高压断路器失灵保护的应用分析

电力建设Ｉ专栏　．＿＿　Ｉ－．Ｉ　Ｃ＝，　同　压断路器失灵保护的应用分析　苏展　（湖南省长沙市４１００００）　摘要：失灵保护是电网的重要保护，文章介绍了断路器失灵保护的构成原理，分析了线路失灵保护和变压器失灵保护的启动方式，并　结合现场工作实际指出了几种失灵启动方式中存在的优缺点，同时对变压器保护启动失灵时解除复合电压闭锁进行了分析，并根据有　关规程及反措要求提出了一些建议及解决方法。　关键词：失灵保护：复合电压；失灵启动　引言　随着电网的日趋复杂，电网的安全性变得越来越重要。故　障时断路器拒绝动作，即断路器失灵，会使得设备烧毁，导致事　故扩大，甚至使系统稳定遭到破坏。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中其他有关　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，允许适当降低其保护要求，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失灵保护的基本原理　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，以及因保护接点卡涩不返回或误　碰、误通电等速成的误启动。启动回路包括出动元件和判别元　件，两个元件构成“与’，逻辑１１］。　—　—　厂之　１．．．．　．．．．．．．．■．　．　■，一／　，Ｈ　．—　，，——————Ｊｌ　　————一　—　————一　图１断路器失灵保护原理框图　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接点，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接点，接点动作不复归表示　断路器失灵。判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。断路　器失灵保护装置是以接入电流人小为判据的，因此将ＴＡ的二　次点流接入断路器失灵保护装置时，应尽量选择靠近断路器处　的ＴＡ，而且和母线保护用ＴＡ进行有效的“立叉”，彻底避免失　灵保护死区的存在［２１。　时间元件是断路器失灵保护的中间环节，对于双母线接线　的变电站可以每个断路器设一个，也可以几个断路器共设一　个。一般每条母线设一个两段延时的时间元件，以较短延时跳　母线联络断路器，以较长时间跳其他有关断路器，为了防止单　一时间元件故障造成失灵保护误动，对时间元件应与启动回路　构成“与”逻辑后，再启动出口继电器。　电压闭锁的引入可以防止因误碰或保护中单一元件异常　而造成的失灵保护误动，因此电压闭锁元件提高了防止失灵保　护误动的能力，通常取母线Ｔｖ上的电压构成复合电压作为闭　锁条件，即由“电压突变”、“低电压”、“负序电压”、“零序电压”　组成。　２　５００ｋＶ断路器失灵保护　一个半断路器主动接线方式必须装设断路器失灵保护，以　保证断路器失灵时缩小停电范围，且系统中线路的第Ⅱ段必须　与对侧一个半断路器主接线的失灵保护配合。　５００ｋＶ断路器失灵保护～般按相启动，相电流元件按相判　别，这样既起到了拒动相选择作用，也起到了保护动作接点未　能返回时防止失灵保护误动的作用。下面以南瑞继保公司的　ＲＣＳ一９２１Ａ型断路器失灵保护装置为例，介绍其基本原理和实　现方法。　５００ｋＶ断路器有单相跳闸启动失灵保护和三相跳闸启动　失灵保护，失灵回路如图２所示。