斷路器機(jī)構(gòu)與自適應(yīng)重合閘的配合

郭又華，趙 俊，朱 雨

(1.四川省電力公司超(特)高壓運(yùn)行檢修公司，四川 成都 610041;2.成都電業(yè)局繼電保護(hù)所，四川 成都 610021)

0 引言

大容量機(jī)組或電廠由于種種原因通常位于遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的地方，這就需要將產(chǎn)生的大量電能進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，并且要求很高的輸電電壓［1］。部分地區(qū)為了緩解輸送容量增加和輸電線路通道資源減少的矛盾，同時(shí)控制建設(shè)成本，逐漸較多地使用500 kV同塔雙回輸電線路。500 kV同塔雙回輸電線路斷面潮流大，需要采取多種措施以提高電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行水平。就繼電保護(hù)而言，目前同塔雙回輸電線路多采用自適應(yīng)重合閘技術(shù)，以提高重合閘成功率，尤其是減小同塔雙回輸電線路跨線故障以及相間故障對(duì)系統(tǒng)的影響。從國(guó)內(nèi)外的研究情況來(lái)看，已經(jīng)基本解決了斷路器機(jī)構(gòu)與常規(guī)重合閘的配合問(wèn)題［2，3］。而隨著自適應(yīng)重合閘技術(shù)的廣泛推廣應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有斷路器二次回路與自適應(yīng)重合閘配合不當(dāng)發(fā)生重合閘誤動(dòng)的行為發(fā)生，因此斷路器機(jī)構(gòu)如何與自適應(yīng)重合閘邏輯配合應(yīng)引起關(guān)注。

某變電站500 kV一次設(shè)備為HGIS配電裝置，采用液壓機(jī)構(gòu)斷路器。因多回出線為同塔雙回線路，根據(jù)同塔雙回輸電線使用自適應(yīng)重合閘的要求，配置了南京南瑞繼保公司的RCS-931E線路保護(hù)、RCS-921C斷路器保護(hù)以及CZX-22R型操作箱。

在變電站工程驗(yàn)收調(diào)試中發(fā)現(xiàn)500 kV斷路器液壓機(jī)構(gòu)與自適應(yīng)重合閘配合不當(dāng)，導(dǎo)致一些情況下斷路器不能按自適應(yīng)重合閘的邏輯正確動(dòng)作。下面就該問(wèn)題產(chǎn)生的原因做一下分析，并提出解決方案，該方案的可行性在變電站得以驗(yàn)證。

1 自適應(yīng)重合閘的基本策略

自適應(yīng)重合閘邏輯位于線路保護(hù)RCS-931E中，因此斷路器與自適應(yīng)重合閘配合更多地是跟RCS-931E線路保護(hù)配合。

當(dāng)RCS-931E保護(hù)定值中控制字“投自適應(yīng)重合閘”投入，RCS-921C保護(hù)定值中控制字“投自適應(yīng)重合閘”投入且RCS-921C保護(hù)屏“投自適應(yīng)重合閘”壓板投入時(shí)，重合閘方式為自適應(yīng)重合閘方式。RCS-931E實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)重合閘的全部邏輯，RCS-921C負(fù)責(zé)接受到來(lái)自RCS-931E的分相合閘命令后，僅完成重合閘出口功能。當(dāng)RCS-931E出現(xiàn)通道異常、TV斷線等情況時(shí)，RCS-931E線路保護(hù)自動(dòng)轉(zhuǎn)為常規(guī)重合閘方式。RCS-931E常規(guī)重合閘方式可整定為單相重合閘或三相重合閘，此時(shí)RCS-921C并不受其影響，仍接受RCS-931E合閘命令且僅完成重合閘出口功能。

