儲能電機時間繼電器對重合閘的影響

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(國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

0 引 言

隨著經濟的快速發展和精益化轉型，對電力需求越來越大，對供電可靠性和穩定性要求越來越高，以500 kV為骨干網架的輸電系統正在逐步完善。據統計，90%的線路故障均為雷擊、鳥害引起的瞬時故障，單相重合閘成功概率可達到80%，大大提高了供電可靠性[1]。但若重合于線路永久故障，將使斷路器再一次開斷短路電流，嚴重惡化斷路器工作環境。當出現手動跳閘、TJR繼電器動作或者儲能壓力低等情況時，需閉鎖重合閘。基于500 kV線路斷路器重合閘單跳單重試驗時液壓斷路器壓力低閉鎖重合閘，深入分析儲能電機時間繼電器對重合閘的影響。

1 重合閘充放電和啟動方式

500 kV系統斷路器一般采用單相重合閘，充電時間整定為15 s：即單相故障，斷路器單相跳閘，重合單相，重合不成功跳三相不再重合；相間故障，斷路器三相跳閘，不重合。

1.1 重合閘充放電條件

為優化斷路器的工作條件，避免不必要的重合給系統帶來再次沖擊，當滿足閉鎖條件時，重合閘裝置需放電閉鎖。重合閘放電條件列舉如下(或門條件)[2]：①重合閘起動前壓力不足，經延時400 ms后“放電”；②重合閘方式在退出位置，或者重合閘投入控制字置“0”時“放電”；③單重位置，如果三相跳閘位置均動作或收到三跳命令或本保護裝置三跳，則重合閘“放電”；④收到外部閉鎖重合閘信號時立即“放電”；⑤合閘脈沖發出的同時“放電”；⑥失靈保護、死區保護、不一致保護、充電保護動作時立即“放電”；⑦收到外部發變三跳信號時立即“放電”；⑧對于后合重合閘，當單重或三重時間已到，但后合重合延時未到，這之間如再收到線路保護的跳閘信號，立即放電不重合。這可以確保先合斷路器合于故障時，后合斷路器不再重合。

為避免多次重合, 必須在“充電”準備完成后才能起動合閘回路。重合閘充電條件(與門條件):①跳閘位置繼電器TWJ不動作或線路有電流；②保護未起動；③不滿足重合閘放電條件。

1.2 重合閘啟動方式

重合閘一般有兩種啟動方式[3]：位置不對應啟動和保護啟動。絕大多數情況下，都是先由保護動作發出過跳閘命令后，才需要重合閘發合閘命令，因此重合閘可由保護啟動。當保護裝置發出單相跳閘命令且檢查到該相線路無電流時啟動重合閘，這種方式叫做保護啟動重合閘。由保護啟動重合閘的方式在開關偷跳時無法啟動重合閘。設置不對應啟動重合閘，用于糾正斷路器偷跳行為，即跳閘位置繼電器動作(TWJ=1)，證明斷路器處于斷開位置，而控制開關在合閘后位置，說明開關原來處于合閘位置，這兩個位置不對應，啟動重合閘的方式叫做“不對應啟動重合閘”。

線路單相故障，保護選相動作后跳開故障相斷路器，此時斷路器保護收到線路保護單相跳閘開入，若無閉鎖條件，則應啟動斷路器重合閘。斷路器分、合閘均依靠儲能碟簧實現(以液壓彈簧操作機構為例)。當液壓壓力降低到打壓值時，接通電機打壓，高壓油通過儲能活塞推動碟簧儲能。如果在斷路器分合閘過程中出現慢分、慢合，電弧不易熄滅，可能引發斷路器滅弧室爆炸，損壞設備甚至影響系統穩定性，所以當液壓壓力不足時，需依次閉鎖重合閘、合閘和分閘，嚴禁斷路器在儲能不足的情況下分合閘操作。

