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高壓斷路器的非全相保護(hù)論文
摘要：針對(duì)中國的電力系統(tǒng)，闡述了配置高壓斷路器非全相保護(hù)的必要性，就當(dāng)前非全相保護(hù)的常見方案進(jìn)行了分析，認(rèn)為非全相保護(hù)以有電流閉鎖為佳;并就3/2斷路器接線的非全相保護(hù)的一些問題進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：高壓斷路器 非全相保護(hù) 電流閉鎖
在220kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)中，普遍采用分相操作的斷路器，由于設(shè)備質(zhì)量和操作等原因，運(yùn)行中可能出現(xiàn)三相斷路器動(dòng)作不一致的異常狀態(tài)，如何消除這種異常狀態(tài)，存在不同認(rèn)識(shí)，各系統(tǒng)也有不同做法。下面結(jié)合系統(tǒng)和保護(hù)的實(shí)際運(yùn)行情況，就裝設(shè)斷路器非全相保護(hù)的必要性進(jìn)行闡述，對(duì)當(dāng)前非全相保護(hù)的常見方案進(jìn)行分析，并對(duì)3/2斷路器接線的非全相保護(hù)的一些問題進(jìn)行探討。
1裝設(shè)非全相保護(hù)的必要性
電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，由于各種原因，斷路器三相可能斷開一相或兩相，造成非全相運(yùn)行。如果系統(tǒng)采用單重或綜重方式，在等待重合期間，系統(tǒng)也要處于非全相運(yùn)行狀態(tài)。但是，系統(tǒng)非全相運(yùn)行的時(shí)間應(yīng)有所限制，這是因?yàn)椋?/p>
a.系統(tǒng)要求。當(dāng)系統(tǒng)處于非全相運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)中出現(xiàn)的負(fù)序、零序等分量對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生一定危害。
b.保護(hù)要求。由于出現(xiàn)負(fù)序、零序等分量，使得系統(tǒng)中的一些保護(hù)可能處于啟動(dòng)狀態(tài)。例如：目前常用的11系列微機(jī)線路保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)由全相變?yōu)榉侨噙\(yùn)行時(shí)，如果保護(hù)突變量元件啟動(dòng)，在判斷無故障后，保護(hù)程序轉(zhuǎn)入振蕩閉鎖模塊，若該線路零序分量數(shù)值大于零序輔助啟動(dòng)元件定值時(shí)，程序?qū)⑻幱谡袷庨]鎖狀態(tài)，超過12s時(shí)，保護(hù)將報(bào)告電流互感器(TA)斷線，整套保護(hù)中僅余少數(shù)保護(hù)功能起作用，嚴(yán)重影響保護(hù)的可靠性。系統(tǒng)中的負(fù)序、零序等分量還可能使一些保護(hù)(如零序電流保護(hù))動(dòng)作跳閘，誤斷開正常運(yùn)行的線路。
對(duì)于系統(tǒng)采用單重、綜重等方式，故障跳閘造成的非全相運(yùn)行，若重合閘成功，系統(tǒng)自然很快轉(zhuǎn)入全相運(yùn)行;若重合于故障，斷路器三相跳閘，系統(tǒng)也轉(zhuǎn)入全相運(yùn)行。對(duì)這種等待重合的非全相狀態(tài)，系統(tǒng)中的設(shè)備和保護(hù)必須予以考慮。例如某些保護(hù)段可采取提高定值、加大延時(shí)等措施，以躲過重合閘周期。
對(duì)于因設(shè)備質(zhì)量、回路等問題造成的非全相狀態(tài)，情況要復(fù)雜一些。例如，斷路器偷跳一相，由于斷路器位置不對(duì)應(yīng)，重合閘應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)，將斷路器重合，而如果斷路器有問題，偷跳相不能重合，該斷路器將非全相運(yùn)行。對(duì)這類非全相狀態(tài)，由設(shè)備主保護(hù)消除的還不多。仍以11系列微機(jī)線路保護(hù)為例，如果保護(hù)選跳或斷路器偷跳后未重合造成的非全相運(yùn)行，從保護(hù)功能上看，可能僅有不靈敏零序段或靈敏零序段保護(hù)起作用，而它們還要受到定值和方向元件的制約，也就是說，線路保護(hù)本身對(duì)此可能無能為力。
因此，綜合考慮以上各種因素，應(yīng)當(dāng)裝設(shè)能反映斷路器非全相運(yùn)行狀態(tài)的非全相保護(hù)，作用于跳開已處于不正常狀態(tài)的斷路器。至于目前有些斷路器機(jī)構(gòu)箱中有反映斷路器三相位置不一致的保護(hù)，各地可根據(jù)實(shí)際情況使用。
