论文部分内容阅读
[摘要] 断路器失灵保护的瞬时跟跳功能,以及有选择的将失灵保护振动的断路器所连接母线上的其余运行中的断路器断开的功能,有利于电网的安全、稳定、可靠运行。
[关键词] 断路器 失灵保护 跳闸 处理
0 引言
所谓断路器失灵保护,就是连接在同一条母线上的电气设备发生故障时,当故障元件的保护动作出口,而其断路器操作机构失灵拒绝跳闸时,通过故障元件的保护判别启动相关逻辑回路,在较短的时间内跳开同一母线上的其它断路器的一种保护装置,又称母线后备保护。断路器失灵保护是近后备中防止断路器拒动的一项有效措施。
1 装设断路器失灵保护的重要性
随着电网的日趋复杂,电网的安全性变得越来越重要,继电保护的拒动给电网带来的危害越来越大。原则上,电网任一处的断路器都应设有一定的后备保护措施。用相邻元件的保护作后备,是最简单合理的后备保护方式。但在高压电网中,由于短线路的增多和电源支路的助增作用,实现上述后备方式往往有较大困难。目前,高压电网中能起完全后备作用的,只有个别几套保护,而对变压器发生内部故障的后备作用则更差。接地保护的情况略好于相间保护,但相邻线故障时,其故障电流分支系数也小,所以也有相当一部分线路,尤其是短线路的接地保护,不能对相邻线路或变压器故障起后备作用。因此,“继电保护及安全自动装置技术规程”规定:220kV以上变电站及某些重要的110kV变电站应装设断路器失灵保护。
在220kV 及以上电力网中,以及110kV 电力网的个别重要部分,由于输电线路一般输送的功率大,输送距离远,当线路发生故障而断路器又拒动时,将给电网带来很大威胁,故普遍装设了断路器失灵保护。在输电线路、变压器或母线的电气设备发生故障时,继电保护动作发出跳闸命令,可能发生因断路器跳闸线圈故障、操作机构失灵、压缩空气或绝缘油的压强下降,导致断路器拒动时,有选择地以较短的时限将失灵拒动的断路器所连接母线上的其余运行中的断路器断开,以减小设备损坏,缩小停电范围,从而保证整个电网的稳定运行,避免造成发电机、变压器等严重烧损和电网的崩溃,提高系统的安全稳定性。
2失灵保护的工作原理
2.1线路发生故障后,线路保护发出跳闸命令,同时失灵保护接收到来自线路保护的跳闸信号,如果同时又检测到其保护的断路器仍有电流,失灵保护即判断为断路器失灵,并发出跳闸命令,首先以较短的时限再跳本断路器,以较长时限跳相邻断路器。
当发生故障的时候,5QF的保护装置动作后,若5QF拒动,而且低电压元件U<动作,则“与”门开放,经延时t跳开2QF、3QF。
起动元件:由该组母线上所有引出线(2QF、3QF、5QF)的保护装置出口继电器构成。其作用是在发生断路器失灵时启动断路器失灵保护。
低电压元件U<:辅助判别元件,其作用是判断故障是否已消除。
延时元件t:鉴别是短路故障还是断路器失灵。
2.2断路器保护按照故障相失灵、非故障相失灵和发、变三跳失灵启动。
2.2.1故障相失灵
收到线路保护跳闸信号并且判定失灵过流高定值动作后,先经较短延时发三相跳闸命令跳本断路器,以较长时限跳相邻断路器。
2.2.2非故障相失灵
由三相跳闸输入节点保持失灵过流高定值动作元件,并且失灵过流低定值動作元件连续动作,此时,输出的动作逻辑先经较短延时发三相跳闸命令跳本断路器,以较长时限跳相邻断路器。
2.2.3发、变三跳失灵启动
可经由整定控制字投退的辅助判据开放失灵保护,输出的动作逻辑先经较短延时发三相跳闸命令跳本断路器,以较长时限跳相邻断路器。
3断路器失灵保护的基本构成及其作用
失灵保护由电压闭锁元件、保护动作与电流判别构成的启动回路、时间元件及跳闸出口回路组成。
3.1时间元件是断路器失灵保护的中间环节,对于双母线接线的变电站可以每一个断路器设一个,也可以几个断路器共设一个。一般每条母线设一个具有两段延时的时间元件,以较短延时跳母线联络断路器,以较长时间跳其他有关断路器。3/2接线的变电站每个断路器设一个时间元件,以较短延时再跳本断路器,以较长时间跳与拒动断路器相前的其他有关断路器。为防止单一时间元件故障造成失灵保护误动,时间元件应与启动回路构成“与”逻辑后,再启动出口继电器。
3.2启动回路是保证整套保护正确工作的关键之一,包括启动元件和判别元件,两个元件构成“与”逻辑,实现双重判别,防止单一条件判断断路器失灵。启动元件通常利用断路器自动跳闸出口回路本身,可直接用瞬时返回的出口跳闸继电器触点,也可也出口跳闸继电器并联的、瞬时返回的辅助中间继电器触点、触点动作不复归表示断路器失灵。判别元件以不同的方式鉴别故障确未消除。现有运行设备采用相电流(线路)、零序电流(变压器)的“有流”判别方式。保护动作后,回路中仍有电流,说明故障未消除。
3.3失灵保护的电压闭锁元件一般由母线低电压、负序电压和零序电压继电器构成。当失灵保护与母差保护共用出口跳闸回路时,它们也共用电压闭锁元件。3/2接线的变电站失灵保护通常不设电压闭锁。
3.4断路器失灵保护负序、零序和低电压闭锁元件的整定值,应综合保证与本母线相连的任一线路末端和任一变压器低压侧发生短路故障时有足够的灵敏度。其中负序电压、零序电压闭锁元件应保证能可靠躲过正常情况下的不平衡电压,低电压闭锁元件应在母线最低电压下不动作,而在切除故障后能可靠返回。
4断路器失灵保护时间定值整定原则:
4.1断路器失灵保护的配置原则
4.1.1当断路器拒动时,相邻设备和线路的后备保护没有足够大的灵敏系数,不能可靠动作切除故障时;
4.1.2当断路器拒动时,相邻设备和线路的后备保护虽能动作跳闸,但切除故障时间过长而引起严重后果时;
4.1.3若断路器与电流互感器之间距离较长,在其间发生短路故障不能由该电力设备的主保护切除,而由其他后备保护切除,将扩大停电范围并引起严重后果时。
4.2断路器失灵保护时间定值的基本要求:
断路器失灵保护所需动作延时,必须保证让故障线路或设备的保护装置先可靠动作跳闸,应为断路器跳闸时间和保护返回时间之和再加裕度时间,以较短时间动作于断开母联断路器成分段断路器,再经一时限动作于连接在同一母线上的所有有电源支路的断路器。一般使用精度高的时间元件,两段时限分别整定为0.15S和0.25S。
5断路器失灵保护的技术要求
由于断路器失灵保护要动作于跳开一组母线上的所有断路器,而且在保护的接线上将所有断路器的操作回路都连接在一起,因此,应注意提高失灵保护动作的可靠性,以防止误动而造成严重的事故。为此,对失灵保护的设计应提出如下要求:
5.1对带有母联断路器和分段断路器的母线,要求断路器失灵保护首先动作与断开母联断路器可分段断路器,然后动作于断开与拒动断路器连接在同一母线上的所有电源支路的断路器。
5.23/2接线中一串三个断路器中的发生断路器拒动时,经较短的时限(约0.13～0.25s)跳开与拒动断路器相关连的所有断路器,包括采取远方通道将线路对侧断路器闸跳闸并闭锁其重合闸。
5.3断路器失灵保护由故障元件的继电保护启动,手动跳开断路器时不可启动失灵保护。
5.4断路器失灵保护的动作时间应大于故障元件断路器跳闸时间和继电保护返回时间之和,再考虑一定的裕度。
5.5应使失灵保护不被误启动或引起误跳闸。
5.6与某一连接元件退出运行时,它的启动失灵保护的回路应同时退出工作,以防止试验时引起失灵保护的误动作。
5.7当变压器发生故障或不采用母线重合闸时,失灵保护动作后应闭锁各连接元件的重合闸回路,以防止对故障元件进行重合。
