最后断路器保护（精选7篇）
最后断路器保护 篇1
最后断路器保护是直流工程逆变站的重要保护。当逆变侧失去交流电源后,由于换流母线上连接的大量无功补偿设备不能立即切除,如果直流系统未能及时闭锁,直流系统将会继续向其充电,从而引起严重的暂时过电压,对阀、避雷器、换流母线等造成影响[1,2,3]。为了防止这种情况的发生,在高压直流输电系统的逆变站中通常都安装了最后断路器保护,以确保在发生上述情况时可以迅速将阀闭锁[4]。但是在常规直流的实际应用中,该保护暴露出一些问题,存在安全隐患。因此在±800 k V向家坝-上海直流工程中,ABB公司采取了不同的保护设计思路。文中对特高压直流和常规直流最后断路器保护进行了对比分析,指出了可能存在的隐患,并提出相应的整改建议。对目前在运的直流换流站和将投产的特高压直流换流站的运行维护工作有一定指导意义。
1 常规直流最后断路器保护
1.1 保护信号
常规直流中的最后断路器保护,通常需要采集交流场的开关量和运行参数作为动作判据,交流场接线如图1所示。
1.1.1 断路器及隔离开关分合接点信号
通过采集断路器和隔离开关的接点信号,从而判断该间隔是否在隔离状态。一个断路器单元(包括一个断路器和两把隔离开关)中只要有一个设备在拉开位置,即判定该断路器单元在隔离(Disconnect)状态;当交流出线对应的边断路器单元和中断路器单元或两个边断路器单元都为隔离状态时,即判定该间隔在隔离状态。图2为通过断路器和隔离开关接点判断交流间隔是否隔离的逻辑,其中拉开为1,合上为0。
1.1.2 线路电流信号
当故障发生在站外而不是站内时,无法通过断路器和隔离开关的分合接点来判断间隔是否隔离,因此必须加入电流的判据。当交流出线上的电流值低于电流参考值(政平站该参考值为50 A,华新站该参考值为70 A),且直流极为解锁状态时,即可判定该间隔为隔离状态。图3为通过电流判断交流间隔是否隔离的逻辑。
1.1.3 断路器跳闸信号
通过采集断路器跳闸接点(early_make)信号来判断该间隔是否为跳闸状态(trip)。当交流出线对应的边断路器单元为隔离状态时,另外两个断路器只要有一个跳闸;或另两个断路器为隔离状态时,交流出线对应的边断路器跳闸,即可判定该间隔为跳闸状态。此外,在对侧交流站也装有最后断路器装置,它是一个PLC装置,通过对线路相关的本站断路器和隔离开关位置接点进行判断分析,并结合相关保护动作信号,从而确定是否给换流站发跳闸信号[5,6]。图4为判断交流间隔是否跳闸的逻辑。
1.2 保护逻辑
当一个间隔处于隔离状态时,如果发生另一个间隔跳闸的事件,最后断路器保护就会动作,使双极闭锁。如图5所示,当W1间隔在隔离状态时,如果W2间隔发生跳闸事件,同时还满足以下条件:(1)直流在解锁状态;(2)本系统为工作系统;(3)本站为逆变站,最后断路器保护就出口跳闸。当W2间隔为隔离状态时,跳闸逻辑也一样。动作后果为:(1)双极Y闭锁;(2)跳开交流侧换流变出线开关;(3)启动开关失灵保护;(4)启动故障录波;(5)闭锁禁止切换系统。
此外,当一个间隔隔离而另一个间隔不隔离时,系统会发出“只剩一条线路(only one line left)”的告警,提醒运行人员注意。该逻辑是通过异或门(相同为0,相异为1)来实现的。图5为常规直流最后断路器保护跳闸逻辑,来自ABB设计的三-常直流工程政平换流站Hidraw软件。
1.3 存在隐患
正常情况下,采用上述保护逻辑是没有问题的,常规3 000 MW的直流系统的最小功率是300 MW(低于最小功率时,极会闭锁)。在只有两条线路的情况下,如果线路电流低于50 A或70 A时,两条交流线路的功率相加才50~70 MW,此时极早已闭锁。但在特殊运行工况下却可能存在安全隐患,龙政直流逆变侧政平换流站就存在这样的问题。
政平站建站之初,在从500 k V武南站来的两回线路(政武5273线,政南5274线)上安装了最后断路器保护,2004年政平站扩建了到岷珠站的两回交流线路:岷政5271线,岷平5272线。由于岷珠站只有两台750 MW的主变,在失去5273线,5274线的情况下,不足以支撑龙政直流额定功率运行,因此5273线,5274线的最后断路器保护仍保留了下来(5271线,5272线上没有设置最后断路器保护)。在秋冬季直流小功率运行方式下,受交流系统潮流影响,直流输送的大部分功率经过5271线和5272线送到岷珠站去,在5273线和5274线上输送的功率很小,有时功率潮流方向甚至会反向,即武南站的功率通过5273线和5274线转送到岷珠站。在这种情形时,5273线,5274线中的一次电流有效值就有可能在50 A以下,按照保护逻辑(见图3),软件会将本处于运行状态的间隔误判为处于隔离状态,若此时5273线和5274线两条线路中一条电流小于50A,另一条发生故障引起线路保护动作跳闸,政平站最后断路器保护将会动作并导致直流双极Y闭锁。而实际上,此时的交流出线并未全部断开,系统不应该向换流器发出闭锁指令。而且这样的小功率完全可以通过5271线和5272线送到岷珠站,没必要双极闭锁。因此,在上述这种特殊的运行方式下,直流系统的可靠性被大幅度降低。
此外,最后断路器保护逻辑中还存在另一个安全隐患:在5273和5274两条交流出线同时跳闸(或同时收到来自武南站的最后断路器跳闸信号)时,系统反而不会发出闭锁指令(见图5)。如果此时双极运行在大功率下(如3 000 MW)时,将导致大功率全部转移到岷政5271线和岷平5272线上,超过了岷珠站目前所能承受的容量,从而引起政平站内设备过电压。
1.4 改进措施
1.4.1 小负荷运行隐患
