220 kV斷路器非全相保護(hù)動(dòng)作分析處理

張 偉,李曉龍

（五凌電力有限公司碗米坡電廠，湖南 湘西 416500）

0 引言

電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于各種原因，斷路器三相中可能斷開或者合上一相或兩相，造成非全相運(yùn)行[1]。這種異常運(yùn)行情況，發(fā)電機(jī)中流過負(fù)序電流，如果靠帶延時(shí)的發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)動(dòng)作，則由于延時(shí)較長(zhǎng)可能使對(duì)側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作，則嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至造成系統(tǒng)瓦解事故[2]。因此,對(duì)于大型發(fā)電機(jī)--變壓器組,在 220 kV及以上為分相操作的斷路器時(shí),均要求裝設(shè)非全相運(yùn)行保護(hù)。

1 非全相保護(hù)原理

碗米坡電廠總裝機(jī)容量3×80 MW，3臺(tái)機(jī)均為單元接線，220 kV母線為單母線不分段接線，經(jīng)兩回220 kV出線接入系統(tǒng)。主變保護(hù)采用南瑞繼保的PCS-985TW保護(hù)裝置，雙重化配置，每套保護(hù)中均設(shè)置有斷路器非全相保護(hù)，裝置通過斷路器不一致接點(diǎn)、零序電流、負(fù)序電流等條件來判斷斷路器的非全相運(yùn)行狀態(tài)[3]。非全相保護(hù)負(fù)序電流定值0.27 A，零序電流定值0.64 A，延時(shí)0.5 s，動(dòng)作出口主變高壓側(cè)斷路器。非全相保護(hù)邏輯見圖1。

圖1 非全相保護(hù)邏輯

2 事故過程

2018年12月23 日，3 號(hào)機(jī)變檢修完畢，11：11：09執(zhí)行3號(hào)主變沖擊合閘試驗(yàn)，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“3號(hào)主變A套保護(hù)非全相跳閘”、“3號(hào)主變B套保護(hù)非全相跳閘”、“3號(hào)主變630合閘位置復(fù)歸”、“3號(hào)主變630分閘位置動(dòng)作”等信息。現(xiàn)場(chǎng)檢查3號(hào)主變高壓側(cè)630開關(guān)三相均處于分閘位置，CZX-12G操作箱上第Ⅰ、Ⅱ組跳閘信號(hào)燈TXa、TXb亮，TXc不亮，兩套PCS-985TW保護(hù)裝置跳閘信號(hào)燈亮，動(dòng)作報(bào)文顯示非全相保護(hù)Ⅰ時(shí)限動(dòng)作。

3 事故分析

3.1 故障錄波分析

調(diào)出故障錄波相關(guān)數(shù)據(jù)，見圖2，分析波形可看出：

圖2 3號(hào)主變故障錄波

11：11：16.219，主變高壓側(cè) A 相電流 0.491 A、B相電流0.54 A、C相電流0.134 A，此時(shí)可判斷630開關(guān)三相處于合閘狀態(tài)。

11：11：09.220，主變 A 相差流0.433Ie、B 相差流0.085 Ie、C相差流0.358 Ie。A相差流大于差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)值0.4 Ie，主變差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)，由于差流中含有的二次諧波分量大于15%閉鎖定值，差動(dòng)保護(hù)被閉鎖。

11：11：09.255，三相不一致開入變位為 1，此時(shí)A相電流4.152 A、B相電流1.124 A、C相電流0.023 A。

11：11：09.760，主變高壓側(cè)負(fù)序電流 0.584 A、零序電流1.514 A,大于整定值，非全相保護(hù)Ⅰ時(shí)限動(dòng)作跳630開關(guān)三相。

據(jù)統(tǒng)計(jì)變壓器勵(lì)磁涌流開始衰減較快，一般經(jīng)0.5～1 s即可減至0.25～0.5倍額定電流，但全部衰減完畢時(shí)間較長(zhǎng)，中小變壓器約幾秒，大型變壓器可達(dá)10～20 s[4]。但在本次沖擊合閘中C相電流僅幾十毫秒左右就衰減接近至零，衰減時(shí)間過短顯然屬于不正常現(xiàn)象。

再查看分析2018年1月29日2號(hào)主變沖擊合閘波形，見圖3，2號(hào)主變勵(lì)磁涌流衰減時(shí)間大約為2 s左右。

圖3 2號(hào)主變沖擊合閘波形

以上分析可得出初步結(jié)論：3號(hào)主變沖擊合閘期間，C相在合閘后幾十毫秒內(nèi)由于某種原因自動(dòng)跳開，造成開關(guān)非全相運(yùn)行，在非全相運(yùn)行期間負(fù)序或零序電流大于整定值，非全相保護(hù)啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí)跳開A、B兩相。

3.2 信號(hào)控制回路分析

630開關(guān)跳閘后現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)CZX-12G操作箱上第Ⅰ和第Ⅱ組的跳閘信號(hào)燈TXa、TXb常亮，TXc不亮。跳閘信號(hào)燈回路原理見圖4。當(dāng)保護(hù)跳閘時(shí)，串入跳閘回路中的TBIJ動(dòng)作，其接點(diǎn)去啟動(dòng)磁保持繼電器TXJ的動(dòng)作線圈，該繼電器動(dòng)作且自保持，它一方面去啟動(dòng)信號(hào)燈回路，另一方面送出跳閘信號(hào)，當(dāng)按下復(fù)歸按鈕FA時(shí)，磁保持繼電器TXJ的復(fù)歸線圈勵(lì)磁，跳閘信號(hào)返回。通過原理分析可知630開關(guān)兩組跳閘回路上的C相跳閘信號(hào)燈TXc不亮只有一種可能，即C相在保護(hù)跳閘前就已經(jīng)跳開，導(dǎo)致跳閘回路斷開，從而造成串入跳閘回路中的TBIJ在保護(hù)動(dòng)作時(shí)無法動(dòng)作，C相跳閘信號(hào)燈TXc就不能啟動(dòng)。

圖4 CZX-12G跳閘信號(hào)燈原理

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)告警分析

監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)作報(bào)文見表1。630開關(guān)A、B、C三相的常閉輔助接點(diǎn)并聯(lián)作為分閘位置信號(hào)告警，三相的常開輔助接點(diǎn)串聯(lián)作為合閘位置信號(hào)告警。從動(dòng)作報(bào)文可看出11：11：09.205 630開關(guān)三相都處于合閘位置，11：11：09.251 630開關(guān)至少有一相在分閘位置，0.516 s后非全相保護(hù)動(dòng)作跳630開關(guān)，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)文從時(shí)間節(jié)點(diǎn)上與保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)文相吻合。依據(jù)監(jiān)控報(bào)文可看出630開關(guān)某相從合上到跳開時(shí)間間隔46 ms。

表1 監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)作報(bào)文

綜合保護(hù)及監(jiān)控系統(tǒng)分析結(jié)果，可進(jìn)一步得出結(jié)論： 630開關(guān)C相在合閘后幾十毫秒內(nèi)由于某種原因突然跳開，從而啟動(dòng)非全相保護(hù)動(dòng)作跳開A、B兩相。檢查的重點(diǎn)應(yīng)該在C相開關(guān)偷跳的問題上，應(yīng)對(duì)C相電氣控制回路及操作機(jī)構(gòu)重點(diǎn)進(jìn)行排查。

3.4 電氣控制回路檢查

3.4.1 直流回路檢查

查閱監(jiān)控系統(tǒng)告警記錄，在主變沖擊合閘前后均無直流系統(tǒng)接地告警，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量630開關(guān)的操作電源電壓：直流正對(duì)地114 V,負(fù)對(duì)地-112 V，直流回路無異常。

3.4.2 操作箱跳閘回路檢查

對(duì)保護(hù)裝置至開關(guān)端子箱的跳閘電纜進(jìn)行絕緣檢查，絕緣電阻合格。斷電后取下CZX-12G操作箱上C相第1組跳閘回路6號(hào)插件，第2組跳閘回路13號(hào)插件檢查無異常。

3.4.3 手動(dòng)跳閘回路檢查

對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)至開關(guān)端子箱的跳閘電纜進(jìn)行絕緣檢查，絕緣電阻合格。校驗(yàn)開關(guān)端子箱內(nèi)手動(dòng)跳閘繼電器STJ1、STJ2動(dòng)作電壓合格。拉開6301、6303隔離刀閘，主接線見圖5，使用儀器對(duì)C相的兩個(gè)跳閘線圈進(jìn)行電壓監(jiān)視，現(xiàn)場(chǎng)操作630開關(guān)合閘，在合閘過程中C相的兩個(gè)跳閘線圈上均無電壓。