失灵启动回路公共端０１取自　断路器保护保护屏，串联保护动作接点（ＴＪＡ、ＴＪＢ、ＴＪＣ、ＴＪＱ、　ＴＪＲ）后接至断路器保护装置的开入量端子，从而形成一个完成　的回路，图中，单相跳闸接点（¨Ａ、ＴＪＢ，ＴＪＣ）取自线路保护，三　相跳间接点（ＴＪＱ、ＴＪＲ）取自操作箱中的出口继电器。　线路保护　５００ｋＶ电压等级的断路器都配置了独立的断路器保护屏，　失灵启动的电流判据和保护出口跳闸均在断路器保护装置中　实现。这也是５００ｋＶ断路器失灵保护与２２０ｋＶ断路器失灵保护　实现方法上一个显著的不同之处：前者是“分散式失灵”，而后　者则是“集中式失灵”。　当中间断路器失灵时，由于线路对侧保护的跳闸元件难于　保证相邻故障元件（特别对主变中性点附什的故障）末端故障　灵敏度，故中间断路器的失灵保护需装设远方跳闸装置。因此，　失灵保护动作除跳开相邻的两母线断路器外，还要通过远方直　跳，跳开对侧断路器；母线断路器拒动时，失灵保护动作，除跳开　与之相邻的中问断路器外，还要通过远方直跳，跳开对侧断路　器，并启动该母线的母差出口跳连接该母线上的所有断路器１３］。　２．１失灵保护实现逻辑　ＲＣＳ一９２１Ａ型断路器失灵保护装置的失灵启动逻辑主要分　７５　广东科技２００９１．总第２２５期　专栏Ｉ　Ｅｇ３３￣．９．　为以Ｆ几种：　２．１．１故障相失灵　相对应的线路保护跳闸接点和失灵过流高定值都动作后，　先经“失灵跳本断路器时间ｔ１”延时发三相跳闸命令跳本断路　器，如不能跳开再经“失灵跳相邻断路器时间ｔ２”延时跳开相邻　断路器，湖南电网断路器失灵跳本断路器时间ｔ１整定为０．１３ｓ，　失灵跳相邻断路器时间ｔ２整定为０．２５ｓ。　２．１．２非故障相失灵　三相跳闸输入接点和失灵过流高定值都动作，并且失灵过　流低定值元件持续动作时，先经“失灵跳本断路器时间ｔ１”延时　发三相跳闸命令跳本断路器，如不能跳开，则再经“失灵跳相邻　断路器时间ｔ２”延时跳开相邻断路器。　２．１．３变压器三跳起动失灵　变压器三跳起动的失灵保护可分别经低功率因素、负序过　流和零序过流３个辅助判据开放，这３个判据均可由整定控制　字投退。输出的动作逻辑先经‘失灵跳本断路器时间ｔ１”延时发　三相跳闸命令跳本断路器，如不能跳开再经“失灵跳相邻断路　器时间ｔ２”延时跳开相邻断路器。　２．２存在的问题及改进措施　通过上述的几种逻辑方式，不难发现，若被保护的电力线　路未发生故障、而本断路器已经失灵的情况下（如此时Ｓ　压力　低禁止操作），此时再发生故障，则本断路器不能快速跳闸切除　故障，断路器失灵保护仍要经过“失灵跳相邻开关时间ｔ２　（０．２５ｓ）”延时跳开相邻断路器，才能切除故障，这对于要求快速　切除故障的５００ｋＶ系统的运行稳定性时不利的。因此，针对此　类情况，建议在断路器失灵保护装置中增加“断路器操作闭锁”　的开入，专门用于断路器本体已经失灵的情况，此时若发生故　障，内部逻辑应整定为“失灵不经延时跳开相邻断路器”。　３　２２０ｋＶ线路断路器失灵保护　２２０ｋＶ线路断路器失灵启动回路如图３所示，正电源０１　取自２２０ｋＶ失灵保护屏，串接电流启动接点（ＳＬＡ一２、ＳＬＢ一２、　ＳＬＣ…２　ＳＬ　２）和保护动作接点（ＴＪＡ、ＴＪＢ、ＴＪＣ、ＴＪＱ，ＪＲ），再通过　０２４、０２５回到失灵保护屏，构成一个完整的回路。其中电流启动　接点取自线路保护屏中的断路器保护装置，单相跳闸接点取自　线路保装置，三相跳闸接点ＴＪＱ、ＴＪＲ取自操作箱，反措要求相　电流判别元件的动作时间和返回时间要快，均不能大于２０ｍｓ：　对于双母线断路器失灵保护，复合电压闭锁元件应设置两套。　当一条母线上的ＴＶ检修时，两套复合电压闭锁元件应由同一　个　ＩＴｖ供电。为了确保失灵保护能够可靠切除故障，复台电压闭　锁元件应该有１　左右的延时返回时间。　