为了防止小负荷状态下交流最后断路器保护误动作,现场采取了一些临时措施,即当龙政直流较长时间处于低功率运行时,修改Hidraw软件,将电流判据由“50 A”改为“-50 A”(即取消最后一个断路器保护的电流判据),待大功率后再恢复[7]。但该措施不够完善,由于需要人为判断功率水平并修改保护定值,存在一定风险,给现场人员带来很大安全压力,因此应该对软件逻辑进行修改。可以考虑在逻辑中加入判据。即设定一个功率参考值,在该参考值之下就退出最后断路器保护的电流判据,超过参考值就投入电流判据。图6为修改后的软件逻辑,虚线部分为增加的功率判据。
还可以进一步考虑,当直流系统运行在大功率工况下时,如果发生最后断路器保护动作的情况,可以不闭锁双极直流,而是只闭锁单极或紧急降功率,这样可靠性大大提高,对系统的冲击也可以减小到最低。要实现相关功能有赖于对系统潮流的计算和仿真研究,对现有软件的改动也较大。
1.4.2 最后断路器保护拒动隐患
为了消除武南站最后断路器保护装置动作后政平站最后断路器保护不起作用的隐患,可考虑将两个间隔的跳闸状态取与,当同时为1时,即可启动保护跳闸。图7为修改后的最后断路器保护跳闸逻辑,虚线部分为增加的判断同时跳闸的逻辑。
2 特高压直流最后断路器保护
±800 k V特高压直流系统输电线路长、输送容量大,两端换流站配置无功补偿设备的单组容量及总容量均比±500 k V直流工程高得多,因此应更加重视最后断路器跳闸故障引起的过电压[8]。
根据仿真研究,表1[8]列出了特高压直流双极额定功率运行时逆变站发生最后断路器跳闸后不同闭锁延时避雷器能耗计算结果(“—”表示能耗/电流为0,避雷器不动作)。
通过计算避雷器能耗,并与参考值进行比较,可以判断是否出现交流系统甩负荷,从而确定是否闭锁直流。以下以±800 k V直流特高压奉贤换流站为例进行分析,图8为奉贤站高端换流变进线区域接线。
2.1 保护信号
2.1.1 电压量
从高端换流变进线区域的电压互感器TV3出来的三相电压量经过换相电压计算器后得到换流阀网侧电压,取其最大值,经一定时间保持后滤波得到保护所需的电压量Uac。
2.1.2 电流量
最后断路器保护所需的电流量来自高端换流变进线区域的电流互感器TA4,该电流互感器用于测量流过避雷器F1的三相电流值。现场采集的数据通过e TDM总线到达保护主机后,经过滤波、取绝对值等处理,得到保护所需要的三相电流值I1,I2,I3。
2.2 保护逻辑
2.2.1 能量积分
最后断路器保护按每相进行计算,以A相为例,当电压量Uac超过电压定值Uhigh(奉贤站为460.0k V)时以及电流量I1超过电流定值Istart(奉贤站为20.0 A)时,选择器选通积分计算回路,将I1与电压常数Uconst(奉贤站为0.595 MV)相乘,经积分器计算后与跳闸值Rtrip(奉贤站为3.1 MJ)进行比较,如果大于或等于跳闸值,就发A相最后断路器保护动作信号至总出口逻辑。图9为避雷器能量积分逻辑。
积分公式如下:
其中:ET-ΔT为上一次积分的值;ΔT为保护软件的中断周期,单位为Tic,1 Tic=1 ms。
2.2.2 能量释放
最后断路器保护按每相进行计算,以A相为例,当电压量Uac和电流量I1中有一个或两个都小于定值时,开放能量释放计算。脉冲发生器每隔1 000 Tic就发出一次脉冲,由0变1,进行一次能量释放计算。将避雷器散热常数Rcoolconst(奉贤站为1/3 600)乘以1 000后与上次计算的积分值相乘并取负,经积分器计算后与跳闸值Rtrip(奉贤站为3.1MJ)进行比较,如果大于或等于跳闸值,就发A相最后断路器保护动作信号至总出口逻辑。能量释放计算逻辑见图10。
能量释放的积分方程如下:
2.2.3 出口逻辑
当同时满足以下条件时,最后断路器保护会出口:(1)任一相发最后断路器保护动作信号;(2)Uac大于电压定值Uhigh(本条件起到联锁作用,防止保护误动);(3)最后断路器保护设置为可用;(4)换流站为逆变站;(5)没有收到闭锁最后断路器保护的信号。图11为特高压直流最后断路器保护出口逻辑。
动作后果为:(1)Z闭锁;(2)换流器隔离;(3)启动故障录波。
2.3 存在隐患
±800 k V向家坝-上海直流工程是第一次采用避雷器动作特性作为最后断路器保护判据,相对于常规直流中采用的最后断路器保护设置,其更多地依赖一次设备的性能,因此对避雷器提出了更高的要求,必须要保证避雷器在交流甩负荷情况下的能耗能满足保护动作要求,使保护正确动作。在保护定值的设置上要考虑能躲开站内操作过电压,防止误动。由于避雷器存在个体差异,因此与其特性有关的定值,如散热常数等的设定也很重要。此外,在保护设置上还可能存在以下隐患:保护只采集高端换流变进线区域的电压值以及避雷器电流值,如果高端换流变退出检修,出现一个完整极加一个1/2极运行的模式或者两个1/2极运行的模式时,将失去该极的最后断路器保护功能,从而带来安全隐患。
3 结束语
常规直流中的最后断路器保护主要检测断路器、隔离开关接点和线路电流,逻辑较为简单,在特殊情况下还可以修改定值,退出部分保护功能。但保护需要检测的环节较多,在特定工况下会出现动作后果不合理的情况。通过采取整改措施,可以进一步提高系统可靠性。特高压直流中的最后断路器保护采用计算避雷器能耗作为保护判据,需要检测的量比较少,但与一次设备的性能关系较紧密,其实际效果还需要经过系统调试和现场运行的检验。
在今后直流工程中应根据工程实际情况,综合考虑站内出线、电网潮流变化、设备可靠性等各种因素后,确定最后断路器保护的选型。
参考文献
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最后断路器保护 篇2