5.8当以旁路断路器代替某一连接元件的断路器时,失灵保护的启动回路可作相应的切换。
6应用断路器失灵保护应注意的几个问题
6.1由于断路器失灵保护动作切除的设备范围大,影响面广,因此,为了提高动作可靠性,必须在同时具备下列条件下,断路器失灵保护才允许动作:
6.1.1故障线路或设备的保护能瞬时复归的出口继电器动作后不返回。
6.1.2在保护范围内故障持续存在,即由快速复归的相电流断电器组成都市检查故障电流的鉴别元件动作而不返回。相电流差别元件的定值,应在保护线路末端故障有足够灵敏度的前提下,尽量按大于负荷电流整定。
6.2非电量保护不能启动断路器失灵保护
因为非电量保护接点动作和返回的时间均较慢,启动失灵保护可靠性差,非电量保护动作时,有时电流不会快速增加很多,达不到失灵启动电流值,此时失灵保护不会启动。
6.3后备保护不能直接启动断路器失灵保护
用后备保护启动程序跳闸的同时去启动失灵的做法,一旦发生发变组故障必然引起失灵保护误动跳闸,扩大事故范围。
6.4辅助保护不应启动断路器失灵保护
如主变冷却器全停保护作为主变压器的辅助保护,该保护一旦动作解列灭磁,在短时间内保护接点不会返回,必须认为恢复冷却器工作或备用电源后,保护接点才能返回,易引起保护误动。因此,此类保护不要启动失灵保护。
6.5区别发变组失灵保护与线路失灵保护的不同
6.5.1由于大型发变组保护启动失灵保护的种类繁多,各种保护的原理不相同,有快有慢。
6.5.2发变组一般采用三相联动断路器,比线路分相操作断路器动作时间长。
7断路器失灵保护动作的现象
7.1警铃响,对应的母线所连接的断路器跳闸,同时有拒跳断路器仍保持合闸位置,但其表计指示应为零。
7.2检查保护装置,有失灵保护动作指示灯亮或相应信号继电器掉闸;同时有线路、主变压器和其它保护动作信号。
7.3伴随断路器拒动的故障或异常现象,如“分闸闭锁”、“压力异常”、“控制回路断线”等光字牌或其它异常现象。
8断路器失灵保护动作跳闸的处理
8.1失灵保护动作后,应立即检查相应的一次设备状态,记录信号,并及时将检查及保护动作情况汇报调度。
8.2当确认某断路器保护动作出口,而断路器拒分,失灵保护动作将该母线上其他断路器跳闸,此时应立即断开该断路器,并拉开两侧隔离开关,隔离故障点,检查母线确无故障后依据调度指令逐个恢复其他断路器的正常运行。
8.3若母联断路器失灵,失灵保护动作将跳开两条母线上所有断路器,则表明失灵保无选择性动作,此时应申请调度将失灵保护停用,由专业保护人员检查,同时断开该断路器,并拉开两侧隔离开关,检查母线确无故障后依据调度指令逐个恢复其他断路器的正常运行。
8.4母联差动保护动作,同时失灵保护动作将各断路器跳闸,可以判断为母联断路器拒分,此时应详细检查母线设备,在未查出故障原因或故障未消除前,严禁向母线送电。
8.5无任何断路器保护动作而失灵保护动作,应根据系统有无故障现象综合分析动作行为,如果确认失灵保护误动,应汇报调度将失灵保护停用,然后逐一恢复各断路器的正常运行,由专业保护人员处理存在问题。
9结论
隨着电力系统网架结构联系越来越紧密,继电保护拒动相对其误动对电力系统的危害一般会更大。为了系统的安全稳定,应该从保护的配置及原理上将防止继电保护拒动放在首位。失灵保护作为断路器的后备保护,能有效避免事故的扩大,其瞬时跟跳功能,以及有选择地将母线上除失灵拒动的断路器外,其余运行中的断路器断开的功能,有利于电网的安全、稳定、可靠地运行。通过采用高可靠性的失灵保护判别元件和装置,合理接线、整定,严格按规程操作,必将极大地提高失灵保护的正确动作率,为电网的安全运行发挥应有的作用。
参考文献:
[1] 李坚郭建文 变电运行及设备管理技术问答北京: 中国电力出版社, 2005.