若將RCS-921C的“投自適應(yīng)重合閘壓板”退出，或者雖重合閘方式為自適應(yīng)重合閘，但發(fā)生開(kāi)關(guān)偷跳，以及3/2斷路器接線中發(fā)生非同塔雙回線跳閘時(shí)，RCS-921C轉(zhuǎn)入預(yù)先設(shè)定的常規(guī)重合閘方式［4］，不再等待RCS-931E發(fā)出的合閘命令。常規(guī)重合閘方式并不是這里討論的范圍，但必須指出即便RCS-931E與RCS-921C都轉(zhuǎn)入常規(guī)重合閘方式時(shí)，二者能互相配合，不會(huì)發(fā)生二次重合問(wèn)題。

簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，自適應(yīng)重合閘就是要實(shí)現(xiàn)分相結(jié)合無(wú)嚴(yán)重故障順序重合。無(wú)嚴(yán)重故障重合是指判別是否發(fā)生了出口附近永久性故障，如果是出口附近的嚴(yán)重故障，則采取遠(yuǎn)故障側(cè)先重合，重合于故障對(duì)側(cè)三跳，本側(cè)不再重合，若重合成功本側(cè)接著重合，避免了重合于出口單相故障對(duì)系統(tǒng)的沖擊。分相順序重合是指兩回線同時(shí)只有一相重合，如果有多相需要重合，則按一定順序分別重合，避免了重合于多相永久故障給系統(tǒng)帶來(lái)的沖擊。當(dāng)發(fā)生同塔雙回輸電線相間非嚴(yán)重故障，若雙回線各自的健全相仍能構(gòu)成準(zhǔn)三相運(yùn)行，則線路相間故障不必跳該線路三相斷路器，應(yīng)允許重合以保持功率的連續(xù)性，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。分相順序重合具體如下［5］。

1)如果同塔雙回輸電線有同名相故障，同名相優(yōu)先重合且可以同時(shí)重合，盡快恢復(fù)缺相相的運(yùn)行;

2)如果同塔雙回輸電線無(wú)同名相故障時(shí)，按兩回線超前相優(yōu)先重合閘。

顯然分相順序重合要求相間非嚴(yán)重故障時(shí)超前相重合成功后滯后相能夠繼續(xù)重合。斷路器機(jī)構(gòu)和二次回路必須能夠滿足分相順序重合這一要求。

2 斷路器合閘低油壓閉鎖回路及合閘回路

斷路器合閘低油壓閉鎖回路示意圖如圖1所示。斷路器機(jī)構(gòu)三相儲(chǔ)能正常時(shí)，斷路器各相儲(chǔ)能電機(jī)行程開(kāi)關(guān)到位，各相斷路器儲(chǔ)能電機(jī)行程開(kāi)關(guān)合閘低油壓閉鎖接點(diǎn)S1都處于閉合狀態(tài)，斷路器合閘低油壓閉鎖中間繼電器HYJ承受電壓動(dòng)作。

圖1 斷路器合閘低油壓閉鎖回路示意圖

斷路器合閘回路示意圖如圖2所示。斷路器合閘低油壓閉鎖接點(diǎn)HYJ串聯(lián)在A、B、C三相合閘回路中。當(dāng)合閘儲(chǔ)能到位時(shí)，串接在圖2合閘回路中的HYJ接點(diǎn)閉合，故電能夠到達(dá)合閘線圈。若此時(shí)斷路器處于跳閘位置，斷路器三相均儲(chǔ)能到位，斷路器允許合閘。當(dāng)斷路器A、B、C三相中任意一相合閘壓力降低到需要閉鎖合閘時(shí)，該相斷路器儲(chǔ)能電機(jī)行程開(kāi)關(guān)合閘低油壓閉鎖接點(diǎn)S1斷開(kāi)，導(dǎo)致HYJ繼電器失電，HYJ接點(diǎn)返回，斷路器三相合閘回路都被斷開(kāi)，此時(shí)斷路器三相均不允許合閘。