最后断路器保护是直流工程逆变站的重要保护。当逆变侧失去交流电源后, 由于换流母线上连接的大量无功补偿设备不能立即切除, 如果直流系统未能及时闭锁, 直流系统将会继续向其充电, 从而引起严重的暂时过电压, 对阀、避雷器、换流母线等造成影响[2,3]。兴安直流兴仁换流站正常为整流站, 不投换流变最后断路器保护和最后线路保护, 只投交流滤波器最后断路器。本文对兴仁换流站三个大组交流滤波器间隔最后断路器保护的跳闸回路进行了详细地排查, 发现兴仁站交流滤波器间隔最后断路器保护跳闸后, 其跳闸回路存在自保持的情况。
1 大组滤波器最后断路器保护简介
兴仁换流站500k V交流开关场采用3/2接线方式 (如图1所示) , 第一、二、三串开关分别涉及第一、二、三大组交流滤波器最后断路器保护, 直接同时发命令跳开大组和小组交流滤波器所有断路器。以第三大组交流滤波器最后断路器判断逻辑为例, 如表1所示, 5032或5033断路器只要满足判断逻辑的要求, 则由最后断路器保护功能实现该开关的跳闸。
表1第三大组交流滤波器最后断路器判断逻辑
注:1) 无下划线代表断路器、隔离开关在合为;
2) 有下划线代表断路器、隔离开关在分位;
3) “∨”代表“或”逻辑, “∧”代表“与”逻辑。
2 交流滤波器最后断路器保护跳闸回路分析
本文分析以5032断路器最后断路器保护为例, 其判断逻辑为: (=10B03.C-Q2) ∨ (=10B03.C-Q0) ∨ (=10B03.C-Q6) , 即50332刀闸、5033断路器、50331刀闸中任一设备处在分闸状态。以5032断路器最后断路器保护跳闸回路一为例, 当测控系统单元6MD664判断5032断路器为ACF3交流滤波器间隔最后断路器后, 对应常开触点BQ44闭合 (如图2所示) 。
正电由ACF3联线保护屏一送至5032断路器保护屏内6D:4、5、6、7、8端子 (如图3所示) 。此时第三大组交流滤波器连线保护、#1B站用变保护、5031断路器保护和5033断路器保护中若有任一保护动作启动5032断路器继电器箱内单跳 (TJA1、TJB1、TJC1) 或永跳继电器 (TJR1) , 公共端正电则通过继电器箱内的单跳或永跳辅助触点到达ACF3联线保护屏一内的X262:1端子。
在ACF3联线保护屏一内, 由于S308压板 (5032断路器ACF3最后断路器跳闸保护跳闸1) 在正常情况下是投入的, 故跳闸继电器K24励磁 (如图4所示) 。跳闸继电器K24励磁后, 其辅助触点闭合将正电送至5032断路器保护屏内8D:17端子 (如图5所示) , 并通过该端子启动5032断路器继电器箱内的TJR1永跳继电器 (如图6所示) 。
图6 K24继电器辅助触点启动5032断路器TJR1回路2
由于5032断路器作为最后断路器的判断逻辑始终满足, 使得TJR1辅助触点可以将正电一直送至ACF3联线保护屏一内, 并保持K24的励磁状态, 从而形成自保持回路。
3 跳闸回路形成自保持的风险分析
目前兴仁站大组滤波器间隔最后断路器保护跳闸回路存在缺陷, 这是由于最后断路器判断逻辑并不判断本开关间隔的分合情况, 只判断本串内其余开关的分状态的原因造成的。因此在所有保护压板投入的情况下, 只要最后断路器保护动作, 断路器跳开后, 若最后断路器逻辑仍然满足, 此时就会导致大组滤波器连线保护与断路器保护之间形成一个跳闸自保持回路。
第一, 若该回路长期处于自保持状态, 大组滤波器联线保护内K21、K22、K23、K24继电器与断路器保护屏内TJR1重动继电器必然会烧坏。
第二, 对于大组滤波器, 最后断路器保护动作后, 该最后断路器保护跳闸回路自保持回路形成, 此时断路器保护告警、断路器无法合上, 不利于事故的快速恢复。
4 预防措施
1、当大组滤波器间隔最后断路器保护动作后, 应尽快确认大组联线保护屏内K21、K22、K23、K24继电器是否一直处于励磁状态;
2、若K21、K22、K23、K24继电器处于励磁状态, 应尽快退出大组联线保护屏内的S307、S308压板, 解除自保持回路。
5 结语
分析了兴仁站大组滤波器间隔最后断路器保护跳闸回路, 只要最后断路器的判断逻辑满足, 此时就会导致大组滤波器连线保护与断路器保护之间形成一个跳闸自保持回路。该回路长期处于自保持状态, 继电器会被烧坏的风险, 提出了预防措施。
摘要：兴仁换流站作为兴安直流整流侧, 按要求投入交流滤波器最后断路器保护。在实际运行中三个大组交流滤波器间隔的最后断路器保护在跳闸后, 跳闸回路均存在自保持的情况, 容易引起回路中继电器烧坏、不能快速恢复跳闸断路器运行等隐患, 本文对此进行分析并提出预防措施。
关键词：交流滤波器,最后断路器保护,跳闸回路自保持
参考文献
[1]邓洁清, 项巍.武南变最后断路器保护装置内部逻辑分析及优化[J].电力自动化设备, 2008, 28 (7) :121-123
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高压断路器保护控制回路优化 篇3
断路器作为电力系统的重要元件, 其操作回路在断路器合、切一次回路过程中起着重要的辅助和保护作用[1]。继电保护装置分相操作箱为保护装置与开关操作机构之间的接口元件, 是确保保护正确工作的重要环节之一[2]。本文针对继电保护装置操作回路的直流电源设计存在的隐患进行分析, 并提出改进建议。
1 事件经过
兴仁换流站500k V交流场采用3/2接线方式, 主接线如图1所示。主要考虑线路断路器需要单相重合闸断路器, 兴仁站故多选用分相操作断路器, 其各相主触头分别由各自的跳合闸线圈控制, 可分别进行跳闸和合闸操作[3]。除第五串外, 其余所有的500k V交流断路器保护均采用的是GPSL632C-222型断路器保护柜。
在2015年12月对500k V第二大组交流滤波器传动试验时, 发现断开5022断路器分相操作箱其中一路直流操作电源时, 5022断路器无法通过第二路电源实现跳闸出口功能, 随后对全站21台串内断路器、10台交流滤波器断路器进行了排查, 发现5011、5013、5022、5023、5031、5032、5033、5061、5063、5071、5072、5073共12台断路器存在同样的问题。
