短引線保護運行風險分析及改進措施

楊黎明，肖駿逸，田 福，李學智

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發電廠，湖北 宜昌443133）

0 引言

短引線是指發電廠或變電站主接線3/2、4/3及角形接線方式中，由兩開關之間開關所屬刀閘至進出線刀閘或基建預留接引點之間的引線。在有短引線的開關間隔，雙重化配置短引線保護[1～3]。主接線為正常方式運行時，短引線保護退出運行，由線路保護或短線差動保護、發電機變壓器保護為開關間的短引線提供相應保護；在進出線設備停運或基建預留接引點空置而開關繼續（合串）運行時，短引線保護是開關間的短引線的主保護[4]。確保短引線保護動作的可靠性和準確性在實際運用中具有重要意義，但短引線保護的投退方式可能導致短引線保護無法可靠、正確動作。下面以某公司應用較廣泛的一種數字式短引線保護裝置為例，分析短引線保護裝置設計、操作中存在的問題，并研究改進措施。

1 短引線保護邏輯分析

該種數字式短引線保護裝置采用兩側電流比率差動方式，通過引入主接線中短引線兩側開關CT的電流，保護開關間短引線區域，也可兼用作線路的充電保護，CT配置圖見圖1。

圖1 RCS-922 A保護裝置CT配置圖

其動作方程為：

當Icd＞1.3IN時，若短引線保護動作，立即出口；當Icd＞1.3IN時，若短引線保護動作，延時20 ms出口。

主接線為正常方式運行時，電流較小的情況下即可滿足式（1），此時短引線保護應退出運行，否則會跳閘開關引起線路或機組跳閘。

圖2為RCS-922 A工作邏輯方框圖，其中IcdA、IcdB、IcdC分別為 A、B、C 三相的和電流；IzdA、IzdB、IzdC分別為A、B、C三相的制動電流；IMAX為A、B、C三相和電流中的最大和電流值。

圖2 RCS-922 A工作邏輯方框圖

從圖2可以看出，短引線保護投入狀態邏輯為：

（1）差動投入控制字置1；

（2）保護投入壓板投入或隔離刀閘分閘（刀閘輔助接點分位）；

（3）保護出口壓板投入。

以下幾條任一條滿足，短引線保護即為退出狀態：

（1）差動投入控制字置0；

（2）保護投入壓板退出且隔離刀閘合閘（刀閘輔助接點合位）；

（3）保護出口壓板退出。

其中，條件1差動投入控制字一般由繼保工作人員在設備調試或檢修時整定；條件2、3一般由運維人員在一次設備狀態轉變時操作或自動觸發。

2 短引線保護投退操作方式分析

短引線保護裝置正常情況下，差動投入控制字一般整定為1。短引線保護功能既可通過隔離刀閘位置信號自動觸發投退，也可通過投入短引線保護投入壓板投入[5-7]。據了解，為提高自動化水平，減少人員操作勞動，許多廠站采用保持短引線保護出口壓板投入狀態，而依靠隔離刀閘位置接點實現自動投退短引線保護的操作方式。但是這種單一判據并不完全可靠，對設備的保護依賴設備自身的可靠性，有較大的風險[8-10]。

（1）送入短引線保護裝置的隔離刀閘位置反饋狀態發生故障，短引線保護將會發生誤投或誤退，引發事故。主接線正常運行時誤投短引線保護將會導致保護動作出口，引起線路或機組跳閘，影響系統的穩定。當進（出）線停運而開關合串運行時，誤退時將會導致短引線在無主保護的情況下運行，一旦設備有接地或短路，故障長時間不能被切除，引發事故擴大。

（2）隔離刀閘送入計算監控系統的位置反饋回路和送入短引線保護裝置的位置反饋回路并不是同一個回路，容易誤導運維人員做出錯誤判斷。可能出現電站計算機監控系統中隔離刀閘是分位，而短引線保護裝置中收到的隔離刀閘是合位的現象，對運維人員具有一定的迷惑性[11]。

