淺析220kV高壓斷路器的非全相保護

劉 偉

[摘要]針對常見的電力系統接線形式,就非全相保護的常見方案進行分析,并就非全相保護在運行操作中的一些問題進行探討。

[關鍵詞]高壓斷路器非全相保護運行分析

中圖分類號:TM8文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210028-01

一、前言

在鹽城地區220kV及以上電壓等級的電網中,普遍采用分相操作的斷路器,由于設備質量和操作等原因,運行中可能出現三相斷路器動作不一致的異常狀態,如何消除這種異常狀態,存在不同認識,各系統也有不同做法。以下就是我根據工作實際,并就電力系統和斷路器保護的實際運行情況,就裝設高壓斷路器非全相保護的必要性及現狀進行闡述,并對本地區高壓斷路器非全相保護運行中的一些現實問題進行分析。

裝設非全相保護的必要性:高壓斷路器在運行當中,由于各式各樣的問題,高壓斷路器三相可能只斷開一相或兩相,從而造成高壓斷路器非全相運行。如果高壓斷路器采用單重或綜重方式,就在重合閘等待重合閘的時候,電力系統也要處于非全相運行的狀態。另外,電力系統非全相運行的時間還受到以下原因的限制:

1.電能質量的要求。當電力系統處于非全相運行狀態時,系統中將出現負序、零序等分量,這些負序、零序對電氣設備會產生一定危害。

2.保護裝置配合的要求。電力系統在波動當中會出現負序、零序等分量,這些負序、零序等分量使得系統中的部分保護可能處于保護啟動狀態。如果線路此時采用單重、綜重等方式時,線路可能會故障跳閘從而造成的非全相運行,如果此時重合閘成功,電力系統很快轉入全相正常運行狀態;如果此時重合于故障狀態時候,這時高壓斷路器就瞬時三相跳閘,并很快的轉入全相運行。

但是,如果因設備本身質量或二次回路等問題造成的,具體原因可能要復雜得多。為此,應該考慮各種各樣的因素,同時要裝設能反映高壓斷路器非全相運行時能及時動作的非全相保護,使得系統盡快處于正常狀態。

二、220kV斷路器三相不一致保護使用現狀

在早期220kV國產斷路器機構內,也有三相不一致回路,由于斷路器輔助接點及相關回路可靠性不高,動作后一般只接信號報警,不直接跳三相斷路器,需變電所值班員進行現場檢查,確認斷路器三相不一致后采取拉停斷路器的方式進行隔離。隨著近期合資斷路器的普遍使用、國產斷路器質量的改進提高,以及微機保護的廣泛使用,220kV斷路器的三相不一致保護目前有使用保護裝置或機構內功能兩種。具體對于線路斷路器、主變斷路器、母聯或分段斷路器,在使用時又有所區別。

1.220kV線路斷路器。220kV線路斷路器普遍采用分相操作機構,目前大多數使用保護屏上操作箱內的三相不一致保護。以CZX-12R斷路器操作箱為例,由操作箱中的斷路器跳閘位置繼電器TWJ、合閘位置繼電器HWJ接點不對應起動,經延時跳閘,這種回路與配置在斷路器機構內的三相不一致保護類似,不加電流判別,比較簡單,也能起到應有的保護作用。但是由于TWJ、HWJ受到斷路器控制電源、儲能介質的完好狀態、分、合閘回路完好性等諸多因素影響,同時為了便于更好地進行專業化管理,目前傾向于使用由斷路器機構內輔助接點構成的三相不一致回路,回路簡圖如下圖1所示。

圖1220kV斷路器機構內三相不一致回路示意圖

2.220kV主變高壓側斷路器的非全相保護。根據電網接地保護的整定配合原則,電網中動作時間最長的接地保護是變壓器的零序電流保護。因為中性點直接接地變壓器實際上是一個零序電源,電源側保護應該安排在最后動作。但是,在運行中如果斷路器一相自動跳閘,或者手動合閘而一相未合上,變壓器為非全相運行狀態,整個電網中出現零序電流,此時應該迅速跳開變壓器的三相斷路器,消除異常狀態。但由于變壓器的零序過流保護的動作時間是按照長于所有相鄰元件的接地保護時間來整定的,如果變壓器的負荷電流較大,將導致相鄰元件的零序電流保護非選擇性跳閘而引起大面積停電。所以在變壓器上裝設動作時間較快的斷路器非全相保護。

3.220kV母聯、分段斷路器。因為專用的母聯或分段斷路器本身,一般不配置反應短路故障的繼電保護。當母聯或分段斷路器因故出現非全相運行狀態時,也會造成相鄰各元件的接地保護誤動的嚴重后果。所以母聯或分段開關也應裝設專用的斷路器非全相保護。使用分相操作機構的母聯或分段斷路器,除機構內的三相不一致保護外,一般還外加三相不一致保護。

三、近期行業內關于斷路器三相不一致保護的新要求

《國家電網公司十八項電網重大反事故措施(2005年)》中指出:“斷路器三相位置不一致保護應采用斷路器本體三相位置不一致保護”。《繼電保護和安全自動裝置技術規程GB/T14285-2006》也要求:“對220kV～500kV斷路器三相不一致,應盡量采用斷路器本體的三相不一致保護,而不再另外設置三相不一致保護”;“三相不一致保護動作時間應為0.5～4.0秒可調,以躲開單相重合閘動作周期”。按照上述精神,部分220kV斷路器尚不完全滿足,一些早年投運的線路斷路器仍使用保護裝置內的三相不一致保護。最近新投運的線路斷路器三相不一致保護均開始采用本體機構內輔助接點構成的三相不一致回路,不經電流判別,延時跳開三相。對于老舊斷路器,具備條件的將進行改造,加裝本體機構三相不一致保護;不具備回路改造條件的,暫時繼續運行,結合技改工程,盡快進行斷路器更換工作,以滿足反措和技術規程要求。

四、斷路器三相不一致保護的運行問題

在有旁路母線的220kV系統,當主變斷路器旁路代供時,保護裝置內三相不一致保護的相關回路應進行切換或投退操作,以滿足正常運行要求。對于國電南自PST-1200主變保護,在兩套后備保護中均有三相不一致保護,一般第一套用斷路器獨立TA電流,第二套用主變套管TA電流。在旁代操作時,應將第一套三相不一致保護的交流電流切換至旁路斷路器TA,并將兩套三相不一致保護的斷路器位置接點、跳閘出口均切換至旁路斷路器。對于南瑞繼保RCS-978主變保護,只在RCS-974中配置一套三相不一致保護,其電流判別元件可以取自斷路器獨立TA、或主變套管TA。旁代時應將斷路器位置接點、跳閘出口回路均切換至旁路斷路器,若取用斷路器獨立TA,還應將交流電流回路切換旁路斷路器TA。但是在現場運行中,經常發現上述回路設計不完備,最常見的是旁路斷路器的位置接點未接入三相不一致保護裝置,致使旁代時無法啟用保護。

五、結語

總之,電力系統非全相狀態原因是很復雜的,部分保護要采取一些技術措施,從而能夠保證開關保護能夠正確動作,非全相保護雖然不是高壓斷路器的主保護,但非全相保護在高壓斷路器運行當中起到非常重要的作用。