2 GPSL632C-222型断路器保护柜介绍
GPSL632C-222型断路器保护柜包括PSL-632C型断路器保护装置、FCX-22HP型分相操作相箱、JDX-11型继电器箱。PSL-632C型断路器保护装置是由微机实现的数字式断路器保护与自动重合闸装置, 装置功能包括断路器失灵保护、三相不一致保护、死区保护、充电保护、过流保护和自动重合闸。
FCX-22HP型分相操作箱内有两路断路器控制回路, 对断路器进行辅助控制, 负责监视该断路器的分合闸位置等运行状态, 并实现PSL-632C保护装置与断路器的联系和配合。JDX-11继电器箱是为了方便与换流器最后断路器保护 (Last CB/Last Line) 、交流滤波器最后断路器保护 (Last CB) 而设置的, 本文的分析不涉及该装置。
3 操作箱设计回路分析
如图2所示, FCX-22HP型分相操作相箱由两路110V直流电源冗余供电, 实现其内部继电器的可靠动作。
由于GPSL632C型断路器保护配备两路冗余的跳闸控制回路, 本文选取其中一路控制逻辑进行分析。如下图3所示, FCX-22HP型分相操作相箱的“操作压力低禁止跳闸继电器”1YJJ现场未投入使用 (由弹簧储能式断路器的分合闸原理决定) , 其励磁回路两端直接接入图2中第一路110V直流电源 (4DK1) 的4D2、4D89端子之间, 所以1YJJ继电器处于持续励磁状态, 目的是保证图4中1YJJ触点处于持续闭合状态。
通过分析图4逻辑, 4D13, 14端子来自图2中的第二路110V直流电源 (4DK2) 的正端, 4D13, 14端子通过1YJJ继电器的常开触点与4D15端子并联后, 接入断路器的手跳回路 (STJ) 、永跳回路 (2TJR) 、三跳回路 (2TJQ) 等回路。所以图4说明了4D15端子是通过1YJJ继电器的常开触点持续闭合后, 与4D13, 14端子的短接来获取正电源, 实现手跳 (STJ) 、永跳 (2TJR) 、三跳 (2TJQ) 等回路在符合出口条件时, 通过断路器操作机构箱使断路器跳闸。
所以当操作箱第一路110V直流电源 (4DK1) 断开后, 图4中的1YJJ继电器的常开触点无法闭合, 即使第二路110V直流电源 (4DK2) 保持带电, 图4中4D:15端子也不能获得正电源。故出现了试验时发现断开断路器分相操作箱第一路直流操作电源时, 手跳 (STJ) 、永跳 (2TJR) 、三跳 (2TJQ) 等回路无法通过第二路电源跳闸的情况。
4 隐患分析及改进措施
通过以上分析, 无论在断开FCX-22HP型分相操作相箱其中任何一路电源, 其现场实际接线决定了部分跳闸回路无法通过操作箱出口跳闸, 利用IYJJ继电器持续励磁来使得手跳 (STJ) 、永跳 (2TJR) 、三跳 (2TJQ) 等回路获取正电源的设计方法存在一定的弊端。
第一, 如果1YJJ继电器损坏, 将导致断路器不能在正常切断故障电流;第二, 操作箱任何一路直流电源故障, 也存在对应的断路器在故障时不能跳闸的风险。
经过以上分析, 建议现场采取以下措施进行预防:在图4的接线中, 采取将4D13, 14和4D15端子用短接线短接的方法, 使4D15端子获得正电源 (断路器保护中另一路控制回路改进措施相同) , 保证断路器可靠跳闸。
5 结束语
本文通过引用设计图纸, 分析了兴仁换流站现场部分断路器控制回路设计存在的缺陷情况, 阐述了设计缺陷引起的风险, 以及提出了改进措施, 增强了以上所述断路器的动作可靠性, 对兴仁站设备的稳定运行起到较大的促进作用。
摘要：通过一例交流断路器传动试验发现部分跳闸功能不能出口问题进行分析, 提出优化方案。
关键词：断路器保护,控制回路,设计优化
参考文献
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断路器失灵保护及现场应用探讨 篇4
线路的断路器失灵保护是在线路发生故障, 故障元件的保护动作发出跳闸脉冲而断路器操作失灵拒绝跳闸时, 通过线路的保护作用于相邻断路器跳闸, 或利用相应通道使远端有关断路器同时跳闸的保护。它是在断路器拒绝动作时, 能够以较短的时限切除其他相关断路器, 使停电范围限制为最小的一种后备保护, 在电力系统中具有很重要的作用。
在实际的工程应用中, 失灵保护设备包含失灵启动、失灵保护2个概念的产品, 同时失灵保护的设计涉及系统保护、元件保护2个专业范畴。因此, 一套失灵保护系统的设计往往涉及多种保护的设备。
2 断路器失灵保护的设计
220 kV断路器失灵保护主要包括220 kV线路 (或主变220 k V侧) 断路器失灵保护、母联 (分段) 失灵保护、母线差动保护的失灵出口。这些保护的装置种类有很多, 但其基本原理却大同小异。
2.1 线路断路器失灵保护的设计
2.1.1 线路保护失灵启动的设计
线路断路器的失灵保护由线路保护跳闸出口启动, 经失灵保护相应的电流继电器判别 (电流是否大于失灵启动电流定值) , 若相应电流继电器同时动作, 则判断为断路器动作失灵, 失灵保护随即动作, 用于启动母线差动保护的失灵出口。
对于失灵保护的电流判别, 目前用到的主要有线路保护带的失灵装置 (如南瑞RCS-923、深南瑞PRS-723等) , 还有的用到母差保护本身的电流判别功能。随着继电保护“六统一”的实施, 后一种方式将逐步得到采用。
2.1.2 线路断路器失灵保护出口设计
上述失灵接点开入至母差保护, 母差失灵出口回路会根据相应断路器母线闸刀所在位置自动判别断路器所在母线, 再经相应母线的复合电压闭锁, 第一延时跳母联断路器, 第二延时跳相应母线上所有设备。