2非全相保護(hù)的常用方案分析
非全相保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，一般需要反映斷路器三相位置不一致的回路，可以采用斷路器輔助觸點(diǎn)組合實(shí)現(xiàn)，也可以采用跳閘位置、合閘位置繼電器的接點(diǎn)組合(該接點(diǎn)組合一般由操作箱給出)實(shí)現(xiàn)，以下均稱之為三相不一致接點(diǎn)。目前，專用非全相保護(hù)的常見方案有以下幾種。
2.1 三相不一致接點(diǎn)直接啟動(dòng)時(shí)間繼電器
如圖1所示，無電流接點(diǎn)時(shí)，這種方案與配置在斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的非全相保護(hù)類似，比較簡單，也能起到應(yīng)有的保護(hù)作用。
華北網(wǎng)在反措實(shí)施細(xì)則中明確要求“非全相保護(hù)應(yīng)直接用斷路器輔助接點(diǎn)作為判據(jù)，取消電流判別回路”。但是，由于斷路器輔助接點(diǎn)的不可靠性及引入電纜運(yùn)行環(huán)境的影響等因素，運(yùn)行中發(fā)生了多次非全相保護(hù)誤動(dòng)的事例。如1997年2月1日，華北小營站2212斷路器HWJ的A相，操作箱到斷路器的電纜斷線，最后導(dǎo)致非全相保護(hù)誤動(dòng)。基于運(yùn)行實(shí)踐，我們認(rèn)為該方案的安全性值得懷疑。
2.2 三相不一致接點(diǎn)串接零序電流繼電器接點(diǎn)后啟動(dòng)時(shí)間繼電器
如圖1所示，該方案與2.1節(jié)方案相比，增加了零序電流閉鎖判據(jù)，安全性有了很大的提高。由于零序電流較易獲得，該方案在系統(tǒng)中獲得了比較廣泛的應(yīng)用。主要問題是零序電流的整定。目前，河北電網(wǎng)一般按躲過正常負(fù)荷下的不平衡電流整定(一次值約為100A)，但是顯然地，當(dāng)線路負(fù)荷較小時(shí)，非全相保護(hù)可能拒動(dòng)。例如:1999年1月21日河北里縣站里章線242斷路器，因手跳繼電器A相絕緣擊穿，造成線路非全相運(yùn)行，非全相保護(hù)拒動(dòng)，后值班人員手動(dòng)拉開B相、C相。非全相保護(hù)拒動(dòng)的原因是該線路負(fù)荷較小，非全相運(yùn)行時(shí)的零序電流達(dá)不到定值(一次值為120A)。該方案的另一問題是，不能用于末端變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的輻射線路，因?yàn)楫?dāng)輻射線路非全相運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中僅出現(xiàn)負(fù)序分量，無零序電流流過該線路，這種方案的非全相保護(hù)自然要拒動(dòng)。例如，1998年8月13日河北孫村站孫任線263斷路器，在線路故障重合時(shí)，因重合閘接點(diǎn)問題，C相未重合，造成非全相運(yùn)行，但非全相保護(hù)拒動(dòng)，就是因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行方式下，孫任線單帶任東站運(yùn)行，任東站主變220kV側(cè)中性點(diǎn)未接地運(yùn)行，263斷路器非全相時(shí)，線路無零序電流。目前，微機(jī)型保護(hù)裝置中，CSI101/121采用此方案，屬于傳統(tǒng)非全相保護(hù)的微機(jī)化產(chǎn)品，三相不一致接點(diǎn)為開關(guān)輸入量，經(jīng)內(nèi)部零序電流判別，延時(shí)出口。
2.3 三相不一致接點(diǎn)串接負(fù)序電流繼電器接點(diǎn)后啟動(dòng)時(shí)間繼電器
該方案與2.2節(jié)方案類似，僅電流判別采用負(fù)序分量，一般用于負(fù)序電流較易獲得的情況，例如發(fā)電機(jī)—變壓器組成套保護(hù)中。負(fù)序電流也可按躲過正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流整定，當(dāng)負(fù)荷較小時(shí)，也可能拒動(dòng)。較2.2節(jié)方案優(yōu)越之處在于可用于末端變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的輻射線路。目前微機(jī)型保護(hù)裝置中，WFBZ—01沿用此方案。
2.4 三相位置接點(diǎn)與無流判據(jù)組合后啟動(dòng)時(shí)間繼電器
隨著微機(jī)型保護(hù)裝置的發(fā)展，非全相保護(hù)的電流判據(jù)，乃至其構(gòu)成，均趨于多樣化。僅舉目前應(yīng)用比較廣泛的LFP—921裝置中的非全相保護(hù)的`構(gòu)成進(jìn)行分析。
如圖2所示，三相跳閘位置繼電器的接點(diǎn)作為開關(guān)輸入量引入裝置，當(dāng)任一相TWJ動(dòng)作且無電流時(shí)，確認(rèn)該相斷路器在跳開位置，當(dāng)任一相斷路器在跳開位置而三相不全在跳開位置時(shí)，若控制開關(guān)在合后，則確認(rèn)為三相不一致，經(jīng)延時(shí)跳閘。
該方案的優(yōu)點(diǎn)在于適用性廣，可應(yīng)用于各類情況。缺點(diǎn)仍如前述，在負(fù)荷較小時(shí)，非全相保護(hù)可能拒動(dòng)，但無電流門檻可以整定得較低，靈敏度比零序、負(fù)序電流閉鎖的方案要高。目前LFP—921裝置無電流的門檻固定為0.06In。
綜合比較以上幾種方案，只采用三相不一致接點(diǎn)的方案簡單，但安全性較差，有電流閉鎖的方案提高了安全性，但降低了可依賴性。在采用有電流閉鎖的方案時(shí)，若負(fù)荷較小，非全相保護(hù)必然拒動(dòng)，但考慮到此時(shí)系統(tǒng)所承受的負(fù)序、零序分量必然很小，對(duì)系統(tǒng)和保護(hù)的運(yùn)行已無大礙，且在這種情況下，也有相應(yīng)的燈光信號(hào)指示運(yùn)行值班人員，可以人工處理。因此，非全相保護(hù)以有電流閉鎖為佳，電流閉鎖的定值應(yīng)考慮系統(tǒng)和保護(hù)的承受能力，盡量低一些。
33/2斷路器接線的非全相保護(hù)
對(duì)3/2斷路器接線的變電站，非全相保護(hù)的配置可以按斷路器配置，也可以按線路(變壓器)配置。
按斷路器配置時(shí)，如果采用第2.1節(jié)所述的方案，則各斷路器均可獨(dú)立設(shè)置。但如前所述，此方案的安全性存在問題，如果增加電流閉鎖，無論是零序、負(fù)序，均又分2種情況：1）電流用線路電流，即和電流，各斷路器三相不一致接點(diǎn)均串聯(lián)線路的零序(負(fù)序)電流繼電器接點(diǎn)，中間斷路器使用兩線路電流繼電器的接點(diǎn)并聯(lián)作為電流判據(jù)。此時(shí)，若僅某一斷路器出現(xiàn)非全相，而另一斷路器未同時(shí)出現(xiàn)非全相，或兩斷路器斷開相不同時(shí)，則仍維持各斷路器的正常運(yùn)行。零序、負(fù)序電流可按前述方法整定。該方案的主要問題是組屏接線較復(fù)雜，安裝單元?jiǎng)澐植缓芮逦?）電流用斷路器電流。該方案的主要問題是零序、負(fù)序電流的整定。由于斷路器在正常運(yùn)行時(shí)，兩斷路器負(fù)荷可能分配不均衡，斷路器的零序、負(fù)序電流已經(jīng)很大，在這種情況下，零序、負(fù)序電流 閉鎖的方案應(yīng)該說是不可取的。目前比較可行的方案是第2.4節(jié)提到的諸如LFP—921非全相保護(hù)的采用無流判據(jù)的方案。
按線路(變壓器)配置時(shí)，三相不一致接點(diǎn)為兩斷路器的接點(diǎn)串聯(lián)，電流閉鎖自然使用線路(變壓器)電流。例如河北西柏坡電廠發(fā)電機(jī)—變壓器組的非全相保護(hù)，配置在發(fā)電機(jī)—變壓器組成套保護(hù)柜中，電流閉鎖用發(fā)電機(jī)—變壓器組的負(fù)序電流，引入兩斷路器的串聯(lián)的三相不一致接點(diǎn)。這種配置方式與按斷路器配置使用線路電流閉鎖的情況類似。
比較上面的兩種配置方式，各有優(yōu)缺點(diǎn)�？紤]到斷路器非全相時(shí)，必須停用才能處理，同時(shí)考慮二次接線的簡潔、清晰，非全相保護(hù)以按斷路器配置為好，電流閉鎖采用斷路器電流的有無作為判據(jù)。
4結(jié)語
電力系統(tǒng)的非全相運(yùn)行存在很多復(fù)雜的問題，在系統(tǒng)非全相運(yùn)行時(shí)，許多保護(hù)需采取技術(shù)措施，以保證保護(hù)的正確動(dòng)作，非全相保護(hù)僅是為限制非全相運(yùn)行的時(shí)間所配置的輔助保護(hù)。根據(jù)上面的分析，非全相保護(hù)應(yīng)當(dāng)裝設(shè)并考慮使用電流閉鎖。對(duì)3/2接線，非全相保護(hù)宜按斷路器配置，使用無流判據(jù)。
非全相保護(hù)不是電力系統(tǒng)的主保護(hù)，但它在運(yùn)行中的作用不容忽視。華北網(wǎng)僅1998年下半年非全相保護(hù)動(dòng)作次數(shù)就達(dá)5次，其中2次不正確動(dòng)作。隨著繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)型裝置的大批使用，非全相保護(hù)的配置、使用也必將有所發(fā)展。希望繼電保護(hù)專業(yè)人員對(duì)非全相保護(hù)有足夠的重視，努力提高非全相保護(hù)的可靠性，為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
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