摘要: 分析了目前断路器失灵保护投入率较低的原因, 并对高压电网断路器失灵保护有关问题进行了探讨。阐述了保护动作信息和断路器" 有流" 信息的" 与" 逻辑解除电压闭锁方案的可行性和通用性, 进而提出了可行的解决方案。
0 引言
断路器失灵保护是指故障电气设备的继电保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时,
利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失灵的判别, 能够以较短的时限切除同一厂站内其他有关的断路器,使停电范围限制在最小,从而保证整个电网的稳定运行, 避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故。断路器拒动是电网故障情况下又叠加断路器操作失灵的双重故障, 允许当降低其保护要求,但必须以最终能切除故障为原则。在现代高压和超高压电网中,断路器失灵保护作为一种近后备保护方式得到了普遍采用。
1 失灵保护的基本构成及作用
失灵保护由电压闭锁元件、保护动作与电流判别构成的启动回路、时间元件及跳闸出口回路组成。
启动回路是保证整套保护正确工作的关键之一, 必须安全可靠, 应实现双重判别, 防止单一条件判断断路器失灵,
以及因保护触点卡涩不返回或误碰、误通电等造成的误启动。启动回路包括启动元件和判别元件,2 个元件构成" 与" 逻辑,如图1 所示。
启动元件通常利用断路器自动跳闸出口回路本身, 可直接用瞬时返回的出口跳闸继电器触点, 也可与出口跳闸继电器并联的、瞬时返回的辅助中间继电器触点, 触点动作不复归表示断路器失灵。沙吐别
元件以不同的方式鉴别故障确未消除。现有运行设备采用相电流( 线路) 、零序电流( 变压器) 的" 有流"判别方式。保护动作后, 回路中仍有电流,说明故障确未消除。时间元件是断路器失灵保护的中间环节, 为了防止单一时间元件故障造成失灵保护误动,时间元件应与启动回路构成" 与" 逻辑后,再启动出白继电器。失灵保护的电压闭锁一般由母线低电压、负序电压和零序电压继电器构成。当失灵保护与母差保护共用出口跳闸回路时, 它们也共用电压闭锁元件。
2 存在的主要问题和改进措施
2 . 1 线路失灵保护存在的问题常规的断路器失灵保护都是采用能够快速复归的相电流元件作为断路器未断开的判别元件, 该判别元件继电器的触点与保护触点配合分别构成单相跳闸和三相跳闸启动失灵回路, 加装判别元件就是
为了防止保护出口触点卡住不返回,或者误碰、误通电等情况时造成开关失灵保护误启动, 进而使失灵保护工作更安全可靠[41 。但在实际整定过程中, 由于要考虑系统运行方式以及母联开关跳开后线路末端故障时相电流元件仍应有足够的灵敏度,因此, 其定值很难躲过正常运行的负荷电流, 这就导致在线路正常运行时, 电流判别元件一直处于动作状态, 因而,并没有起到防止误动的把关作用。
事实上, 失灵保护在没有加装复合电压闭锁前,系统中会有传动保护时因忘记断开启动失灵的连线( 开关失灵电流判别元件处于动作状态) 等原因而造成失灵保护误动作的情况。如果正常运行时,失灵保护相电流判别元件不动作,则完全可以避免这些误动。另外, 对于电磁型继电器, 当负荷电流与定值接近时, 将造成继电器舌片和触点的抖动, 长时间运行就会使继电器的转轴脱落,使失灵保护拒动。
2 . 2 发变组、变压器失员保护存在的问题及解决措施
由于在变压器低压侧发生内部故障( 或者发变组高压开关出现缺相运行) 时, 装设于母差保护中的只反应2 0 kV 侧复合电压的失灵保护电压闭锁元件往往不能开放, 因而变压器、发变组启动失灵保护除了要注意将瓦斯保护( 或其他触点会延时返回的保护) 出口和电气量出口分开外, 还应注意复合电压闭锁元件的解锁问题。可以采取以下措施。
l) 对2 2 0 k v 发变组, 可用" 电流判别+ 保护出口十合闸位置继电器常开触点" 相串联构成与门的方式解锁。电流判别元件可采用零序电流和相电流并联的方式( 或门) 构成; 保护出口为跳高压侧开关的出口。此外, 还可在解锁回路中加人压板,以备在某种特殊情况下发变组高压开关检修时, 断开该解锁回路。
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2) 对于变压器失灵保护, 可用" 电流判别+ 保护出口十复合电压闭锁触点" 相串联构成与门的方式解锁。电流判别元件可采用零序电流和相电流并联的方式( 或门) 构成; 保护出口为跳高压侧开关的出口; 复合电压闭锁触点应为低压侧的复合电压触点,电压触点动作后应延时返回。电压闭锁触点中包括低压侧电压, 主要是防止低压侧故障时高压侧复合电压元件没有灵敏度而不能开放失灵保护; 而延时返回主要是考虑如果变压器差动保护动作低压开关跳开后,低压母线的电压可能会立即恢复正常( 例如变压器低压侧有小电源或变压器低压侧并列运行) ,从而没有起到开放闭锁的作用。延时的时间应保证即使是发生低压侧区内故障, 差动保护或低压侧后备保护能有足够的时间启动失灵保护跳开故障变压器所在母线上的所有元件, 即延时时间应大于低压侧保护出口后跳低压开关与跳兰侧开关的整定时间之差( 一般为0 . 3 5 一0 . 5 5 ) ,加上失灵保护启动后跳开故障变压器母线上所有元件时间( 一般为0 . 5 5 ) ,考虑留有一定的裕度, 一般取3 5 即可。采用上述方式保证了误传动时有电压把关, 而区外故障电压开放时有" 电流判别" 和" 保护出口"把关。该方法的优点是在高压开关三相失灵时也能解锁。此外, 变压器低压开关检修时, 低压母线可能失去电压, 此时锁回路中的电压闭锁将开放, 因此, 还可在解锁回路中串人压板, 以备断开该解锁回路。