2 電機儲能時間繼電器對重合閘的影響

2.1 問題描述

在對500 kV線路帶開關的年檢試驗中做斷路器重合閘單跳單重試驗時，發現重合閘正確動作，但經15 s充電時間后，斷路器保護屏上的充電燈未亮，開入量檢查時發現壓力低閉鎖重合閘開入為1(線路保護雙套配置均為CSC-103E和CSC-125A組屏；斷路器保護為WDLK-862G；斷路器為西安西電開關電氣有限公司的液壓儲能彈簧操作機構產品，型號為：LW13A-550/Y。所有試驗量均正確)。經現場檢查，外部二次回路接線完全正確，SF6氣體壓力在正常范圍內。在斷路器機構彈簧觀察窗處發現，彈簧位置處于儲能與未儲能之間，就地匯控柜上，“A相電機過流、過時”告警光字牌亮，按下控制面板的RESET鍵后，電機開始打壓至完成儲能，就地匯控柜上“A相電機過流、過時”告警光字牌滅，斷路器保護屏上重合閘充電燈亮，壓力低閉鎖重合閘開入為0，恢復正常運行。

2.2 壓力低閉鎖重合閘

液壓儲能彈簧操作機構斷路器，當液壓壓力降低到44.7 MPa時，儲能限位結點33 hb常開觸點閉合接通電機回路打壓儲能，當液壓壓力升高到52.9 MPa時，儲能限位結點33 hb斷開，切斷電機回路，停止打壓；當液壓壓力降低到44.4 MPa時，壓力低閉鎖重合閘(OCO)；當液壓壓力降低到40.8 MPa時，閉鎖斷路器合閘回路(CO)；當液壓壓力降低到38.1 MPa時，閉鎖分閘回路(OC)[6]。

WDLK-862G斷路器保護裝置操作箱設置壓力低閉鎖重合閘繼電器21YJJ，與斷路器三相液壓壓力低閉鎖重合閘OCO結點串聯在回路中(如圖1所示)[4-5]。斷路器液壓壓力在正常范圍內時，三相OCO動斷觸點閉合，21YJJ勵磁；當斷路器任一相液壓壓力降低到閉鎖重合閘值時，其OCO動斷觸點打開，切斷電源使21YJJ繼電器失磁，其動斷觸點經光耦引入斷路器保護裝置，使壓力低閉鎖重合閘開入量為1，重合閘裝置放電，充電燈熄滅。

圖1 壓力低閉鎖重合閘回路

2.3 問題分析

根據斷路器保護壓力低閉鎖重合閘開入為1，可知斷路器液壓機構儲能未完成，其壓力低閉鎖重合閘OCO常閉結點斷開致21YJJ繼電器失磁閉鎖重合閘，即壓力低閉鎖重合閘開入為1導致斷路器保護屏充電燈在達到充電時間后仍然不亮。

接下來需分析斷路器未完成儲能的原因。就地匯控柜告警面板上“A相電機過流、過時”告警燈亮，查閱西安開關廠的斷路器就地告警回路圖紙，就地匯控柜“A相電機過流、過時”告警燈回路由49MAX繼電器的43、44常開觸點接通。由圖2電機保護回路可知，49MAX由電機打壓時間繼電器48T的67、68延時閉合觸點和電機過流保護繼電器(電機熱繼電器)49MA的97、98觸點并聯接通[6]，并經自身13、14常開觸點實現自保持，所以當發生電機過流、打壓超時后，需手動復歸電機才能繼續完成打壓儲能。經以上分析可判斷，電機時間繼電器48T或熱繼電器49MA動作致49MAX繼電器勵磁，接通了告警回路，并在儲能完成之前切斷了電機回路，引發壓力低閉鎖重合閘事故。

最后需判斷48T和49MA的動作情況，并分析其動作原因。由圖3電機控制回路和圖4電機回路可知，當機構液壓壓力降低到打壓定值(44.9MPa)時，儲能限位結點33hb觸點閉合，給繼電器88MA勵磁，同時儲能電機打壓時間繼電器48T開始計時。88MA繼電器勵磁后，其動合觸點1、2和3、4接通儲能電機電源回路，電機運轉進行打壓儲能，當儲能完成后(液壓壓力上升到52.9 MPa)，33hb觸點返回，切斷電機控制回路，88MA繼電器失磁，其動斷觸點斷開切斷電機回路，電機停止打壓且時間繼電器48T計時自動清零。如果電機打壓超時或者電機過流，48T的67、68延時閉合觸點和電機過流保護繼電器49MA的97、98觸點并聯后，給49MAX繼電器勵磁，其32、33動斷觸點打開，切斷電機控制回路，繼電器88MA失磁，其動合觸點斷開切斷電機回路，實現了對電動機的保護。

