220 kV線路重合閘動作異常原因分析及處理措施

李占龍

(中國三峽新能源(集團)股份有限公司,河北 張家口 075000)

0 引言

電力架空輸電線路的故障大多數(shù)是瞬時性的,如雷電引起的絕緣子表面閃絡(luò)[1],架空輸電線路搖擺產(chǎn)生的短路等,在斷路器跳開后電弧隨機熄滅,斷路器重合后故障消除,恢復正常供電。電力系統(tǒng)中采用重合閘可以大大提高架空輸電線路的供電可靠性,減少因瞬時性短路故障導致架空輸電線路的停電次數(shù)。在高壓輸電線路上采用重合閘,還可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性,進而提高輸電線路的傳輸能力[2]。對斷路器本身原因或者繼電保護誤動引起的斷路器跳閘,重合閘還可以及時糾正不正確的跳閘行為。當斷路器重合于永久性故障時,保護裝置啟動重合閘加速跳開斷路器,但這使電力系統(tǒng)再一次受到短路電流的沖擊,導致電力系統(tǒng)穩(wěn)定性降低及斷路器的工作條件變得更加惡劣[3]。因此除其他保護裝置外部輸入閉鎖重合閘命令及斷路器本身控制回路閉鎖重合閘的情況外,斷路器和保護裝置重合閘的動作行為應(yīng)當符合保護裝置預先的設(shè)定[4]。在某220 kV線路3次人工單相短路試驗過程中,發(fā)現(xiàn)分相斷路器跳閘順序及兩套保護裝置重合閘行為與預先設(shè)定情況不符,下面對此情況進行詳細分析。

1 設(shè)備及保護配置情況

試驗線路電壓等級220 kV,全長22.1 km,采用雙分裂鋼芯鋁絞線2*JL/GIA-400/35,線路配置2套保護裝置,A 套保護裝置為PCS-931SA-G-R 超高壓輸電線路成套保護裝置,配套CZX-11G-H2操作箱。B 套為CSC-103A-G-R超高壓輸電線路成套保護裝置,配套CSC-103操作箱。2套保護裝置均投單相重合閘,單相重合閘時限為0.5 s。出線斷路器2211是三相分相斷路器,斷路器設(shè)置2組跳閘線圈一組合閘線圈,A 套和B套保護裝置分別作用于一組跳閘線圈,A 套和B套保護裝置通過A 套的CZX-11G-H2操作箱作用于斷路器的合閘線圈。斷路器本體設(shè)置三相不一致保護,保護時限為2 s。

2 3次人工短路試驗保護及開關(guān)動作情況

2.1 第1次短路試驗數(shù)據(jù)

2021年12月11日9時12分在該220 kV線路出線端300 m 處進行了第1次C相人工接地短路試驗,試驗組預期的動作行為是C 相跳閘后啟動單相重合閘,重合閘成功后風電場風機因帶有低電壓穿越功能沒有脫網(wǎng)繼續(xù)運行[5]。

現(xiàn)場實際情況是2211 斷路器A 相跳閘后,B、C相也相繼動作跳閘,然后2211斷路器又三相重合成功。因出線三相全部斷開導致主變壓器高壓側(cè)出現(xiàn)短時過電壓,全場的風電機組因無高電壓穿越保護功能,導致全場風電機組全部脫網(wǎng)。

故障錄波數(shù)據(jù)顯示為短路故障發(fā)生后,A 套保護裝置發(fā)出C 相跳閘指令,B 套保護裝置相繼也發(fā)出C 相跳閘指令,出線2211斷路器A 相跳閘,斷路器B 相、C 相相繼跳閘,如圖1所示。三相全部跳閘后A 套保護裝置閉鎖重合閘由0 至1,重合閘功能失效,未發(fā)出重合閘指令,但是B套保護裝置發(fā)出了重合閘指令并由A 套裝置操作箱執(zhí)行重合閘指令,隨后出線2211斷路器三相重合成功。

圖1 第1次短路試驗數(shù)據(jù)

2.2 第2次短路試驗數(shù)據(jù)

2021年12月11日10 時55分在該220 kV線路出線端300 m 處進行了第2次C相人工接地短路試驗,2211斷路器和保護裝置重合閘動作行為與第1次短路試驗基本相似,故障波形如圖2所示。

圖2 第2次短路試驗數(shù)據(jù)

2.3 第3次短路試驗數(shù)據(jù)

2021年12月12日9時16分在該220 kV線路出線端300 m 處進行第3次C相人工接地短路試驗,2211斷路器動作行為與第1次和第2次短路試驗的區(qū)別為C相先動作,A 相和B 相相繼動作,保護裝置重合閘動作行為與前兩次一樣,如圖3所示。

圖3 第3次短路試驗數(shù)據(jù)

3 重合閘動作行為異常原因分析

通過以上3次單相短路試驗數(shù)據(jù)看出,3次試驗中斷路器都是三相跳閘后三相重合閘成功,A套保護裝置均是發(fā)出重合閘閉鎖命令,B 套保護裝置均是發(fā)出單相重合閘命令,兩套保護裝置的動作行為不一致。斷路器和保護裝置動作情況與預先設(shè)定的動作行為不相符。

3.1 跳閘相順序錯誤

故障錄波裝置內(nèi)2211斷路器A 相位置和C相位置命名相反,12月11日進行2次人工接地短路試驗后已經(jīng)在故障錄波裝置進行更正,更正后對2211斷路器進行單相跳閘重合試驗,在故障錄波上核對,斷路器分相位置正確。12月12日進行的第3次C 相人工接地短路試驗,2211斷路器分相動作順序正確。