根據(jù)以上分析，該站500 kV斷路器為任一相斷路器合閘壓力降低同時(shí)閉鎖斷路器三相合閘回路設(shè)計(jì)。

圖2 斷路器合閘回路示意圖

3 斷路器機(jī)構(gòu)與自適應(yīng)重合閘的配合

3.1 斷路器誤動(dòng)行為

同塔雙回輸電線之間發(fā)生跨線單相故障時(shí)，例如Ⅰ線A相對(duì)Ⅱ線B相短路，超前相為Ⅰ線A相，按照分相順序重合的要求，Ⅰ線A相先合，Ⅱ線B相后合。同塔雙回輸電線之中某一回線發(fā)生單相短路或雙回線之間發(fā)生上述跨線單相短路時(shí)斷路器都能夠正確動(dòng)作重合。

同塔雙回輸電線之中某一回線發(fā)生相間短路，該線故障相之超前相重合成功后，滯后相重合閘出口但開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，造成滯后相斷路器重合失敗，斷路器機(jī)構(gòu)非全相繼電器動(dòng)作跳開(kāi)該線斷路器三相。

同塔雙回輸電線發(fā)生跨線的相間短路時(shí)，例如Ⅰ線A相對(duì)Ⅱ線BC相短路，按照分相順序重合的要求，超前相為Ⅰ線A相，Ⅰ線A相先合，然后再合Ⅱ線B相，B相重合成功最后合C相。試驗(yàn)結(jié)果為Ⅰ線A相重合成功，接著Ⅱ線B相重合成功，C相斷路器拒動(dòng)，最后Ⅱ線斷路器機(jī)構(gòu)非全相繼電器動(dòng)作跳開(kāi)Ⅱ線三相斷路器。如果跨線相間短路包含同名相，例如Ⅰ線AB相對(duì)Ⅱ線AC相短路，按照分相順序重合的要求兩條線路應(yīng)同時(shí)先合同名相A相，B相合閘成功后再由Ⅰ線合B相，最后Ⅱ線再合C相。動(dòng)作結(jié)果為Ⅰ線、Ⅱ線各自A相重合成功后Ⅰ線B相斷路器、Ⅱ線C相斷路器分別拒動(dòng)，各自斷路器機(jī)構(gòu)非全相繼電器動(dòng)作跳開(kāi)雙回線六相斷路器。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只要某線路發(fā)生相間短路，其滯后相斷路器必然拒動(dòng)，分析原因認(rèn)為這都與斷路器機(jī)構(gòu)合閘回路和合閘低油壓閉鎖回路有關(guān)。

3.2 斷路器誤動(dòng)原因分析

該站斷路器為油壓機(jī)構(gòu)，開(kāi)關(guān)跳、合閘都要釋能。當(dāng)故障超前相斷路器重合閘動(dòng)作出口后，該相儲(chǔ)能釋放，合閘儲(chǔ)能不到位，該相儲(chǔ)能電機(jī)行程開(kāi)關(guān)低油壓閉鎖接點(diǎn)S1打開(kāi)，合閘低油壓閉鎖中間繼電器HYJ返回，斷路器合閘回路中的HYJ接點(diǎn)因此斷開(kāi)，導(dǎo)致三相合閘回路不通。由圖1可見(jiàn)，合閘回路斷開(kāi)后，三相跳閘位置繼電器返回，但這并非重合閘立即放電的充要條件，重合閘繼續(xù)動(dòng)作合滯后相。由于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)打壓對(duì)超前相重新儲(chǔ)滿能需要一定時(shí)間，在此期間斷路器合閘回路一直不通，斷路器不能動(dòng)作。同樣由于合閘回路被斷開(kāi)，跳閘位置繼電器返回，雖然故障超前相已經(jīng)重合成功，斷路器此時(shí)處于非全相狀態(tài)，但 TWJa=0、TWJb=0、TWJc=0、RCS-921C 認(rèn)為斷路器三相都處于合位，當(dāng)非全相整定時(shí)間到達(dá)時(shí)，機(jī)構(gòu)非全相繼電器動(dòng)作跳開(kāi)三相斷路器而不是RCS-921C非全相保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)該斷路器。這就是為什么單相短路或雙回線跨線單相短路情況下斷路器能夠正確重合，而只要發(fā)生相間短路，相間短路線路之滯后相斷路器必然拒動(dòng)，最終由發(fā)生相間短路的線路機(jī)構(gòu)非全相繼電器動(dòng)作跳開(kāi)其三相斷路器的原因。

