500 kV線-變串中斷路器重合閘誤閉鎖分析及優化

鞠翔，黃大彬，李浩

（中國南方電網有限公司超高壓輸電公司昆明局，昆明 650000）

0 前言

據統計，架空輸電線路上有90%的故障是瞬時性故障。使用自動重合閘裝置，對瞬時性的故障可迅速恢復正常運行，提高了供電可靠性，減少了停電損失；對由于繼電保護勿動、工作人員誤碰斷路器的操作機構、斷路器操作機構失靈等原因導致的斷路器的誤跳閘可及時補救，提高了系統并列運行的穩定性[1-3]。

±800 kV普僑直流工程交流場投運后不足兩個月的時間，僑鄉、普洱換流站相繼發生500 kV線-變串中斷路器重合閘燈熄滅，重合閘被閉鎖事件。經過檢查為設計原理上的原因，造成換流變壓器選相合閘裝置投入后誤將中斷路器重合閘裝置閉鎖。后經過重新設計后，消除了此類隱患。

此次故障對工程設計及設備驗收具有參考意義，可避免繼電保護原理性缺陷造成事故。

1 故障情況

某5052斷路器保護裝置充電燈滅。發現5042斷路器保護裝置充電燈滅，報文顯示重合閘已被閉鎖。兩站5042、5052斷路器都為線-變串中斷路器。

經檢查發現：換流變壓器選相分合閘裝置PSD投入時，遠方合閘命令不經過操作箱手合繼電器(1SHJ)而直接接入分相合閘回路，此時合后位置繼電器(HHJ)保持原來的狀態。由于中間斷路器合閘前合后位置繼電器(HHJ)是“分后位置”狀態，所以斷路器保護一直會有“閉鎖重合閘”的開入信號，導致中間斷路器合閘后，斷路器保護裝置充電燈滅，不能實現重合閘功能。

2 傳統重合閘閉鎖回路及分合閘回路

2.1 傳統重合閘閉鎖回路簡析

一般情況下，重合閘閉鎖回路共有6個輔助觸點，如圖1。1TJF、2TJ1兩個常開節點分別對應第一、二組非電量保護動作輔助節點；而1TJR、2TJR兩個常開節點分別對應第一、二組永跳動作輔助節點；1JJ為第一組控制回路斷線輔助接點[4-7]。

需要重點強調的是HHJ，HHJ為合后位置繼電器，是串接在手跳、手合回路中的一個磁保持繼電器（手合勵磁，手跳返回），如圖3和圖4，其作用為：

1）手動跳開斷路器閉鎖重合閘，如圖1；

2）HHJ輔助觸點與跳閘置位繼電器TWJ輔助觸點構成狀態不對應回路，如圖2，當斷路器出現非人為控制的由合位變為跳位時，狀態不對應繼電器提供發事故告警信號的接點及面板告警信號。

圖1 重合閘閉鎖回路

圖2 狀態不對應回路

2.2 傳統分合閘閉鎖回路簡析

遠方合閘命令經斷路器操作箱的啟動手合繼電器(1SHJ)，同時還起動手合后加速繼電器(2SHJ)、合后位置繼電器(HHJ)，使合后位置繼電器(HHJ)處于 “合后置位”狀態，見圖3[7-8]。此時，合后位置繼電器(HHJ)常閉輔助接點HHJ1打開，斷路器保護裝置不會收到“閉鎖重合閘”開入。當遠方分閘命令送至操作箱時，手跳繼電器(1STJ)被啟動，手跳繼電器(1STJ)輔助接點閉合使合后位置繼電器(HHJ)處于“分后位置”狀態，見圖4[9-10]。此時合后位置繼電器(HHJ)常閉輔助接點HHJ1閉合，裝置會報“閉鎖重合閘”信號。

圖3 傳統中斷路器合閘回路

圖4 傳統中斷路器分閘回路

3 傳統重合閘閉鎖回路的設計缺陷

為了抑制超高壓直流輸電系統對換流或站用變壓器、交流電容器組等容性負載投切過程中產生的含有較高直流分量的勵磁涌流和操作過電壓，換流站選用斷路器選相分合閘裝置(Phase Selection Device，簡稱 PSD 裝置 )控制其斷路器分合。PSD裝置指通過一定的手段使斷路器動、靜觸頭在系統電壓波形的指定相角處分合，使電力設備在對自身和系統沖擊最小的情況下投切入電力系統的技術。

換流站線-變串中斷路器會根據實際運行情況選擇投入或者退出選相分合閘裝置PSD，在特定情況下，會造成重合閘閉鎖回路誤閉鎖。

當選相分合閘裝置PSD退出時，換流站分合閘二次回路與傳統設計一致，合后位置繼電器(HHJ)能正確指示斷路器狀態，此時不會發生閉鎖重合閘的異常。

當選相分合閘裝置PSD投入時，分相合閘命令分別送至操作箱A、B、C三相合閘回路直接合閘，見圖5，此時合閘不啟動合后位置繼電器(HHJ)，合后位置繼電器(HHJ)保持原有的狀態，這里需要分兩種情況討論：

1）若之前不經選相合閘裝置合閘，則合后位置繼電器(HHJ)在勵磁狀態，即無閉鎖重合閘開入；

2）若之前不經選相合閘裝置分閘，則合后位置繼電器(HHJ)失磁，此時會發閉鎖重合閘信號。

此外，分相跳閘命令同樣分別送至操作箱的A、B、C三相跳閘回路直接跳閘，見圖6，位置繼電器(HHJ)保持原有的狀態。

圖5 選相分合閘裝置投入時中斷路器合閘回路

圖6 選相分合閘裝置投入時中斷路器分閘回路

因此當換流變壓器選相分合閘裝置PSD投入時，斷路器合閘前的合后位置繼電器(HHJ)是“分后位置”狀態，合閘后斷路器保護一直會有“閉鎖重合閘”信號開入，不能實現重合閘功能。

4 重合閘閉鎖回路的優化設計

為了避免換流站500 kV線變串上的中斷路器操作箱由于合閘前的合后位置繼電器(HHJ)的處于“分后位置”狀態，而導致斷路器的充電燈滅的情況發生，我們提出了2種優化設計。

4.1 優化方案一

1）取消線變串上的中斷路器操作箱合通過合后位置繼電器(HHJ)輔助接點閉鎖重合閘的回路；

2）將操作箱中的中間繼電器（例如：5ZJ）并聯至手跳繼電器(1STJ)回路，通過使用5ZJ中間繼電器輔助觸點增加手動跳閘短時閉鎖重合閘功能的方法實現手動跳開斷路器閉鎖重合閘的功能。

改造后回路圖如圖7。

圖7 操作箱回路改造圖1

4.2 優化方案二

1）直接采用手跳電壓繼電器（1STJ）的常開接點作為“閉鎖重合閘”的開入；

2）手跳電壓繼電器為不保持繼電器，當手跳命令消失后，繼電器輔助接點即返回，“閉鎖重合閘”正電開入消失，重合閘即可以進行充電。

改造后回路圖如圖8。

圖8 操作箱回路改造圖2

5 結束語

傳統重合閘閉鎖回路直接應用于換流站線-變串中斷路器時，在換流變壓器選相分合閘裝置PSD投入情況下存在誤閉鎖斷路器重合閘功能的風險，在換流站設計初期應引起重視。

本文提出了2種重合閘閉鎖回路優化設計閉鎖方案，分別應用于楚雄、普洱換流站，至今兩站未再發生因重合閘閉鎖回路設計原理缺陷造成的斷路器重合閘誤閉鎖問題，說明這2種設計方案符合現場實際情況。