（3）隔離刀閘分合閘位置狀態觸發短引線保護投退時，即短引線保護功能投退狀態轉變時，既不會在裝置面板上顯示報警信號，也不向計算機監控系統發送信號，十分不利于無人值守、少人值守廠站對短引線保護狀態的監視和掌握。

（4）隔離刀閘的操動機構一般三相共用一個操動電機，通過連桿帶動三相分、合。保護、監控中的二次狀態接點極少判斷全部三相位置。當某相或兩相觸頭與操動連桿松脫時，將導致隔離刀閘實際三相不一致或操作不到位，但二次狀態卻無法完全反映。對裝有線路刀閘的線路，線路停運、開關合串運行時，為避免線路保護誤跳線路兩側開關，應退出該線路的線路保護和遠方跳閘及就地判別裝置。該情況下開關轉合串運行，若隔離刀閘有故障，短引線保護又未能可靠投入，將造成某相帶地刀送電卻無保護快速跳閘切除故障的嚴重事故。

3 一起短引線保護未正確投入導致事故案例

某火電廠500 kV一次系統主接線采用3/2接線方式，發變組直接與進線相連接，不設發電機出口開關GCB和發變組出口開關GCB。2018年11月一臺機組停運檢修，拉開進線隔離刀閘，進線隔離刀閘一次觸頭并未被完全拉開，但隔離刀閘實際分位信號卻已反饋。導致后續進行將500 kV系統對應的串內邊、中開關合環運行操作時，引起進線隔離刀閘斷口拉弧，造成發電機反送電。由于該進線隔離刀閘位置接點故障，短引線保護被誤退出，短引線區域失去主保護，故障長時間不能切除，導致發電機燒毀、氫氣泄漏發生爆炸、廠房被爆炸損壞、GIS開關燒毀、多處電纜燒毀、多處設備失去控制、全廠失電的重大事故。

事故的直接原因是進線隔離刀閘故障，一次觸頭并未被完全拉開，主接線轉合串運行時向1號機組反送電，間接原因是主接線轉合串運行時，隔離刀閘未觸發短引線保護投入，開關間短引線無保護投運，故障不能快速切除，事故擴大波及整個廠站的一次設備和建筑設施。

4 加強短引線保護可靠性的措施

以上分析及案例說明，僅僅采用刀閘輔助接點觸發短引線保護投退的操作方式會降低短引線保護的可靠性，裝置設計也具有進一步提升完善的地方。

（1）建議在操作短引線保護投退時，短引線保護投入壓板和出口壓板同投同退。當進、出線正常運行時退出短引線保護投入壓板和出口壓板，進、出線停運而串內開關仍需合環運行時，短引線保護投入壓板和出口壓板均投入。

（2）在短引線保護裝置上增加“保護投退狀態”指示報警燈，用更加顯眼、直觀的方式顯示保護狀態，彌補僅有保護裝置面板事件反映的不足。例如在對應的現地保護盤上，短引線保護功能投入時，常亮紅色狀態燈；短引線保護功能退出時，該紅色狀態燈熄滅。

（3）將短引線保護投退的開關量及保護投退事件信號輸出到電廠的計算機監控系統，方便電廠運行人員進行監視，從而多提供一重操作保障。

（4）在短引線保護裝置中同時引入隔離刀閘合閘位置接點與分閘位置接點，其運算結果作為短引線保護投退的依據。改進后的刀閘位置接點與短引線保護投退邏輯如圖3所示。

（5）電廠計算機監控系統中，隔離刀閘的顯示狀態應同時考慮分閘和合閘位置接點的反饋。

（6）改進隔離刀閘設計，能直觀反映刀閘三相實際位置。隔離刀閘、接地刀閘因操動機構故障、三相不一致導致的事故也有數起，有必要研究可反映刀閘三相位置的反饋回路。

圖3 改進后的刀閘位置接點與短引線保護投退邏輯

上述分析和改進措施，使用隔離刀閘觸發保護投退的T區保護[5-7]等類似保護裝置也可參考采用。

5 結論

（1）上述幾種改進措施可有效提高短引線保護的可靠性。

（2）相比修改設備邏輯或增加信號，在投退短引線保護時同投同退短引線保護投入壓板和出口壓板是最經濟安全有效的。