圖5 電氣主接線

3.4.4 母差保護(hù)開入所引起的跳閘檢查

對(duì)母差A(yù)、B套保護(hù)開入至主變保護(hù)CZX-12G操作箱回路的電纜進(jìn)行絕緣檢查，絕緣電阻合格。由于母差保護(hù)動(dòng)作時(shí)會(huì)啟動(dòng)主變保護(hù)操作箱內(nèi)的TJR繼電器，并發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)告警，但主變保護(hù)除有非全相保護(hù)動(dòng)作報(bào)文外，無任何其他動(dòng)作報(bào)文。對(duì)電氣控制回路排查結(jié)果表明，630開關(guān)C相偷跳的原因不是由電氣控制回路問題引起。

3.5 開關(guān)操作機(jī)構(gòu)檢查

碗米坡電廠220 kV GIS設(shè)備為沈陽高壓開關(guān)有限公司產(chǎn)品，于2003年12月投運(yùn)。220 kV斷路器采用彈簧合閘、氣動(dòng)分閘的操作方式，每相斷路器均獨(dú)立配用一套操作機(jī)構(gòu)，三相斷路器操作機(jī)構(gòu)之間無機(jī)械聯(lián)鎖。

通過對(duì)機(jī)構(gòu)分閘過程研究可知，斷路器要分閘，或分閘線圈得電，或扣板（14）脫扣。在電氣控制回路排查中已使用儀表對(duì)C相兩個(gè)分閘線圈進(jìn)行電壓監(jiān)視,操作斷路器遠(yuǎn)方合閘時(shí)，并未發(fā)現(xiàn)分閘線圈上有電壓，故可排除分閘線圈突然帶電跳開C相的情況。那么重點(diǎn)就要檢查扣板（14）在斷路器合閘后與摯子（17）的銜接情況。做好相關(guān)安全措施后在630開關(guān)合閘位置，分別檢查A、B、C相機(jī)構(gòu)中的扣板與摯子的銜接情況，見圖6、圖7、圖8。發(fā)現(xiàn)C相機(jī)構(gòu)中的扣板與摯子銜接量比A、B相要小的很多，在斷路器合閘過程中由于震動(dòng)等各方面原因，就會(huì)造成扣板與摯子不能銜接到位，使斷路器在合閘后因扣板脫扣引起開關(guān)偷跳。

圖6 A相合閘狀態(tài)扣板與摯子的銜接狀態(tài)

圖7 B相合閘狀態(tài)扣板與摯子的銜接狀態(tài)

圖8 C相合閘狀態(tài)扣板與摯子的銜接狀態(tài)

圖9 調(diào)整后C相合閘狀態(tài)扣板與摯子的銜接狀態(tài)

針對(duì)此種情況，通過對(duì)分閘時(shí)間調(diào)整螺桿，并結(jié)合進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作特性試驗(yàn)，既要保證扣板與摯子銜接面位置適當(dāng)，又要開關(guān)分合閘時(shí)間滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。最終調(diào)整后C相合閘狀態(tài)見圖9。2018年12月23日21:25，再次對(duì)主變進(jìn)行沖擊合閘成功。

4 結(jié) 語

本次事件發(fā)生在主變沖擊合閘過程中，如果在機(jī)組發(fā)電過程中主變高壓側(cè)開關(guān)某相突然偷跳，非全相保護(hù)又拒動(dòng)，會(huì)有其他什么保護(hù)動(dòng)作。分析得知主變高壓側(cè)非全相運(yùn)行狀態(tài)屬于縱向故障，對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)而言屬于穿越性故障，主變差動(dòng)保護(hù)不反映機(jī)組非全相運(yùn)行狀態(tài)，非全相運(yùn)行期間差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作[5]。偷跳相電流接近于零，兩健全相電流相等；高壓側(cè)電壓變化不大，TV開口三角電壓接近于零，主變復(fù)壓過流保護(hù)、間隙及接地零序保護(hù)都不會(huì)動(dòng)作。只有反映負(fù)序分量的發(fā)電機(jī)負(fù)序反時(shí)限保護(hù)可能啟動(dòng)，動(dòng)作時(shí)間依據(jù)當(dāng)時(shí)機(jī)組所帶負(fù)荷的大小而不同。為了防止負(fù)序電流損害發(fā)電機(jī)，要做好事故預(yù)想，完善事故處理手冊(cè)，同時(shí)運(yùn)行人員要依據(jù)機(jī)組運(yùn)行工況的變化，在發(fā)生斷路器非全相運(yùn)行時(shí)及時(shí)正確地處理。