某電廠啟備變失靈保護設計優化

王庭筠

（大唐佛山熱電有限責任公司 廣東省佛山市 528500）

引言

斷路器失靈保護是指故障電氣設備的繼電保護動作發出跳閘命令而斷路器拒動時，利用故障設備的保護動作信息與拒動斷路器的電流信息構成對斷路器失靈的判別，能夠以較短的時限切除同一廠站內其他有關的斷路器，使停電范圍限制在最小，從而保證整個電網的穩定運行，避免造成發電機、變壓器等故障元件的嚴重燒損和電網的崩潰瓦解事故。[1]然而電網系統穩定性對故障極限切除時間的要求已越來越高，斷路器拒動對系統穩定的影響也越來越大[2]。而近年來，由于啟備變斷路器保護失靈而引起的故障事故頻發，對電廠及電網造成了巨大的經濟損失。

1 失靈啟動保護

失靈啟動保護分兩段時限，第一時限采用負序過流元件或零序過流元件，配合斷路器合閘位置觸點，以及有跳該斷路器的保護動作，去解除斷路器失靈保護的復合電壓閉鎖。第二時限采用負序過流元件或零序過流元件或相電流過流元件，配合斷路器合閘位置觸點，以及有跳該斷路器的保護動作，去啟動斷路器失靈保護。

失靈啟動保護邏輯框圖如圖1。

2 啟備變失靈保護設計優化背景

優化改造前某電廠01、02啟動備用變壓器共用一個高壓斷路器間隔，高壓側電源取自220kV母線，低壓側接至#1、#2機組6kV廠用母線，提供機組啟動/備用電源。高壓側中性點直接接地，低壓側中性點經中阻接地。

啟動備用變壓器保護裝置采用某公司生產的CSC-316型微機變壓器保護裝置，按照雙重化配置，兩臺啟備變共配置了3面保護屏，第一面屏為01啟備變保護屏屏內配置了兩套CSC-316BA變壓器保護裝置和一套CSC-336變壓器非電量保護裝置，第二面屏為02啟備變保護屏屏內配置了兩套CSC-316BA變壓器保護裝置和一套CSC-336變壓器非電量保護裝置。第三面屏為01、02啟備變公用的高壓側短引線保護屏屏內配置了兩套CSC-316BD變壓器保護裝置一套FCX-12TJ-1斷路器操作箱和一套YQX-31J電壓切換箱。

圖1 失靈啟動保護判別邏輯框圖

而該電廠的啟備變保護裝置設備運行時間已達10年，元器件老化，部分型號設備已停產，2013年曾因操作箱跳閘出口插件啟動功率低造成開關兩次誤跳閘，嚴重影響設備的穩定運行，存在極大的安全隱患。因此需對啟備變保護裝置進行改造及相關回路的設計優化。

3 設計優化目的

按照現有設計圖紙，#1、2啟備變斷路器失靈保護功能是在啟備變公用柜中的短引線保護裝置中實現的，其中斷路器失靈保護的保護動作開入信號是采用#1啟備變保護柜、#2啟備變保護柜及短引線保護柜共6套裝置的保護動作跳閘開出信號，此設計回路復雜且冗余，為優化回路設計，在本次#1、2啟備變保護升級改造時，對此回路進行優化設計：

（1）短引線保護裝置CSC-316BH中的斷路器失靈保護保護動作開入直接采用操作箱JFZ12TB，并設置保護動作開入啟動失靈信號的投退壓板，如圖2。

圖2

（2）取消所有#1、2啟備變保護裝置、短引線保護裝置原有的保護動作開出啟動失靈的信號及相關屏柜間的電纜線。

4 失靈回路優化方案

4.1 失靈回路優化

4.1.1 失靈保護開入量回路優化

改造前，#1、2啟備變保護裝置及短引線保護裝置電氣量保護動作接點與斷路器常開輔助接點串接后作為啟動失靈的保護動作開入量，此種方式中斷路器失靈保護三個條件中的“斷路器合閘位置”接點使用設計上存在重大隱患，在設計時采用三相斷路器本體輔助接點串接的形式作為斷路器失靈保護的“斷路器合閘位置”開入接點，在保護動作跳本開關存在拒動相（處于非全相狀態）時，失靈保護在滿足電流元件動作、保護動作接點開入的情況下，因此設計無法啟動失靈保護。

改造后，改為采用操作箱永跳啟失靈跳閘出口重動繼電器常開輔助接點作為啟動失靈的保護動作開入量；斷路器常開輔助接點作為啟動失靈的一個邏輯條件，以電氣量保護啟動失靈，非電氣量保護不啟動失靈原則進行優化。