失灵保护动作跳母联和线路可以同时进行, 至于为什么现在都是有先后的, 可能是习惯的延用。如果非要讲道理, 就是在0.3 s跳开母联后系统故障电流分布改变, 此时可能寄希望于相邻电力设备或线路的保护相继动作切除故障。
2.2 主变断路器 (220 kV侧) 失灵保护的设计
2.2.1 主变保护失灵启动的设计
主变保护的失灵启动和线路保护的失灵启动设计原理基本一样。所不同的是, 按照反措要求, 主变保护失灵启动要增加失灵启动解除母差闭锁的接点。这主要是考虑到主变或发变组低压侧故障, 高压侧残压过高, 失灵保护本身是经电压闭锁的, 这样高压侧失灵不能出口。这是由主变的内部阻抗引起的, 而线路就没有, 所以线路不考虑失灵解除复压闭锁。一般厂家的母差保护都提供了失灵解除复压闭锁开入, 当低压侧故障时, 提供一副接点给该开入来开放失灵保护的复压闭锁条件。
2.2.2 主变断路器 (220 kV侧) 失灵保护出口设计
主变断路器失灵保护电流判据满足条件, 同时主变失灵解除复压闭锁开入, 则同线路断路器失灵出口一样, 可按整定第一时限跳母联, 第二时限跳所在母线单元上的所有断路器。
对于主变断路器 (220 kV侧) 失灵保护, 除主变电气量保护动作启动外, 还有母线差动保护动作启动, 经主变220 kV侧失灵电流继电器判别, 第一延时跳本断路器, 以避免测试时的不慎引起误动而导致相邻断路器误跳;第二延时则是失灵出口启动, 此时又可分2种情况:若为主变电气量保护启动, 则失灵将启动母差失灵出口回路 (同线路断路器的失灵逻辑) , 若为母线差动保护动作启动, 则直接启动跳主变其他侧断路器。
3 断路器失灵保护应注意的问题
在实际应用中, 应注意哪些保护不应启动断路器失灵保护。
3.1 主变非电量保护不应启动断路器失灵保护
非电量保护动作后不返回, 属慢返回性质。失灵保护作为一种保护需要整定定值, 为了失灵保护可靠动作不误动, 失灵动作时间需优先让正常保护动作, 定值如此整定:断路器动作时间+保护动作返回时间+裕度时间。因为断路器跳开后, 非电量继电器的动作接点不能立刻返回, 所以非电量保护出口接点一直闭合, 致使失灵保护无法与之配合整定, 所以变压器非电量保护不启动失灵保护。因为目前非电量保护动作于跳闸, 且主要是瓦斯保护, 靠油流作用冲击挡板动作, 由于惯性或者说热容量的关系, 瓦斯保护动作将故障切除后, 保护不能马上返回, 还要维持一段时间, 那么就会误启动失灵保护。但瓦斯保护不应启动失灵保护。
3.2 三相不一致保护不应启动断路器失灵保护
线路断路器三相不一致状态时虽然会出现零序电流, 但是健全相仍然可以输送功率, 线路输送功率下降并不多, 对系统稳定影响不太大, 允许短时出现。线路断路器三相不一致的主要危害在于可能引起相邻线路的零序保护误动, 与失灵保护动作切除整条母线相比, 这一危害要轻得多, 因此, 线路断路器三相不一致保护不启动失灵保护。按国网反措要求, 三相不一致接点要接断路器本体, 这就更不需要启动失灵保护了。
4 断路器失灵保护的现场应用
按照继电保护“六统一”标准规定, 双母线接线的断路器失灵保护的电流判别功能宜由母差保护装置实现, 但目前变电站运行的220 kV线路和主变保护还是单独配置了失灵保护装置, 失灵保护的电流判别功能由该装置实现, 以后将逐一进行改造。鉴于目前失灵装置应用较多, 下面将结合它对失灵回路进行讲述。
“六统一”标准3.2.2规定:“为减少双重化线路保护间回路联系, 双重化的线路保护应分别接入一套母线保护中的失灵启动回路。”该标准发布前后, 断路器失灵保护的应用是不一样的。
4.1 标准发布前断路器失灵保护的应用
“六统一”标准发布前, 通常母差保护按双重化配置时, 失灵保护的应用是这样的:两套线路保护各引出两组分相跳闸节点, 然后两套保护的第一组跳闸启动节点并联一起, 并上操作箱一副三跳节点, 再串联失灵保护装置的失灵节点 (分相+三跳) , 然后启动第一套母差保护失灵;两套保护的第二组跳闸启动节点并一起, 并上操作箱另一副三跳节点, 再串入第二套母差保护失灵节点, 实现第二套母差保护的失灵。这是一种“一对多”的启动方式。
4.2 标准发布后断路器失灵保护的应用
“六统一”标准发布后, 母差保护进行双重化改造, 失灵保护的应用是这样的:第一套保护采用其跳闸启动节点+三跳节点, 再串失灵保护装置失灵节点, 启动第一套母差保护的失灵;第二套保护采用其跳闸启动节点+三跳节点, 串入第二套母差保护失灵回路中, 实现第二套母差保护的失灵。这是一种“一对一”的启动方式。
4.3 两种应用的对比
很显然, 标准发布前失灵保护应用时考虑的范围比较全面。按照标准发布后的应用方式, 出现第二套线路保护因故停运, 第一套母线保护出现故障的情况时, 若该线路断路器失灵, 将不会启动失灵保护。这样的话, 母差保护双重化将毫无意义。但细想一下, 这种情况是很多小概率事件的乘积, 发生几率很小, 故根据“六统一”要求, 为减少两套保护的电气联系, 两套保护的失灵回路应各自启动双重化的母差保护, 即“一对一”方式, 还是有一定道理的。
5 结语
失灵保护作为断路器的后备保护, 能有效避免事故扩大化。其有选择地跳开母线上除失灵拒动的断路器外其余运行中的断路器的功能, 有利于电网的安全、稳定、可靠运行。采用高可靠性的失灵保护判别元件和装置, 合理接线、整定, 严格按规程操作, 必将极大地提高失灵保护的正确动作率, 使其为电网的安全运行发挥应有的作用。
参考文献
[1]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[J].继电器, 2006 (6) :78～81
浅议断路器三相不一致保护 篇5
