)設(shè)備有限公司。根據(jù)回路改進(jìn)的圖8 和圖9，僅對220 kV 備用乙線斷路器本體非全相保護(hù)回路進(jìn)行改進(jìn)，220 kV備用甲線斷路器本體非全相保護(hù)回路保持不變。通過繼保試驗(yàn)驗(yàn)證了保護(hù)動作的準(zhǔn)確性和可靠性，試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 某220 kV 備用甲、乙線斷路器非全相保護(hù) 試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果

由表2 可知，首先在220 kV 備用甲、乙線斷路器AB 相合位、C 相分位時，對其進(jìn)行非全相保護(hù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了非全相保護(hù)回路及動作邏輯的正確性；通過兩個斷路器間隔的對比，可看出本文所提回路改進(jìn)方案能使監(jiān)控后臺機(jī)實(shí)時收到非全相保護(hù)動作報文，方便了運(yùn)行和監(jiān)控人員對事故的快速判斷和準(zhǔn)確定位，縮短了異常處理的時間。

然后在220 kV 備用甲、乙線斷路器ABC 相合位，同時模擬外部作用使非全相繼電器勵磁吸合的情況下，對其進(jìn)行非全相保護(hù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了外界因素使非全相繼電器勵磁吸合時，斷路器輔助常閉常開接點(diǎn)能有效閉鎖非全相保護(hù)動作回路。

該保護(hù)試驗(yàn)驗(yàn)證了本文非全相保護(hù)回路改進(jìn)方案的有效性和可行性，能有效避免由于人為誤碰、外力作用、繼電器故障及環(huán)境因素引起的本體非全相保護(hù)回路誤動，同時可以降低由于輔助開關(guān)觸點(diǎn)故障引起的非全相保護(hù)回路誤動，提高運(yùn)行可靠性。

6 結(jié)論

針對如何提高斷路器本體非全相保護(hù)動作的準(zhǔn)確性，本文首先介紹了斷路器非全相保護(hù)兩種實(shí)現(xiàn)方式的動作原理，通過對一起220 kV 線路斷路器本體非全相保護(hù)誤動事件的分析，發(fā)現(xiàn)斷路器本體非全相保護(hù)回路中時間繼電器絕緣異常的缺陷，在傳統(tǒng)的斷路器本體非全相保護(hù)回路的基礎(chǔ)上，提出一種基于斷路器三對常開常閉輔助觸點(diǎn)的非全相保護(hù)回路改進(jìn)方法。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該非全相保護(hù)回路改進(jìn)方案能夠提高斷路器本體非全相保護(hù)動作的正確性和可靠性，從而保障了電網(wǎng)設(shè)備的健康高效運(yùn)行，具有較高的工程實(shí)用價值，同時為類似缺陷的排查及處理提供了借鑒。