4.1.2 斷路器輔助接點優化

改造前，斷路器輔助接點采用三相常開接點串聯，發生故障時任一相接點異常或非全相運行，斷路器拒動的情況下，不能啟失靈切除故障，會造成設備損壞和事故的進一步擴大，造成不可挽回的經濟損失。

改造后，斷路器輔助接點采用三相常開接點并聯，發生故障時任一相接點異常或非全相運行，斷路器拒動的情況下，可通過失靈保護切除故障，保護設備安全和機組的穩定運行。

4.2 裝置對時方式優化

改造前，裝置采用的脈沖對時，此對時方式需要場總線的通信報文對時和GPS輸出大量脈沖節點信號，而現場總控裝置因使用年限較長，常出現死機現象，導致裝置無法對時，給故障分析帶來的困難。

改造后保護裝置均采用IRIG-B碼對時，這是一種精度很高并且又含有絕對的精確時間信息的對時方式，簡化了回路設計，并能夠可靠地提供精確的時間信息，保證了裝置時間的精確和統一，在發生事故時，才能根據故障錄波數據，以及各開關、斷路器動作的先后順序和準確時間，對事故的原因、過程進行準確分析。

4.3 操作箱出口繼電器

2013年因操作箱跳閘出口繼電器啟動功率低造成開關兩次誤跳閘，嚴重影響設備的穩定運行，存在極大的安全隱患。此次改造，操作箱跳閘出口繼電器啟動功率滿足了大于5W的要求。

5 優化設計改造亮點

（1）失靈回路優化：簡化了失靈回路，同時重新設計了失靈開入判據，提高了設備的可靠性；

（2）解決了操作箱跳閘開入繼電器啟動功率低，抗干擾能力不足，易造成開關誤跳閘問題，提高了設備的可靠性；

（3）改造后保護裝置均采用IRIG-B碼對時，這是一種精度很高并且又含有絕對的精確時間信息的對時方式，解決了脈沖對時需要現場總線的通信報文對時和GPS輸出大量脈沖節點信號，避免了因通信報文異常或脈沖節點信號異常造成裝置無法對時，給故障分析帶來的困難；

（4）操作箱監視回路采用雙直流電源切換后的電源，存在直流系統故障可能引起故障范圍的擴大，本次結合改造完成監視回路優化，直接采用第一組操作電源。

6 優化設計改造成果

6.1 與當前國內外同類技術主要參數、效益、市場競爭力的比較

該廠對運行時間已超過10年的設備及時進行更換，并結合完成了相關回路的設計優化，尤其是失靈回路的優化，避免了因元器件老化、設計不完善造成設備的誤動或者拒動，從而引起一次設備的損壞，造成不可挽回的經濟損失，甚至發生電網事故，造成巨大的社會經濟損失和社會負面影響；現對保護裝置進行更換，更換后保護裝置可靠性更高，運行更穩定，功能更全面，確保了保護的可靠動作，提高了一次設備、電力系統的安全、穩定運行，能可靠、快速切除故障，保證設備的安全，大大地提高了經濟效益。

6.2 社會效益

結合01、02啟備變保護裝置進行改造完成啟備變斷路器失靈保護的優化，提高設備運行的可靠性，及時反應設備不正常運行狀態，發出信號提醒運行人員調整或進行自動調整，將主設備拉回正常運行狀態。或將可能發展成故障的設備及時切除，防止故障范圍擴大，減小設備損壞成度，降低設備維修成本，縮短設備維修工期，以最短的時間將設備投入運行，帶來了非常可觀的經濟及社會效益。

7 應用情況

該電廠01、02啟備變保護裝置改造于2016年1月完成，并投入運行。至今，設備運行良好，提高了廠用電安全、穩定運行。

8 結論

繼電保護系統是防止故障及電力系統危害的第一道防線，是繼電保護是電力系統不可分割的一部分，對保證系統安全、電能質量、防止事故的發生和故障的擴大有著極其重要的作用，為此繼電保護必須滿足“可靠性、選擇性、靈敏性、速動性”四個基本要求，其中“可靠性”要依賴繼電保護裝置本身，不僅與動作原理有關，還與裝置元件的使用壽命、運行環境等相關，一套保護裝置的可靠性是非常重要的，在其保護的范圍內發生故障時，不應因其本身的缺陷而拒絕動作，在任何不屬于它動作的情況下，又不應誤動作。否則不可靠的保護裝置投入使用，本身就能成為擴大事故和直接造成事故的根源。

保護裝置長時間的通電運行，使得其內部元器件會加速老化，縮短了其使用年限，同時老設備的抗干擾能力也相對較差，設備進入了缺陷的高發階段。

在做好設備定檢工作的同時，更應該考慮到設備長期通電運行導致設備元件老化的問題，因此做好電廠繼電保護裝置更換、相關回路的設計優化是保證裝置可靠性的重要因素，是確保電廠安全運行、保證設備安全的必要條件。