运行经验表明, 90%的电网故障都是单相瞬时接地故障。出于对供电可靠性的考虑, 220 k V及以上电压等级的断路器都是采取单相重合闸的方式。所以, 220 k V及以上电压等级的断路器普遍是可以分相操作的。
但是, 采用分相操作机构的断路器在运行中由于各种原因, 断路器三相可能断开一相或两相, 造成三相不一致 (即非全相运行) 。断路器三相不一致会导致零序、负序电流较大, 如果这些零序、负序电流持续很长时间, 就会导致重负荷线路的零序保护四段越级误动作。因此, 装设断路器三相不一致保护的作用是恢复断路器三相全相运行, 避免上述情况的出现。
断路器三相不一致保护有两种: (1) 断路器本体的三相不一致保护; (2) 保护装置的三相不一致保护。下面就谈谈这两种方式的工作原理。
断路器本体的三相不一致保护原理如图1所示 (这里分析的是西门子220 k V电压等级的3AQ1—EE型号的断路器) 。三相不一致回路动作原理如下:当出现三相不一致情况后, 每相断路器分闸位置辅助常闭触点S1LA与合闸位置辅助常开触点S1LA同时接通, 时间继电器K16励磁, 后经过一段时间继电器K16延时2 s启动三相不一致保护继电器K63, 经三相不一致保护继电器K63接点接通三相跳闸线圈, 以断开仍在运行的其他相断路器。在断路器本体三相不一致保护中, 需要考虑到线路出现单相故障后, 断路器单相跳开后等待单相重合闸的时间。所以, 时间继电器K16延时2 s就是为了避开线路重合闸时限。
保护装置的三相不一致保护由RCS—923A保护装置实现, 非全相位置开入接点由CZX-12R2操作继电器箱提供, 如图2所示。当三相位置不一致保护投入时, 如果有三相位置不一致接点输入, 总启动原件动作并展宽7 s去开放出口继电正电源。三相不一致保护可采用零序电流或负序电流作为动作的辅助判据, 可分别由控制字选择投退。三相不一致保护的动作逻辑:在不一致保护投入的情况下, 当零序电流或负序电流动作元件动作, 并且非全相位置有开入时, 不一致保护延时1.5 s (按定值单执行) 去启动跳闸继电器跳闸。
2 三相不一致保护的特点
断路器本体三相不一致保护容易受气候影响而误动作。因为断路器本体非全相保护仅用断路器的辅助触点作为启动判据, 没有采用其他条件来闭锁保护, 所以断路器本体三相不一致保护容易误动作。当天气潮湿时, 在户外运行的断路器容易出现三相不一致保护启动、回路两点接地的现象, 从而造成非全相保护误动作。为了避免此类现象的出现, 现在的断路器机构箱和端子箱都装设有智能加热器。
断路器本体三相不一致保护必须投入运行。当线路刚启动或运行电流很小时, 如果恰好此时出现断路器非全相运行 (三相不一致) , 由于装置保护的三相不一致保护要经零序或负序电流闭锁, 此时的零序或负序电流小到不足以令启动元件动作, 那么, 保护装置的三相不一致保护可能不会动作。此时, 如果没有断路器本体三相不一致保护就无法快速切除故障, 这将会影响电网的安全、稳定运行。
三相不一致保护不会启动失灵保护。断路器三相不一致的危害主要表现在可能会引起相邻线路的零序保护误动。但是, 三相不一致保护一旦接入失灵回路, 三相不一致动作将会切除整条母线。与引起相邻线路保护误动而切除线路相比, 切除母线的危害要严重很多。因此, 三相不一致保护不启动失灵保护。
3 出现三相不一致信号的处理
当监控系统发出“三相不一致信号”时, 值班员必须马上对此异常信号进行处理。出现“三相不一致”信号的原因是, 在CZX—12R2装置里面的三相不一致发信回路中, 任意一相的HWJ与TWJ接点同时闭合或短路, 导致装置起动发信。考虑到有可能是保护二次回路故障, 所以, 值班员必须马上去现场检查断路器的位置。
当现场断路器位置检查为三相一致时, 必须考虑到是三相不一致保护回路出现了问题, 导致保护误发“三相不一致”信号。在值班员无法处理的情况下, 应该将此问题上报相关专业班组, 等待班组人员处理。
当现场开关位置检查为三相不一致时, 断路器因单相自动跳闸造成两相运行时, 应立即合闸一次, 合闸不成功则应断开其余两相断路器;如果是跳开两相, 应立即将断路器断开。处理完后, 应检查断路器三相位置不一致信号是否复归。
如果非全相断路器无法断开或合上时, 在向调度汇报后, 应根据变电站内主接线的特点采用不同的处理方法: (1) 对有旁路断路器的变电站, 用旁路断路器与非全相断路器并联后, 退出旁路断路器的控制电源, 用隔离开关解环, 使非全相断路器停电; (2) 对双母线接线的变电站, 可以进行倒母线操作, 使母联断路器与非全相断路器串联, 断开对侧线路断路器, 用母联断路器断开负荷电流, 然后再拉开非全相断路器两侧的隔离开关; (3) 对单母线接线的变电站, 可以向调度申请断开线路对侧的断路器, 然后在非全相断路器机构箱就地断开断路器; (4) 母联断路器非全相运行时, 应立即倒空其中一条母线, 再拉开母联断路器两侧的隔离开关。
4 结束语
在电网容量越来越大, 对供电可靠性要求越来越高的今天, 为了消除故障, 迅速恢复供电, 220 k V及以上电压等级的断路器普遍采用分相操作。但是断路器一旦出现三相不一致 (非全相运行) 的情况, 伴随三相不一致而产生的零序、负序电流将有可能造成相邻线路保护误动 (越级跳闸) , 扩大事故范围。因此, 220 k V及以上电压等级的断路器必须装设有断路器三相不一致保护。为了电网的安全、稳定运行, 掌握三相不一致保护原理对值班员准确处理断路器三相不一致的问题起到了重要的作用。
参考文献
[1]广东省电力调度中心.广东省电力系统继电保护反事故措施及释义[M].2007版.北京:中国电力出版社, 2007.
[2]张全元.变电运行现场技术问答[M].第二版.北京:中国电力出版社, 2009.
断路器本体三相不一致保护浅析 篇6
在220kV及以上电压等级的电网中, 普遍采用分相操作的断路器, 由于设备质量和操作等原因, 运行中可能出现三 相断路器动作不一致的异常状态, 如何消除这种异常状态, 存在不同认识, 对各系统也有不同做法。
1非全相运行对系统的影响
电力系统在运行时, 由于各种原因, 断路器三 相可能断 开一相或两相, 造成非全 相运行。如果 系统采用 单重或综 重方式, 在等待重合期间, 系统也要处于非全相运行状态, 此时就会出现以下情况:
1.1对电气设备产生的危害
(1) 电气设备的运行条件恶化:不对称运行会出现一相电流比其他两相电流大的情况, 将使该相电气设备的发热超过容许值。另外, 负序电流流过发电机时, 会引起发电机 转子绕组及铁芯的附加发热和振动。 (2) 电能质量变坏:由不对称运行引起的电压不稳定、不对称及高次谐波等, 将使电能质量变坏, 对用户产生不良影响。 (3) 对通讯线路的干扰:不对称运行时出现的零序电流所产生的零序磁通, 经过通讯线路可能产生对地电压, 危及设备和人身安全, 影响通讯质量。 (4) 电力系统运行的经济性变差:不对称运行时, 由于各相电流不相等, 系统潮流不能按经济方式分配以致损耗增大。 (5) 可能产生过电压:不对称运行时, 电机或电力系统的某点可能产生很高的电 压, 把绝缘击穿。
1.2对继电保护产生的危害
继电保护装置中, 有反映负序和零序分 量的元件, 由于不对称运行时出现较大的负序和零序分量, 可能使继电保护误动作, 因而可能造成继电保护装置的复杂化或降低其可靠性。
2断路器三相不一致保护介绍
断路器三相不一致保护分为断路器保护非全相 保护与断路器本体三相不一致保护, 按照2种保护相互配合设置。三相不一致保护动作时延如表1所示。
2.1断路器保护非全相保护介绍
断路器保护中的三相不一致保护亦称为非全相保护, 通过零序、负序电流作为辅助判据, 主要判据是:三相TWJ与三相HWJ串联作为非全相位置开入, 再通过辅助判据综合判断后, 启动跳闸回路。
由于引入了断路器的分相位置接点 (任一相TWJ动作且无流时确认该相断路器在跳闸位置) , 当任一相在跳闸位置, 则认为三相不一致, 经可整定 的不一致 动作延时 出口跳闸 驱动SBJ继电器, 跳本断路器三相。但由任两相在跳闸位置造成的三相不一致, 出口动作延时固定为150ms。
2.2断路器本体三相不一致保护介绍
断路器本体三相不一致保护启动回路是通过 断路器位 置辅助节点启动, 即取断路器三相常闭节点与三相常开节点并联后两者串联, 作为驱动三相不一致时间继电器, 经过时延 后驱动跳闸继电器。
3断路器本体三相不一致保护时间继电器校验试验
3.1时间继电器校验试验
正常运行过程中, 为了与断路器非全 相保护配 合, 必须进行对三相不一致时间继电器的校验, 保证与断路器保护非全相保护出口时间不发生冲突。
试验方法是在保护装置退出的状态下, 在断路器本体跳闸回路上加一正电源, 人为跳开一相 (图1中A、B、C3个点选一点加上正电, 直接导通本体机构跳闸线圈) , 从而达到三相不一致启动条件, 通过本体三相不一致跳闸继电器 (47T) 出口直接跳开断路器三相, 通过断路器位置变化启动故障录波, 从中分析断路器三相变位时间, 以此得出时间差, 从而验证本体 三相不一致时间继电器时间是否符合要求。
3.2时间继电器校验试验注意点
对于500kV线路来说, 断路器保护主要是用作失灵保护、线路重合闸保护与非全相保护。正常断路器保护设有沟 通三跳节点。沟通三跳节点设置在保护出口回路末端, 经过此节点后接入分相操作箱。
沟通三跳节点闭合条件: (1) 重合闸为充好电状态; (2) 重合闸为三重方式; (3) 重合闸装置故障或直流电源消失; (4) 重合闸在“停用”方式。
试验过程中, 断路器保护在退出状态, 故重合闸 也在退出状态, 此时满足沟通三跳节点闭合条件, 若单纯按照上述的 方法做此试验, 则由于沟通三跳节点闭合的关系, 正电通过沟 通三跳将其余两相跳闸回路导通, 因而无法实现延时三跳, 无法验证本体三相不一致时间继电器的动作时间。
故在试验过程中, 必须人为将沟通三跳 节点打开, 即将断路器保护中重合闸方式切换把手切至“单重”。
3.3时间继电器校验试验异常
在试验过程中是跳过保护出口回路, 直接在本体机构上加正电, 跳开一相断路器, 因而正常情况下分相操作箱跳闸指 示灯 (Txj) 不应该做出反应。而实际试验过程中, 就出现了 分相操作箱跳闸指示灯亮起的异常情况。
通过图1可以看出, 只有Txj通过正电 流时, 才会驱动 跳闸信号灯亮起。异常情况是由于47T继电器卡涩导致的。
以B相节点卡涩为例, 当人为跳开断路器一相时, 断路器保护由“位置不对应”条件满足启动重合闸, 此时重合闸放电, 沟通三跳节点闭合。
当47T经延时判断出口后, 由于节点卡涩, B相节点未 能合上, 故B相三相不一致出口回路不能导通, 而正电通过沟通三跳节点, 经过分相操作箱中的B相跳闸回路最终使断路器B相跳开, 此时操作箱中的B相Txj受正向电 流而励磁, B相跳闸指示灯灯亮。
4结语
本文通过介绍断路器三相不一致运行对设备 与系统的 危害, 引出本体三相不一致保护的试验方法, 提出了试验注 意事项, 同时列举了一起异常情况。随着社会经济发 展, 客户对电能质量的要求越来越高, 保证系统安全稳定运行是电力行业的重要任务。
摘要：阐述了非全相运行对系统的影响, 在此基础上介绍了一种断路器本体三相不一致保护的试验方法, 并就试验过程中出现的异常情况进行剖析, 提出了解决办法。
关键词：断路器,危害,校验试验,三相不一致时间继电器
参考文献
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[3]成志飞, 陈效.线路保护中沟通三跳功能的分析[J].硅谷, 2011 (22)