2 . 3 电流判别元件灵敏度低的问题
断路器失灵保护的电流判别元件应满足在系统正常运行及故障线路开关断开后不动作,同时在线路末端发生各种故障时有足够的灵敏度, 这样才能使电流判别元件起到出口把关的作用。可以采取以下2 种方法: ¹ 用电流突变量启动元件对3 个相电流元件从逻辑上进行闭锁; 用电流突变量启动元件控制失灵启动电流继电器动作的正电源。
这样, 系统正常运行时, 由于电流突变量启动元件不动作, 开关失灵电流判别元件不会动作; 系统发生故障时, 电流突变量启动元件动作后展宽一个时间( 大于后备保护的时间, 例如7 5 ) 开放电流判别回路。电流突变量启动元件( 由正序和负序电流组成)应能保证本线路末端发生故障时有足够的灵敏度,能可靠启动。按上述方法构成的失灵保护电流判别回路, 在正常运行时由电流突变量元件保证其不会动作, 在开关断开后由相电流元件保证其不会动作,
从而提高了系统正常运行时失灵保护的安全性。
当断路器失灵时, 用于判别该断路器失灵的电流判别元件必须可靠动作才能保证失灵保护动作出口。对于发电机、变压器, 当发生内部匝间短路故障时, 尽管差动保护可以动作出口,但高压侧断路器处的电流测量元件感受到的故障电流不太大,达不到断路器失灵的" 有流" 电流判别元件动作值。这样,就无法保证高压侧断路器失灵时失灵保护正确动作。由于发电机、变压器内部匝间短路故障时,高压侧断路器处的电流测量元件感受到的放障电流大小很不确定, 与短路匝数的关系很大。因此, 不太可能使" 有流" 判别方式的电流判别元件能灵敏地反应这种故障并区别有故障与无故障川。
因此,笔者认为, 此电流判别元件的定值应整定得很小, 只要断路器有电流流过就动作, 在断路器跳开后可靠返回。随着微机保护应用范围的不断拓展,断路器失灵电流判别元件的定值精度会很高, 而
且此电流判别元件用软件实现, 可以很好地避免类似于电流继电器接点粘连造成的电流元件接点的不正确动作状态。失灵电流判别元件的定值应与线路微机保护中习惯称呼的" 无流鉴别元件"具有相同的整定值, 甚至可以不需要用户整定。
3 应用断路器失灵保护应注意的几个问题
1 ) 非电量保护作为断路器失灵保护的启动量不合适。主变重瓦斯、压力释放、发电机断水保护出口不应启动失灵保护。因为非电量保护接点动作和返回时间均较慢, 启动失灵保护可靠性差; 非电量保护动作时, 有时电流不会快速增加很多, 达不到失灵启动电流值, 此时失灵保护不会启动。发电机断水保护出口设计为启动失灵保护的建议取消。
2) 后备保护不能直接启动失灵保护。将发电机反时限对称过负荷保护、反时限不对称过负荷保护、过激磁保护设计成出口启动失灵, 这是不合适的, 是原理上的错误。" 程序跳闸" 的概念是,保护动作出口时先关汽轮机主汽门,待发电机发生逆功率并达到逆功率定值且主汽门关闭接点闭合, 通过程序逆功率保护完成解列灭磁。汽轮机主汽门关闭和发电机发生逆功率是一个复杂的物理过程, 一般超过1s 。而失灵保护动作时间一般整定0 . 3 5 跳母联,0.5 5 跳主断路器。因此, 用保护启动程序跳闸的同时去启动失灵的做法, 一旦发生发变组故障必然引起失灵保护误动跳闸, 扩大事故范围。
3) 辅助保护不应启动失灵保护。如主变冷却器全停保护作为主变压器的辅助保护,该保护一旦动作解列灭磁, 在短时间内保护接点不会返回, 必须人为恢复冷却器工作或备用电源后,保护接点才能返回, 易引起保护误动。因此, 此类保护不要启动失灵。有些电厂设计为启动失灵保护,建议改正。
4) 区别发变组失灵保护与线路失灵保护的不同。首先, 由于大型发变组保护启动失灵保护的种类繁多, 各种保护的原理不相同, 因此,各种保护动作和返回时间均不相同, 有快有慢。其次, 发变组一般采用三相联动开关, 比线路分相操作开关动作时间长, 如L W6一2 。型S F 6 三相联动开关分闸时间不大于38 m s , L W6 一2 2 0 型S F 6 分相操作开关分闸时间不大于28 m s 。因此, 实际应用时应对元件启动失灵保护与线路启动失灵保护加以区别,以提高保护的可靠性。方面的,其中断路器失灵保护设计不规范引起失灵保护动作可靠性低是造成失灵保护不能正常投人的主要原因。对失灵保护的要求是: ¹ 某断路器的保护确已启动而不返回; 判断该断路器确实未被断开; »增加故障判别元件,同时, 为了提高可靠性, 判别元件的接点应接于出口跳闸回路中, 并采取" 一对一"的接线方式, 即每一跳闸回路串有一对判别元件触点, 避免一对判别元件触点控制几个跳闸回路; ¼失灵保护动作后应闭锁重合闸, 避免再重合于故障。
参考文献
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