圖2 電機保護回路

圖3 電機控制回路

經現場檢查，發現電機熱繼電器49MA未動作，時間繼電器48T為機械撥輪式設定，無任何外觀異常，時間整定在30 s，與定值相符，最大可整定時間為150 s。保護人員隨即對時間繼電器48T的延時閉合觸點做測試校驗，發現其實際時間延時只有7 s左右，與整定時間刻度不符，存在滑絲。這就意味著，電機打壓儲能還未完成，而時間繼電器48T的67、68延時閉合結點經7 s延時后就閉合了，致使繼電器49MAX勵磁，提前切斷了儲能電機回路，造成斷路器液壓壓力不足，機構壓力低閉鎖重合閘OCO常閉觸點斷開，使21YJJ失磁，其常閉觸點經光耦開入斷路器保護致“壓力低閉鎖重合閘”開入為1，重合閘裝置放電閉鎖，即使經過15 s重合閘充電時間，保護屏上重合閘充電燈仍然熄滅。更換合格繼電器后，恢復正常。

圖4 電機回路

3 結論和改進

綜上所述，由于電機打壓時間繼電器48T滑絲故障，導致提前切斷了電機回路，造成了壓力低閉鎖重合閘的開入和重合閘充電燈熄滅。電機打壓和重合閘存在時間配合關系。如果達到重合閘充電時間，電機仍未完成儲能，或者時間繼電器動作切斷電機回路，則會使壓力低閉鎖重合閘一直開入，此時如果線路單相故障，將導致三相跳閘不重合，嚴重影響供電可靠性。電機時間繼電器整定時間應大于重合閘15 s充電時間，以保證電機完成儲能。

此類機械撥輪式時間繼電器滑絲故障，無明顯外觀異常，即使發生了設備異常故障，也難以在設備巡視時及時發現，造成較大隱患。現階段變電運維管理思想，往往只關注斷路器、避雷器等大型一次設備的SF6壓力、動作次數、泄漏電流等數值的抄錄和變化，通常易忽視如時間繼電器等小部件二次數值類繼電器的校驗測試及檢查、對比分析。且此類小部件繼電器故障較為少見，安裝位置較為隱蔽，更難以引起運維人員注意和重視。

針對此類故障引發的嚴重后果和現階段運維管理思想的制約，提出以下幾點改進措施。①完善變電站基礎資料原始值的存檔，定期抄錄數值類繼電器數值，認真開展“日對比、周分析、月總結”工作；②強化小部件繼電器的巡視運維和定期校驗工作，引起足夠思想重視，對隱患缺陷早發現早處理。只有運維好所有一、二次設備，將運維盲區風險降低到最小，才能真正掌控系統安全；③強化繼電器備品備件管理，便于出現事故時及時搶修，縮短故障時間；④強化設備驗收監管，提高產品質量或者改善設備原理，將機械撥輪式繼電器改為數控式繼電器，更為可靠；⑤改善繼電器的安裝位置，安裝在便于觀察且不易受到外部損壞干擾的位置。

[1] 國家電力調度通信中心.國家電網公司繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009：310.

[2] RCS-921C 型斷路器失靈保護及自動重合閘裝置技術說明書[Z]．

[3] 國家電網公司人力資源部.生產技能人員職業能力培訓通用教材二次回路[M]. 北京：中國電力出版社，2010：118.

[4] CSC-103E數字式超高壓線路保護裝置說明書[Z].

[5] WDLK-862G微機斷路器保護裝置技術說明書[Z].

[6] 西安西電開關電氣有限公司550 kV HGIS原理接線圖[Z].