[2] 廖自强余正海 变电运行事故分析及处理 北京: 中国电力出版社, 2004.
[关键词] 断路器 失灵保护 跳闸 处理
0 引言
所谓断路器失灵保护,就是连接在同一条母线上的电气设备发生故障时,当故障元件的保护动作出口,而其断路器操作机构失灵拒绝跳闸时,通过故障元件的保护判别启动相关逻辑回路,在较短的时间内跳开同一母线上的其它断路器的一种保护装置,又称母线后备保护。断路器失灵保护是近后备中防止断路器拒动的一项有效措施。
1 装设断路器失灵保护的重要性
随着电网的日趋复杂,电网的安全性变得越来越重要,继电保护的拒动给电网带来的危害越来越大。原则上,电网任一处的断路器都应设有一定的后备保护措施。用相邻元件的保护作后备,是最简单合理的后备保护方式。但在高压电网中,由于短线路的增多和电源支路的助增作用,实现上述后备方式往往有较大困难。目前,高压电网中能起完全后备作用的,只有个别几套保护,而对变压器发生内部故障的后备作用则更差。接地保护的情况略好于相间保护,但相邻线故障时,其故障电流分支系数也小,所以也有相当一部分线路,尤其是短线路的接地保护,不能对相邻线路或变压器故障起后备作用。因此,“继电保护及安全自动装置技术规程”规定:220kV以上变电站及某些重要的110kV变电站应装设断路器失灵保护。
在220kV 及以上电力网中,以及110kV 电力网的个别重要部分,由于输电线路一般输送的功率大,输送距离远,当线路发生故障而断路器又拒动时,将给电网带来很大威胁,故普遍装设了断路器失灵保护。在输电线路、变压器或母线的电气设备发生故障时,继电保护动作发出跳闸命令,可能发生因断路器跳闸线圈故障、操作机构失灵、压缩空气或绝缘油的压强下降,导致断路器拒动时,有选择地以较短的时限将失灵拒动的断路器所连接母线上的其余运行中的断路器断开,以减小设备损坏,缩小停电范围,从而保证整个电网的稳定运行,避免造成发电机、变压器等严重烧损和电网的崩溃,提高系统的安全稳定性。
2失灵保护的工作原理
2.1线路发生故障后,线路保护发出跳闸命令,同时失灵保护接收到来自线路保护的跳闸信号,如果同时又检测到其保护的断路器仍有电流,失灵保护即判断为断路器失灵,并发出跳闸命令,首先以较短的时限再跳本断路器,以较长时限跳相邻断路器。
当发生故障的时候,5QF的保护装置动作后,若5QF拒动,而且低电压元件U<动作,则“与”门开放,经延时t跳开2QF、3QF。
起动元件:由该组母线上所有引出线(2QF、3QF、5QF)的保护装置出口继电器构成。其作用是在发生断路器失灵时启动断路器失灵保护。
低电压元件U<:辅助判别元件,其作用是判断故障是否已消除。
延时元件t:鉴别是短路故障还是断路器失灵。
2.2断路器保护按照故障相失灵、非故障相失灵和发、变三跳失灵启动。
2.2.1故障相失灵
收到线路保护跳闸信号并且判定失灵过流高定值动作后,先经较短延时发三相跳闸命令跳本断路器,以较长时限跳相邻断路器。
2.2.2非故障相失灵
由三相跳闸输入节点保持失灵过流高定值动作元件,并且失灵过流低定值動作元件连续动作,此时,输出的动作逻辑先经较短延时发三相跳闸命令跳本断路器,以较长时限跳相邻断路器。
2.2.3发、变三跳失灵启动
可经由整定控制字投退的辅助判据开放失灵保护,输出的动作逻辑先经较短延时发三相跳闸命令跳本断路器,以较长时限跳相邻断路器。
3断路器失灵保护的基本构成及其作用
失灵保护由电压闭锁元件、保护动作与电流判别构成的启动回路、时间元件及跳闸出口回路组成。