Ｕ　图３　２２０ｋＶ线路断路器失灵启动　２２０ｋＶ系统多采用双母线接线方式，对带有母联断路器或　分段断路器的母线，要求断路器失灵保护应首先动作于断开母　联断路器或分段断路器，然后动作于断开与拒动断路器连接在　同一母线上的所有电源支路断路器，同时亦应考虑运行方式求　选定跳闸方式。因此，当失灵启动开入后，２２０ｋＶ失灵保护屏由　母线侧隔离开关辅助接点（１ＹＱＪ、２ＹＱｊ）判别所接母线，经母线　７６　广东科技２００９１１总第２２５期　复合电压闭锁，第一时限跳开母联、分段，第二时限切除该线路　所在母线的所有断路器，并启动远跳或其它保护停信直跳线路　对侧断路器。　４主变断路器失灵保护　４．１失灵启动回路　目前，微机变压器保护一般采用“相电流”或“零序、负序电　流”动作，配合“断路器合闸位置”、“保护动作’，三个条件组成的　“与”逻辑启动断路器失灵保护，如图４所示。　——　—一　！　努　Ｌ—　！　—　—　¨洲　Ｋ１　厂　—　ｎ】ＨⅡ｜．　ＩｌＩ　—　一　十１　Ｈ　＿Ｋ　———　———　＿Ｊ删　ｆＬ　。．　。。３｛　　Ｌ　．．。　图４主变２２０ｋＶ断路器失灵启动回路　图４中，Ｋ１、Ｋ３分别为失灵装置中的电流判别开出接点。　在实际应用中，变压器启动失灵逻辑一般不使用反映“断路器　位置”的“合闸位置”或“跳闸位置”接点，因为在断路器本体机　械出现问题时，“断路器位置”接点的使用会造成失灵保护的拒　动。实际运行中多次出现过因断路器连杆脱落造成断路器失灵　（如ＬＷ６—２２０型高压断路器），在这种情况下，断路器主触头没　有分开；但其辅助接点已经分开，相应的，“断路器位置”无法反　映断路器主触头的位置。因此，在主变启动失灵回路中取消了　断路器的位置接点，并在控制字中将“断路器合闸位置”置“１”。　这样，断路器的位置接点不会闭锁整个失灵回路，即使发生连　杆脱落的情况，失灵保护也能正确动作作　。　另外，２２０ｋＶ以上的联络变压器，主变高、中压侧断路器失　灵时，还应联跳主变三侧。设计思路是：“母差保护动作接点”与　“主变保护动作接点”构成“或”逻辑来启动主变非电量保护中　中间继电器，通过其出口接点实现跳开主变各侧的功能。　４．２失灵电流的设置　在主变旁路代路运行时，变压器的开关ＴＡ退出运行，但是　套管ＴＡ是继续运行的。在以前的设计中，判断失灵的电流取自　主变套管电流互感器，是考虑在失灵保护启动回路用套管ＴＡ　的相电流元件在旁路代变时可免去切换的麻烦，但是这种做法　是不可取的。因为，若故障点发生在开关ＴＡ与套管ＴＡ之间引　线上，则即使断路器正确断开，套管ＴＡ中还是有电流通过，保　护动作接点未返回，这将导致失灵启动回路误以为断路器未跳　开，而导致失灵保护误动作，造成严重的后果，因此，应该将断　路器启动失灵保护的电流取自主变开关ＴＡ，可避免上述情况　的发生。２２０ｋＶ茶园变主变保护中失灵装置电流回路如图５所　不：　电力建设Ｉ专栏　浅谈分布式发电电能并网　周荣波　摘要：本文从分布式发电的规划、运行及其对大电网电能质量的影响等方面问题作探讨。　关键词：分布式发电；电能质量　电能质量描述的是通过公用电网供给用户端的交流电能　的品质。［１】联系当今世界电网发展的新亮点，基于电力电子器件　的规模在５０～１００ＭＷ之间分布式发电并网。从供电可靠性方面　看，分布式发电提高了电能的不间断的质量系数，但另一方面，　电力电子的应用产生了大量的非线性成分，从而使电网注入了　大量的谐波。谐波影响了电网的电压质量和电流质量。　分布式发电（ＤＧ）并网对电能质量主要有两个方面的影响。　①对电压造成影响。随着分布式发电的引入，将增加引起电压　偏差的因素。②谐波的问题，如增加了电站、输电线路和用户设　备的功率损耗；有时谐波会使敏感负荷或者控制设备发生故　障；电网波形中谐波成分比例过大，会使一些电力设备寿命减　少，如变压器、发机、电容器等。　