[4]国电南自Q/GDNZ.J.01.72—2000.PSL 603G系列数字式线路保护技术说明书[Z]
最后断路器保护 篇7
在220kV常规变电站中,主变保护和母线保护没有解除失灵保护电压闭锁及直接联跳主变三侧断路器的功能时,存在两个问题:(1)当主变低压侧故障、高压侧断路器失灵时,高压侧母线的电压闭锁灵敏度有可能不够,会闭锁失灵保护,导致母线通过高压侧断路器继续向故障点提供短路电流,从而烧毁变压器或破坏系统正常运行;(2)当220kV母线故障、变压器高压侧断路器失灵时,母线保护跳开变压器所在母线上的其它有源支路,变压器其它侧电源会继续向故障母线提供短路电流,而变压器后备保护动作切除故障的时间又较长,短路电流可能会烧毁变压器或破坏系统正常运行。针对这种情况,国家电网公司《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》规定,220kV主变保护装置启动高压侧失灵保护时应同时输出启动失灵保护动作接点和解除失灵保护电压闭锁接点,主变保护必须有高压侧断路器失灵联跳三侧断路器开入功能;220kV母线保护装置(含失灵保护)应有高压侧断路器失灵联跳三侧断路器输出接点及变压器支路解除失灵保护电压闭锁和变压器支路三相跳闸启动失灵开入功能[1]。主变保护和母线保护(含失灵保护)相互配合可解决上述问题。但是,现场如何改造保护装置及二次回路实现该功能,是继保人员比较困惑的地方。本文通过宁夏惠农220kV变电站改造工程,介绍主变保护和母线保护配合实现该功能的方法。
1 改造前主变和母线保护配置及回路
改造前,母线保护(不包含失灵保护)双重化配置,失灵保护单独组屏配置,主变保护配置双重化的PST1201A电量保护装置及一套PST1206A断路器失灵启动保护装置。
(1)主变保护动作高压侧断路器失灵的启动回路如图1所示。当主变保护动作开入到高压侧断路器失灵保护装置时,若对应相电流或零序电流大于失灵电流定值,则失灵保护装置输出失灵启动接点。失灵启动接点与主变保护动作接点串接后,再经刀闸重动继电器选择故障母线,开入到失灵保护装置,失灵保护装置根据相应逻辑出口第一时限跳母联,第二时限跳失灵断路器所在母线上的其它间隔断路器。
(2)母线保护动作主变高压侧断路器失灵联跳主变三侧断路器的逻辑。由于前期未执行“220kV及以上电压等级变压器的断路器失灵时,除应跳开失灵断路器相邻的全部断路器外,还应跳开本变压器连接的其它侧电源的断路器”[2]的规定,主变保护装置没有联跳主变三侧断路器的二次回路,因此,高压侧断路器失灵时仅依靠变压器后备保护动作跳开主变三侧断路器。
2 解除失灵保护电压闭锁及联跳主变三侧断路器的二次回路
保护装置没有解除失灵保护电压闭锁及联跳主变三侧断路器的功能。要完善此功能,必须改造失灵保护及母线保护,使保护装置具备解除失灵保护电压闭锁开入及联跳主变三侧断路器输出接点的功能,且双重化的变压器保护各启动一套失灵保护。
(1)解除失灵保护电压闭锁功能的二次回路。对于主变保护动作高压侧断路器失灵,失灵保护电压闭锁灵敏度不足造成失灵保护拒动的问题,母线保护装置除需具备启动失灵开入功能外,还增加了解除失灵保护电压闭锁开入功能。解除失灵保护电压闭锁判据回路如图2所示。
(2)母线保护动作高压侧断路器失灵联跳主变三侧断路器的二次回路。母线保护动作后,失灵保护判别出主变高压侧断路器失灵时,输出一对联跳三侧断路器接点作为主变保护的开入,主变保护经过流元件判别确认主变断路器失灵后延时跳各侧断路器,如图3所示。
相比之前的联跳三侧断路器反措方案——失灵启动装置和非电量保护共同配合完成联跳变压器三侧断路器、失灵启动装置和变压器保护共同配合完成联跳变压器三侧断路器及母线保护完成联跳变压器三侧断路器的方案[3],该方案具有很大优势。该方案充分利用变压器保护资源,仅增加母线保护失灵联跳开入;公用变压器保护出口回路,不仅回路简单,而且逻辑清晰;母线保护与变压器保护单向联系,开入、开出回路清晰明了,便于日常运行、维护。
3 改造后的主变和母线保护配置及回路
主变保护改造前,已将旧的失灵保护及母线保护改造成双重化配置,且每套母线保护均含有失灵保护功能,配置的保护装置型号为BP-2CS和RCS-915。主变保护改造后,主变配置双重化的PST1200U保护装置,取消断路器失灵保护装置(PST1206)。
(1)主变保护动作高压侧断路器失灵启动回路。当失灵保护判别出主变保护启动失灵接点及解除失灵保护电压闭锁接点开入后,检测主变高压侧的任一相电流是否大于失灵相电流定值(或零序电流是否大于零序电流定值,或负序电流是否大于负序电流定值),若大于定值,则在经内部程序确定运行方式后,失灵保护动作出口,经T1时限动作于母联,经T2时限切除该断路器所在母线的所有断路器,如图4所示。值得注意的是,双母线接线中,变压器保护启动失灵和解除失灵保护电压闭锁应采用不同继电器的跳闸接点。
(2)母线保护失灵联跳主变三侧断路器的回路。母线保护失灵联跳主变三侧动作接点经大功率重动继电器重动后,将一常开、一常闭的接点双开入到主变保护装置,并经过流元件开放,延时50ms后跳变压器各侧断路器;当高压侧三相均无流时,闭锁失灵联跳保护功能。改造后的联跳主变三侧断路器回路如图5所示。
4 结束语
自《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》颁布后,母线保护与变压器保护的解除失灵保护电压闭锁及直接联跳主变三侧断路器的问题是继电保护人员比较困惑的地方。本文通过改造母线保护、主变保护的配置及二次回路,使母线保护和主变保护配合更加合理,二次回路简单,开入、开出回路清晰,方便了日常运维。
摘要：220kV变压器高压侧断路器失灵,主变保护和母线保护应具有解除失灵保护电压闭锁及联跳主变三侧断路器的功能,但是常规变电站母线保护和主变保护没有此功能。以宁夏惠农220kV变电站改造工程为例,介绍主变保护和母线保护配合实现该功能的方法。