3.1时间元件是断路器失灵保护的中间环节,对于双母线接线的变电站可以每一个断路器设一个,也可以几个断路器共设一个。一般每条母线设一个具有两段延时的时间元件,以较短延时跳母线联络断路器,以较长时间跳其他有关断路器。3/2接线的变电站每个断路器设一个时间元件,以较短延时再跳本断路器,以较长时间跳与拒动断路器相前的其他有关断路器。为防止单一时间元件故障造成失灵保护误动,时间元件应与启动回路构成“与”逻辑后,再启动出口继电器。
3.2启动回路是保证整套保护正确工作的关键之一,包括启动元件和判别元件,两个元件构成“与”逻辑,实现双重判别,防止单一条件判断断路器失灵。启动元件通常利用断路器自动跳闸出口回路本身,可直接用瞬时返回的出口跳闸继电器触点,也可也出口跳闸继电器并联的、瞬时返回的辅助中间继电器触点、触点动作不复归表示断路器失灵。判别元件以不同的方式鉴别故障确未消除。现有运行设备采用相电流(线路)、零序电流(变压器)的“有流”判别方式。保护动作后,回路中仍有电流,说明故障未消除。
3.3失灵保护的电压闭锁元件一般由母线低电压、负序电压和零序电压继电器构成。当失灵保护与母差保护共用出口跳闸回路时,它们也共用电压闭锁元件。3/2接线的变电站失灵保护通常不设电压闭锁。
3.4断路器失灵保护负序、零序和低电压闭锁元件的整定值,应综合保证与本母线相连的任一线路末端和任一变压器低压侧发生短路故障时有足够的灵敏度。其中负序电压、零序电压闭锁元件应保证能可靠躲过正常情况下的不平衡电压,低电压闭锁元件应在母线最低电压下不动作,而在切除故障后能可靠返回。
4断路器失灵保护时间定值整定原则:
4.1断路器失灵保护的配置原则
4.1.1当断路器拒动时,相邻设备和线路的后备保护没有足够大的灵敏系数,不能可靠动作切除故障时;
4.1.2当断路器拒动时,相邻设备和线路的后备保护虽能动作跳闸,但切除故障时间过长而引起严重后果时;
4.1.3若断路器与电流互感器之间距离较长,在其间发生短路故障不能由该电力设备的主保护切除,而由其他后备保护切除,将扩大停电范围并引起严重后果时。
4.2断路器失灵保护时间定值的基本要求:
断路器失灵保护所需动作延时,必须保证让故障线路或设备的保护装置先可靠动作跳闸,应为断路器跳闸时间和保护返回时间之和再加裕度时间,以较短时间动作于断开母联断路器成分段断路器,再经一时限动作于连接在同一母线上的所有有电源支路的断路器。一般使用精度高的时间元件,两段时限分别整定为0.15S和0.25S。
5断路器失灵保护的技术要求
由于断路器失灵保护要动作于跳开一组母线上的所有断路器,而且在保护的接线上将所有断路器的操作回路都连接在一起,因此,应注意提高失灵保护动作的可靠性,以防止误动而造成严重的事故。为此,对失灵保护的设计应提出如下要求:
5.1对带有母联断路器和分段断路器的母线,要求断路器失灵保护首先动作与断开母联断路器可分段断路器,然后动作于断开与拒动断路器连接在同一母线上的所有电源支路的断路器。
5.23/2接线中一串三个断路器中的发生断路器拒动时,经较短的时限(约0.13～0.25s)跳开与拒动断路器相关连的所有断路器,包括采取远方通道将线路对侧断路器闸跳闸并闭锁其重合闸。
5.3断路器失灵保护由故障元件的继电保护启动,手动跳开断路器时不可启动失灵保护。
5.4断路器失灵保护的动作时间应大于故障元件断路器跳闸时间和继电保护返回时间之和,再考虑一定的裕度。
5.5应使失灵保护不被误启动或引起误跳闸。
5.6与某一连接元件退出运行时,它的启动失灵保护的回路应同时退出工作,以防止试验时引起失灵保护的误动作。
5.7当变压器发生故障或不采用母线重合闸时,失灵保护动作后应闭锁各连接元件的重合闸回路,以防止对故障元件进行重合。
5.8当以旁路断路器代替某一连接元件的断路器时,失灵保护的启动回路可作相应的切换。
6应用断路器失灵保护应注意的几个问题
6.1由于断路器失灵保护动作切除的设备范围大,影响面广,因此,为了提高动作可靠性,必须在同时具备下列条件下,断路器失灵保护才允许动作:
6.1.1故障线路或设备的保护能瞬时复归的出口继电器动作后不返回。
6.1.2在保护范围内故障持续存在,即由快速复归的相电流断电器组成都市检查故障电流的鉴别元件动作而不返回。相电流差别元件的定值,应在保护线路末端故障有足够灵敏度的前提下,尽量按大于负荷电流整定。
6.2非电量保护不能启动断路器失灵保护
因为非电量保护接点动作和返回的时间均较慢,启动失灵保护可靠性差,非电量保护动作时,有时电流不会快速增加很多,达不到失灵启动电流值,此时失灵保护不会启动。
6.3后备保护不能直接启动断路器失灵保护
用后备保护启动程序跳闸的同时去启动失灵的做法,一旦发生发变组故障必然引起失灵保护误动跳闸,扩大事故范围。
6.4辅助保护不应启动断路器失灵保护
如主变冷却器全停保护作为主变压器的辅助保护,该保护一旦动作解列灭磁,在短时间内保护接点不会返回,必须认为恢复冷却器工作或备用电源后,保护接点才能返回,易引起保护误动。因此,此类保护不要启动失灵保护。
6.5区别发变组失灵保护与线路失灵保护的不同
6.5.1由于大型发变组保护启动失灵保护的种类繁多,各种保护的原理不相同,有快有慢。
6.5.2发变组一般采用三相联动断路器,比线路分相操作断路器动作时间长。
7断路器失灵保护动作的现象
7.1警铃响,对应的母线所连接的断路器跳闸,同时有拒跳断路器仍保持合闸位置,但其表计指示应为零。
7.2检查保护装置,有失灵保护动作指示灯亮或相应信号继电器掉闸;同时有线路、主变压器和其它保护动作信号。
7.3伴随断路器拒动的故障或异常现象,如“分闸闭锁”、“压力异常”、“控制回路断线”等光字牌或其它异常现象。
8断路器失灵保护动作跳闸的处理
8.1失灵保护动作后,应立即检查相应的一次设备状态,记录信号,并及时将检查及保护动作情况汇报调度。
8.2当确认某断路器保护动作出口,而断路器拒分,失灵保护动作将该母线上其他断路器跳闸,此时应立即断开该断路器,并拉开两侧隔离开关,隔离故障点,检查母线确无故障后依据调度指令逐个恢复其他断路器的正常运行。
8.3若母联断路器失灵,失灵保护动作将跳开两条母线上所有断路器,则表明失灵保无选择性动作,此时应申请调度将失灵保护停用,由专业保护人员检查,同时断开该断路器,并拉开两侧隔离开关,检查母线确无故障后依据调度指令逐个恢复其他断路器的正常运行。
8.4母联差动保护动作,同时失灵保护动作将各断路器跳闸,可以判断为母联断路器拒分,此时应详细检查母线设备,在未查出故障原因或故障未消除前,严禁向母线送电。
8.5无任何断路器保护动作而失灵保护动作,应根据系统有无故障现象综合分析动作行为,如果确认失灵保护误动,应汇报调度将失灵保护停用,然后逐一恢复各断路器的正常运行,由专业保护人员处理存在问题。
9结论
隨着电力系统网架结构联系越来越紧密,继电保护拒动相对其误动对电力系统的危害一般会更大。为了系统的安全稳定,应该从保护的配置及原理上将防止继电保护拒动放在首位。失灵保护作为断路器的后备保护,能有效避免事故的扩大,其瞬时跟跳功能,以及有选择地将母线上除失灵拒动的断路器外,其余运行中的断路器断开的功能,有利于电网的安全、稳定、可靠地运行。通过采用高可靠性的失灵保护判别元件和装置,合理接线、整定,严格按规程操作,必将极大地提高失灵保护的正确动作率,为电网的安全运行发挥应有的作用。
参考文献:
[1] 李坚郭建文 变电运行及设备管理技术问答北京: 中国电力出版社, 2005.
[2] 廖自强余正海 变电运行事故分析及处理 北京: 中国电力出版社, 2004.