如何降低而不是增加谐波的危害，这也是电力企业不断优　化的电能质量的工作。毕竟分布式发电在很大的程度上是建立　在电力电子的基础上的；无疑，这给电网电能质量的要求提出　了更多、更复杂的标准。　联系实际，全世界的供电系统中９０％以上是以大机组、大　电网、高电压为特征的供电系统，日在这里探讨分布式发电并网　给电网带来的问题；　１要做好分布式发电相关电力设施、电力市场　规划　对于分布式发电，一种广泛的认识是它存在改善电能质量　的能力，包括提高供电可靠性。但是任何一种发电技术的应用　要考虑它是否有丰富的资源、成熟的应用技术、旺盛的需求。根　据所使用一次能源的不同，分布式发电可分为基于化石能源的　分布式发电技术、基于可再生能源的分布式发电技术以及混合　的分布式发电技术。　从我国的国情看，化石能源和生物能源都比较紧缺。一个　例子就是：上海有一个黄埔中心医院，在上海是最早的，因为它　是烧天然气的，可是上海缺天然气，中国不像美国，也不像英国　天然气非常多，这样很容易分布式发电，而黄埔中心医院当时　由于天然气价格很高，发电越多赔的越多，最后即使余热供应　也不核算咧。　因此基于可再生能源的分布式发电技术成为我国发展的　重点。在这方面我国可应用的有水能、太阳能、风能等可再生资　源可用于发电。比如我国的小水电、南澳的风能发电等等。　电力作为经济发展的先行官，做好电力规划是保证电网安　从图５可以看到，虽然在主变运行时失灵电流取自开关　ＴＡ，但是在旁路代主变运行时，失灵电流取自套管ＴＡ，从保证　“各侧复合电压动”接点解除失灵保护电压闭锁。　电网稳定运行的角度来看，不宜采用这种旁路代主变的运行方　式。　５结语　失灵保护动作将跳开母线上的各断路器、影响面很大，因　此要求失灵保护十分可靠，断路器失灵保护二次回路涉及面　广，与其他保护、操作网回路相互依赖性高，投运后很难有机会　再对其进行全面校验。因此，在安装、调试及投运试验时应把好　质量关，确保不留隐患，从而保证电网的安全稳定运行。　参考文献：　［１］国家电力公司．防止电力生产重大事故的二十五项重点要求继电保　护实施细则［Ｍ】．北京：中国电力出版社，北京，２００２．　４．３失灵解除复压闭锁　复合电压闭锁明显提高了失灵保护的安全性，但也为变压　器高压侧断路器失灵保护带来麻烦，当变压器中、低压侧故障　时，变压器高压侧母线电压下降较小；复合电压闭锁的灵敏度　可能不够，由此可能造成失灵保护误闭锁　。因此“二十五项重　点要求”中明确指出：变压器保护启动失灵的同时要延时解除　失灵保护的复合电压闭锁。　解除的方式有两种，一种是利用故障电流及保护动作解　除，其定值与失灵启动的电流判别定值一致，灵敏度也能满足　要求，因为只要保护动作并且失灵启动，复压闭锁就能解除（见　图４）；第二种方式是利用变压器三侧的复合电压成门解除失灵　『２】王维俭．电气主设备继电保护原理与应用［Ｍ］．北京：中国电力出版社．　２０ｏ１．　【３】张洪，常风然．高压电网的断路器失灵保护［Ｊ】．电力自动化设备，　２００３，２３（５），７９～８１．　闭锁。即变压器任意一侧电压降低，就可启动，克服了电压降低　较小的一侧灵敏度不够的问题，但是却增加了其误动的可能　性。对于第二种方式，湖南电网在２００９年３月份“继电保护简　报”中明确提出：解除失灵复合电压闭锁回路，采用变压器保护　“动作接点”解除失灵保护的电压闭锁，不能采用变压器保护　『４］王建雄，罗志平，刘艳荣．２２０ｋＶ断路器失灵保护启动回路的问题探　讨及改进ｆＪ１．继电器，２００６．３４（６０，７１～７４．　【５】常风然．高压电网失灵保护的若干问题分析『Ｊ】．继电器，２０００，２８（３）：　５】－５２，５６　广东科技２ｏｏｇ¨总第２２５期