對(duì)常規(guī)重合閘而言，如果投入單相重合閘，當(dāng)發(fā)生相間短路時(shí)，保護(hù)三跳不重，如果投入三相重合閘，任何短路故障保護(hù)裝置都三跳三重，重合閘動(dòng)作后斷路器合閘壓力降低對(duì)線路保護(hù)與斷路器機(jī)構(gòu)二者之間的配合并無(wú)影響。

3.3 解決方案

解決該斷路器機(jī)構(gòu)與RCS-931E自適應(yīng)重合閘的配合問(wèn)題，需將斷路器機(jī)構(gòu)合閘低油壓閉鎖回路由一相合閘壓力降低閉鎖三相合閘回路更改為分相閉鎖回路。如圖3，各相新增一電壓型繼電器HYJa、HYJb、HYJc，串接于各自的儲(chǔ)能電機(jī)行程開(kāi)關(guān)合閘低油壓閉鎖接點(diǎn)S1A、S1B、S1C中，然后將各相低油壓閉鎖中間繼電器接點(diǎn)HYJa、HYJb、HYJc分別串接于各相合閘回路，如圖4所示。這樣當(dāng)超前相重合閘動(dòng)作后，該相斷路器合閘低油壓發(fā)生，但只斷開(kāi)本相合閘回路，不影響滯后相繼續(xù)重合，實(shí)現(xiàn)斷路器與自適應(yīng)重合閘的正確配合。

圖3 斷路器分相合閘低油壓閉鎖回路示意圖

圖4 改進(jìn)的斷路器合閘回路示意圖

4 結(jié)論

推廣使用同塔雙回輸電線自適應(yīng)重合閘，最大限度地維持了故障期間系統(tǒng)間的聯(lián)系，在避免了對(duì)系統(tǒng)嚴(yán)重沖擊的前提下，大大增加了重合的機(jī)會(huì)和重合成功率，從穩(wěn)定的角度使雙回線的輸送能力進(jìn)一步提高，帶來(lái)了直接的經(jīng)濟(jì)效益。斷路器機(jī)構(gòu)有彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)等，每種機(jī)構(gòu)在儲(chǔ)能和釋能的特性上可能有所不同。如果把斷路器跳閘、重合閘、再加速跳閘稱(chēng)為斷路器的一個(gè)工作循環(huán)，有些機(jī)構(gòu)儲(chǔ)滿只能滿足一個(gè)工作循環(huán)，有些機(jī)構(gòu)卻能滿足一個(gè)以上的工作循環(huán)。另外，不同斷路器二次回路也有一些差別。因此在斷路器機(jī)構(gòu)與自適應(yīng)重合閘配合方面，就要針對(duì)不同斷路器的實(shí)際情況具體分析，不能照搬常規(guī)重合閘的經(jīng)驗(yàn)。前面針對(duì)該站斷路器機(jī)構(gòu)與自適應(yīng)重合閘的配合問(wèn)題進(jìn)行了分析，指出了該斷路器不能正確重合閘的原因并提出了解決方案，能較有效地避免同塔雙回輸電線自適應(yīng)重合閘誤動(dòng)作對(duì)電網(wǎng)造成的危害。

［1］Rakosh Das Begamudre.超高壓交流輸電工程［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］杜書(shū)平，吳俊芳，趙敏，等.SF6彈簧操作機(jī)構(gòu)斷路器與重合閘配合問(wèn)題的淺析［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(19):122-123.

［3］張赟，張斌，吳祖升.淺析110 kV線路保護(hù)與SF6斷路器配合時(shí)的重合閘問(wèn)題［J］.繼電器，2007，35(20):77-78.

［4］RCS-921C型斷路器失靈保護(hù)及自動(dòng)重合閘裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū).

［5］RCS-931E型超高壓線路成套保護(hù)裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū).