论文部分内容阅读
【摘要】220kV及以上的高压电网中，为防止在断路器或保护装置失灵时，仍能有效切除故障，如果简单的采用相邻元件的远后备保护方案来实现，容易造成事故范围的扩大，甚至引起系统失去稳定而导致全网瓦解。有鉴于此，通常装设两套独立的全线速动保护（即保护双重化），以防保护装置的拒动，而对于断路器的拒动，则专门装设断路器失灵保护。在实际的断路器失灵保护的设计中，存在以下几种情况，即：线路故障时线路断路器失灵后分别出现主变断路器、出线断路器及母联断路器再失灵的连环失灵特殊情况，为了缩小事故范围，通过对这几种特殊情况的分析，得出了一些实际应用中的改进措施。
【关键词】断路器失灵保护；母差保护；母联失灵
1.引言
在220kV及以上电压等级的变电站中，当电气设备发生短路故障，在保护装置动作于切除故障时，可能伴随故障元件的断路器拒动，也即发生了断路器的失灵故障。针对这种情况，应该专门装设断路器失灵保护，以满足切除故障的要求。从电网的实际接线来看，由于整个网络密集，个别线路乃至个别母线因故障跳闸后，只要能够保证断路器快速跳闸，对整个系统稳定运行影响并不大，但如果在电网中出现几个断路器同时失灵，若不在保护回路的设计中加以考虑，而由较长延时的远后备保护来切除故障，相对来讲对系统的稳定运行影响更大。因此应尽量避免存在设计上的保护死区，笔者在下文中对上述的几种特殊情况进行了简要分析，并提出了一些克服此类特殊情况的改进方法。
2.线路故障时断路器连环失灵
220kV系统主接线普遍采用的是双母线接线形式，断路器失灵保护的判别条件是保护出口触点动作不返回，并且经过本断路器的电流大于失灵启动电流，而且这种情况已经持续了一段时间，即断路器在保护出口后经过失灵整定时间后仍然流过故障电流，则认为此断路器失灵，这时失灵保护动作，从而以短延时跳开母联或分段断路器，以长延时跳开该母线上所连接的所有断路器。
如图1所示，220kV系统接线方式为双母线接线，L1与L2分别为两条出线。
图1 双母线接线简图
L1线路保护配置情况如下：
第一套线路保护装置：CSL-101B
第二套线路保护装置：RCS-901B
断路器的辅助保护：CSI-101C
当L1线路A点发生故障时，线路保护正确动作，若L1线路211断路器由于某种原因拒绝跳闸时，如图2所示，将启动断路器失灵保护：
图2 断路器失灵保护启动简图
图2中，LP1为断路器的辅助保护即第一套失灵启动装置（CSI-101C）中的失灵总投压板，CSI-101C还包括图中LP1压板左侧的过流常开接点。LP2为操作箱（CZX-12R）回路中的三相启动失灵压板，CZX-12R还包括图中LP2压板左侧的三相跳闸命令永跳继电器TJR接点和三跳继电器TJQ接点。左上方为第一套线路保护装置（CSL-101B），包括三相启动失灵压板及其左侧的保护动作常开接点。中间为第二套线路保护装置（RCS-901B），包括三相启动失灵压板及其左侧的保护动作常开接点[1]。所有这些元件连接后通过失灵总投压板（LP1）开入到RCS—915AB母差保护的断路器失灵保护二次回路中，从而以短延时跳开母联200断路器，以长延时跳开出线L1所连接母线上的所有断路器。
但如果出现断路器连环失灵，也即出线L1的A点发生故障后，不但出线L1的211断路器机构失灵，而且又出现第二个断路器失灵的情况，需分以下三种情况来分析：
2.1 出线L1的断路器失灵后出线L2的断路器再失灵
当出线L1的A点发生故障后，L1对侧断路器正确动作，因211断路器某种机构原因拒动而失灵，若图1中L1与L2均在Ⅰ母运行，出线L1启动Ⅰ母失灵后，通过失灵保护出口启动母差来跳开出线L2的212断路器。如果212断路器也因某种原因拒动，以220kV系统普遍配置的高频保护为例，出线L2对侧判断为正方向，本侧线路保护虽然判断为反方向，但由于失灵保护启动后会启动出线L2线路保护分相操作箱中的永跳继电器TJR，从而通过永跳继电器TJR的常开触点的闭合来驱动线路L2高频保护停信，以此让对侧高频保护及时动作来切除故障[2]。如果主变高压侧侧为110kV系统（双母线接线方式），则以110kV线路普遍配置的距离保护和零序电流保护为例，A点发生故障时，只能依靠出线L2对侧保护的Ⅱ段动作来跳开L2对侧断路器，从而切除故障。由于微机保护容易实现延时整定，可以适当缩短Ⅱ段的延时时间，从而保证系统的稳定运行。
2.2 出线L1断路器失灵后主变断路器再失灵
当出线L1的A点发生故障，L1对侧断路器正确动作后，因211断路器某种机构原因拒动而失灵，假设图1中211断路器与2号主变高压侧201断路器均在Ⅰ母运行，出线L1启动Ⅰ母失灵后，通过失灵保护出口启动母差来跳开201断路器。如果201断路器也因某种原因拒动，若110kV侧电源较强或有两台以上主变并列运行时，由于没有快速保护，将会对系统，尤其是对变压器造成很大的损害，造成严重的后果。特别是当201断路器与电流互感器之间发生死区故障时，因220kV侧主变所在母线失去电压，220kV侧零序方向保护会失去作用，220kV侧复压过流保护由于失去复合电压判据也失去作用（复合电压取本侧时），此时，只能依靠较长延时的不带方向的后备保护来切除故障，时间长达5s以上，因此后果极其严重。有鉴于此，当220kV主变中压侧可能存在较强大电源时，为了防止上述情况的发生，同时为了保障变压器的安全，可在二次回路的设计上加以改动，即不论是失灵启动跳主变高压侧断路器还是母差保护动作跳主变高压侧断路器，均直接联跳主变三侧，简要逻辑图如图3所示。
图3 联跳主变三侧逻辑简图
2.3 出线L1断路器失灵后母联断路器再失灵
当出线L1的A点发生故障，L1对侧断路器正确动作后，因211断路器某种机构原因拒动而失灵，将启动失灵保护去跳开母联200断路器，若此时母联200断路器也因某种机构原因拒动，如图4所示，由于A点故障不在Ⅱ段母线的母差保护范围之内[3]，Ⅱ母上的各元件只能通过其远后备保护来切除故障，由于切除故障时间较长，对系统将会产生很大的影响。
图4 母差保护范围简图
改进措施：针对上述特殊情况，在二次回路的设计中，可采用失灵启动（或母差启动）跳母联接点串联母联过流接点来直接跳开Ⅰ母和Ⅱ母，为保证动作的可靠性，还应经母线电压闭锁后才可切除两母线上所有连接元件，逻辑图见图5。其中，Iset为母联失灵电流的整定值，母联Ia为母联A相电流，Tms为整定的延时。
图5 改进后的逻辑简图
原理图见图6，其中母联LJA为A相母联过流接点。
图6 改进后的母联失灵保护原理图
3.结束语
断路器失灵保护是电网中的重要部分，一旦发生拒动或误动都会给电网带来很严重的后果，在实际应用中，本文所讨论的几种特殊情况下的连环失灵情况虽然发生的几率很小，但是一旦发生，对电力系统造成的影响将会很大，因此有必要对这几类特殊情况在二次回路的设计上进行改进，尽可能地消除这种隐患，从而保证电网的安全运行。
参考文献
[1]熊启新，汪旭峰，彭淑明等.变电站二次回路识图与分析[M].北京：中国电力出版社.
[2]罗志平，熊迪，吴祖文，刘艳容.220kV双母线断路器失灵保护的几点改进[J].继电器，2008（11）：68-69.
[3]南京南瑞继保电气有限公司.RCS—915AB型微机母线保护装置技术和使用说明书[S].
作者简介：
万小萍（1978—），女，大学本科，工程师，主要从事电力系统变电站运行工作。
万东萍（1976—），女，大学本科，助理工程师，主要从事电力系统变电检修工作。
【关键词】断路器失灵保护；母差保护；母联失灵
1.引言
在220kV及以上电压等级的变电站中，当电气设备发生短路故障，在保护装置动作于切除故障时，可能伴随故障元件的断路器拒动，也即发生了断路器的失灵故障。针对这种情况，应该专门装设断路器失灵保护，以满足切除故障的要求。从电网的实际接线来看，由于整个网络密集，个别线路乃至个别母线因故障跳闸后，只要能够保证断路器快速跳闸，对整个系统稳定运行影响并不大，但如果在电网中出现几个断路器同时失灵，若不在保护回路的设计中加以考虑，而由较长延时的远后备保护来切除故障，相对来讲对系统的稳定运行影响更大。因此应尽量避免存在设计上的保护死区，笔者在下文中对上述的几种特殊情况进行了简要分析，并提出了一些克服此类特殊情况的改进方法。
2.线路故障时断路器连环失灵
220kV系统主接线普遍采用的是双母线接线形式，断路器失灵保护的判别条件是保护出口触点动作不返回，并且经过本断路器的电流大于失灵启动电流，而且这种情况已经持续了一段时间，即断路器在保护出口后经过失灵整定时间后仍然流过故障电流，则认为此断路器失灵，这时失灵保护动作，从而以短延时跳开母联或分段断路器，以长延时跳开该母线上所连接的所有断路器。
如图1所示，220kV系统接线方式为双母线接线，L1与L2分别为两条出线。
图1 双母线接线简图
L1线路保护配置情况如下：
第一套线路保护装置：CSL-101B
第二套线路保护装置：RCS-901B
断路器的辅助保护：CSI-101C
当L1线路A点发生故障时，线路保护正确动作，若L1线路211断路器由于某种原因拒绝跳闸时，如图2所示，将启动断路器失灵保护：
图2 断路器失灵保护启动简图
图2中，LP1为断路器的辅助保护即第一套失灵启动装置（CSI-101C）中的失灵总投压板，CSI-101C还包括图中LP1压板左侧的过流常开接点。LP2为操作箱（CZX-12R）回路中的三相启动失灵压板，CZX-12R还包括图中LP2压板左侧的三相跳闸命令永跳继电器TJR接点和三跳继电器TJQ接点。左上方为第一套线路保护装置（CSL-101B），包括三相启动失灵压板及其左侧的保护动作常开接点。中间为第二套线路保护装置（RCS-901B），包括三相启动失灵压板及其左侧的保护动作常开接点[1]。所有这些元件连接后通过失灵总投压板（LP1）开入到RCS—915AB母差保护的断路器失灵保护二次回路中，从而以短延时跳开母联200断路器，以长延时跳开出线L1所连接母线上的所有断路器。
但如果出现断路器连环失灵，也即出线L1的A点发生故障后，不但出线L1的211断路器机构失灵，而且又出现第二个断路器失灵的情况，需分以下三种情况来分析：
2.1 出线L1的断路器失灵后出线L2的断路器再失灵
当出线L1的A点发生故障后，L1对侧断路器正确动作，因211断路器某种机构原因拒动而失灵，若图1中L1与L2均在Ⅰ母运行，出线L1启动Ⅰ母失灵后，通过失灵保护出口启动母差来跳开出线L2的212断路器。如果212断路器也因某种原因拒动，以220kV系统普遍配置的高频保护为例，出线L2对侧判断为正方向，本侧线路保护虽然判断为反方向，但由于失灵保护启动后会启动出线L2线路保护分相操作箱中的永跳继电器TJR，从而通过永跳继电器TJR的常开触点的闭合来驱动线路L2高频保护停信，以此让对侧高频保护及时动作来切除故障[2]。如果主变高压侧侧为110kV系统（双母线接线方式），则以110kV线路普遍配置的距离保护和零序电流保护为例，A点发生故障时，只能依靠出线L2对侧保护的Ⅱ段动作来跳开L2对侧断路器，从而切除故障。由于微机保护容易实现延时整定，可以适当缩短Ⅱ段的延时时间，从而保证系统的稳定运行。
2.2 出线L1断路器失灵后主变断路器再失灵
当出线L1的A点发生故障，L1对侧断路器正确动作后，因211断路器某种机构原因拒动而失灵，假设图1中211断路器与2号主变高压侧201断路器均在Ⅰ母运行，出线L1启动Ⅰ母失灵后，通过失灵保护出口启动母差来跳开201断路器。如果201断路器也因某种原因拒动，若110kV侧电源较强或有两台以上主变并列运行时，由于没有快速保护，将会对系统，尤其是对变压器造成很大的损害，造成严重的后果。特别是当201断路器与电流互感器之间发生死区故障时，因220kV侧主变所在母线失去电压，220kV侧零序方向保护会失去作用，220kV侧复压过流保护由于失去复合电压判据也失去作用（复合电压取本侧时），此时，只能依靠较长延时的不带方向的后备保护来切除故障，时间长达5s以上，因此后果极其严重。有鉴于此，当220kV主变中压侧可能存在较强大电源时，为了防止上述情况的发生，同时为了保障变压器的安全，可在二次回路的设计上加以改动，即不论是失灵启动跳主变高压侧断路器还是母差保护动作跳主变高压侧断路器，均直接联跳主变三侧，简要逻辑图如图3所示。
图3 联跳主变三侧逻辑简图
2.3 出线L1断路器失灵后母联断路器再失灵
当出线L1的A点发生故障，L1对侧断路器正确动作后，因211断路器某种机构原因拒动而失灵，将启动失灵保护去跳开母联200断路器，若此时母联200断路器也因某种机构原因拒动，如图4所示，由于A点故障不在Ⅱ段母线的母差保护范围之内[3]，Ⅱ母上的各元件只能通过其远后备保护来切除故障，由于切除故障时间较长，对系统将会产生很大的影响。
图4 母差保护范围简图
改进措施：针对上述特殊情况，在二次回路的设计中，可采用失灵启动（或母差启动）跳母联接点串联母联过流接点来直接跳开Ⅰ母和Ⅱ母，为保证动作的可靠性，还应经母线电压闭锁后才可切除两母线上所有连接元件，逻辑图见图5。其中，Iset为母联失灵电流的整定值，母联Ia为母联A相电流，Tms为整定的延时。
图5 改进后的逻辑简图
原理图见图6，其中母联LJA为A相母联过流接点。
图6 改进后的母联失灵保护原理图
3.结束语
断路器失灵保护是电网中的重要部分，一旦发生拒动或误动都会给电网带来很严重的后果，在实际应用中，本文所讨论的几种特殊情况下的连环失灵情况虽然发生的几率很小，但是一旦发生，对电力系统造成的影响将会很大，因此有必要对这几类特殊情况在二次回路的设计上进行改进，尽可能地消除这种隐患，从而保证电网的安全运行。
参考文献
[1]熊启新，汪旭峰，彭淑明等.变电站二次回路识图与分析[M].北京：中国电力出版社.
[2]罗志平，熊迪，吴祖文，刘艳容.220kV双母线断路器失灵保护的几点改进[J].继电器，2008（11）：68-69.
[3]南京南瑞继保电气有限公司.RCS—915AB型微机母线保护装置技术和使用说明书[S].
作者简介：
万小萍（1978—），女，大学本科，工程师，主要从事电力系统变电站运行工作。
万东萍（1976—），女，大学本科，助理工程师，主要从事电力系统变电检修工作。