3.2 單相跳閘失敗

2211斷路器本體投入了2 套三相不一致保護[6]是分別作用于2個跳閘線圈,不經(jīng)過任何保護裝置,其中時間繼電器KT1對應(yīng)于第一組跳閘線圈,時間繼電器KT2對應(yīng)于第2組跳閘線圈。現(xiàn)場檢查2211斷路器在合位時KT2時間繼電器一直處于常亮導通狀態(tài),導致2211斷路器本體的三相不一致保護動作時限為0 s,而單相重合閘的動作時限為0.5 s,當2211斷路器因C 相故障跳開,在保護裝置發(fā)出重合閘指令前斷路器已經(jīng)因三相不一致保護跳開A 相和B相。

12月11日將KT2時間繼電器保護壓板退出運行,現(xiàn)場用整組保護試驗儀對2套保護裝置分別進行單相重合試驗,均能正確動作。12月12日進行第3次人工接地C相短路試驗時,2211斷路器再次三相跳閘三相重合。12月13日再次對三相不一致保護進行試驗,將KT1時間繼電器時間調(diào)至5 s,對2套保護裝置進行單相重合試驗均正常。調(diào)至2 s時,對于A套保護裝置,有時可以實現(xiàn)單相跳閘單相重合,有時斷路器三相跳閘不重合,閉鎖重合閘由0置1,重合閘失效。對于B套保護裝置,有時可以實現(xiàn)單相跳閘單相重合,有時保護裝置發(fā)單相跳閘重合指令實際斷路器是三相跳閘三相重合。出現(xiàn)上述問題的原因是KT1時間繼電器[7]游離性較大,不合格,造成定時不準確。

3.3 B套保護裝置缺少TWJ

CSC-103A-G-R保護裝置有2個啟動重合閘的回路,保護裝置跳閘啟動或者TWJ啟動重合閘,B套保護裝置采用保護啟動重合閘方式,保護啟動重合閘可以區(qū)分單相跳閘還是三相跳閘,但裝置還將根據(jù)3個TWJ進一步判別,防止三相跳閘按單相重合處理。因B 套保護裝置未接入TWJA、TWJB、TWJC的開入量,當2211斷路器處于分閘位置時,A 套保護裝置TWJa、TWJb、TWJc的開入量均為1,B套保護裝置TWJa、TWJb、TWJc的開入量均為0,不能真實反映2211斷路器的實際狀態(tài)為三相跳閘,B套保護裝置判斷不出是單相跳閘還是三相跳閘,只能按照保護裝置當時單相跳閘C相的指令發(fā)出C相單相重合的指令,而合閘回路中ZHJ重合閘重動繼電器動作后有三對常開接點閉合并被分別送到A、B、C 3個分相合閘回路,啟動斷路器的合閘線圈見圖4,最終三相重合成功。而A 套保護裝置可以檢測到TWJa、TWJb、TWJc,能判斷出2211斷路器三相均已跳閘,使得A 套保護裝置單相重合閘閉鎖。

圖4 合閘回路

4 處理措施

(1)對故障錄波中斷路器A 相和C 相位置的命名進行了更正。對故障錄波裝置參數(shù)設(shè)置和命名進行全面排查,對檢查出的問題進行及時整改。

(2)出線2211斷路器的三相不一致保護用的時間繼電器更換為經(jīng)過國家電網(wǎng)有限公司檢測合格的時間繼電器。并重新校準時間為2 s,經(jīng)現(xiàn)場進行單相跳閘試驗,整改后的三相不一致回路計時正確,動作行為正確。排查全站設(shè)備所用的時間繼電器是否在國家電網(wǎng)有限公司檢測的不合格時間繼電器名單中,對在運的不符合要求的時間繼電器進行及時更換、檢測。

(3)對于B套保護裝置缺少TWJ問題,增加了B套保護CSC-103A的分相跳閘位置TWJa、TWJb、TWJc開入。解決2211斷路器在分位時B套保護裝置無法監(jiān)視開關(guān)實際位置及B套保護重合閘一直充電的問題。在2211開關(guān)機構(gòu)的常閉開關(guān)輔助節(jié)點經(jīng)電纜備用芯,ABC 三相分別接入第二套保護的4CD8、4CD11、4CD14端子。如圖5所示。

圖5 B套增加TWJ回路

5 結(jié)論及建議

本次送出線路單相重合閘動作情況不正確的根本原因為設(shè)計存在缺陷,B 套保護裝置未接入TWJ,不能真實反映斷路器的實際位置[8],無法區(qū)分出斷路器屬于單相跳閘還是永跳,導致A 套保護裝置重合閘閉鎖成功而B套保護裝置未能閉鎖重合閘,最終導致斷路器三相跳閘三相重合。為此增加了B套保護C 相跳閘位置TWJa、TWJb、TWJc開入。為防止類似事件發(fā)生,提出以下幾點建議。

(1)一二次設(shè)備投運前進行全面正確的調(diào)試和試驗,試驗合格后再進行投運。

(2)設(shè)計缺陷整改完成后,對全站的保護設(shè)備進行全面檢查校驗,確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

(3)加強現(xiàn)場生產(chǎn)運維人員的教育培訓,提高思想認識及技能水平。定期對一二次設(shè)備進行預防性試驗,將故障消除在萌芽狀態(tài)。