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【摘要】:本文通过笔者多年工作经验，简单阐述了电网操作过程中对继电保护装置运行方式的影响,并针对性地提出操作过程中保护方式的处理及注意事项。
【关键词】:电网操作继电保护保护方式分析
前言
随着电网规模的不断扩大,电网运行中调度操作越来越频繁,操作过渡运行方式下经常会出现继电保护功能不健全、上下级配合不严谨及新投保护系统不够可靠的问题,这些都将对设备安全和系统稳定构成严重威胁。因此,对操作过渡过程中继电保护特殊问题进行分析,对继电保护的运行方式进行科学合理的处置, 显得越来越重要。
1、旁路断路器代路过程中的保护分析
根据目前江西电网220kV变电站的接线方式,220kV旁路断路器仅有转代线路断路器和主变压器(以下简称主变)断路器两种方式。
1.1旁路断路器转代线路断路器
本文以清江变电站220kV旁路241断路器代211断路器为例说明旁路代路操作中保护方式的安排,如图1所示。
图1变电站220kV主接线简图
211线配置数字式微机高压线路成套快速保护LFP-901A型装置。LFP-901A为允许式光纤方向保护,配置的光纤接口装置为南瑞公司生产的FOX-40F型光端机。LFP-902A为高频闭锁保护,其高频收发信机为南瑞公司生产的LFX-912型继电保护专用收发信机。旁路241断路器配有微机高频闭锁保护LFP-902A装置。241断路器代211断路器时,微机方向光纤保护不能切换,只能将微机高频闭锁保护切换至旁路,具体操作如下:
(1)调整241保护定值并核对正确,投入241保护及重合闸,高频保护不投;(2)241断路器向旁路母线充电正常后拉开241断路器;(3)退出211两侧微机方向光纤保护;(4)合上2114旁路刀闸;(5)合上241旁路断路器;(6)断开211断路器;(7)退出211两侧微机高频闭锁保护;(8)切换211高频保护至旁路,通道试验正常;(9)投入241断路器高频保护;(10)将211断路器转检修。
由于211断路器有两套快速保护,旁路代路时只能切换一套,在冲击旁路操作前即(1)~(2)项时,若出现旁路母线故障,靠旁路断路器保护切除故障。为保证一次设备操作的连续性,考虑该线路有一套主保护即能满足要求,故将211线两侧微机光纤保护提前退出。(4)~(5)项操作过程中,若出现故障,故障可视为211线路分支线,211线微机高频闭锁保护可快速切除故障。代路操作解环后,进行高频通道切换。上述操作过程中,僅在高频切换短时间内线路失去快速保护,此时靠线路后备保护切除故障。
如果先将高频通道切换至旁路保护并投入高频保护,再进行一次设备操作,则在(4)~(6)项操作过程中线路仅靠后备保护即距离和零序Ⅰ段保护动作。另外,如此操作则241断路器处于断位的时间比典型操作中211断路器处于断位的时间相对要长,由于“位置停信”的作用,线路区外故障时对侧高频保护和211(通道已切换到241)高频误动的概率有所增大。
需要指出,在转代操作过程中一般要求旁路断路器和被代路断路器分配在同一母线上,否则两组母线有被两组断路器经旁路母线跨接的过程,增加误操作可能。在旁路断路器可代主变断路器的接线方式下,操作241断路器合闸之前,应检查241断路器主变纵差电流互感器TA(以下简称TA)端子确在“短接”位置,以免造成主变差动保护误动。
1.2旁路断路器转代主变断路器
旁路断路器转代主变断路器时,必须保证主变本身保护的完整运行。
(1)为保证主变断路器停运后,主变保护正确、可靠运行,主变保护电流回路需切换至旁路断路器TA,若切换前后TA变比不同,应考虑改变主变差动及后备保护电流二次值。
(2)TA切换过程中,差动回路差电流分析:当旁路断路器与主变断路器TA相同时,在旁路断路器合环前先将旁路断路器纵差TA端子由“短接”改为“接入”;合上旁路断路器、拉开被代主变断路器后,将主变断路器纵差TA端子由“接入”改为“短接”。这样操作,由于TA端子接入与设备一次状态的一致性,避免了差动回路差电流的出现,不会引起差动保护误动作。在实际旁路代主变断路器操作的过程中较慎重的做法是:在合主变至旁路隔离闸刀时,退出主变差动保护、将旁路断路器纵差TA端子由“短接”改为“接入”、主变断路器纵差TA端子由“接入”改为“短接”、电压切换闸刀进行切换、合旁路断路器、拉开主变断路器、检查差电流、投入保护,再将主变断路器转检修。该做法的主要问题是:主变快速保护短时间停役,此时若发生主变差动保护范围内设备故障,仅靠主变后备保护切除故障,减小了保护可靠性。解决办法:投入旁路保护跳主变各侧断路器,增加旁路断路器保护二次回路的复杂性。
(3)旁路TA作为差动保护的一侧接入:理想的做法应该是在主变保护中增加1或2侧电流回路,正常接入旁路TA的电流回路,由主变断路器旁路闸刀信息来自动控制是否将该电流计入差动回路及切换相应后备保护所用电流和定值。
(4)变压器保护中的非全相保护。设在主变保护中的断路器非全相保护应随主变断路器的退出而退出(旁路断路器有自己的非全相保护),否则其不一致接点来自主变断路器的位置继电器,而闭锁电流取自旁路TA,在主变断路器检修过程中,“不一致”条件可能具备,如在遇区外故障延时切除,“闭锁电流”动作,就会造成非全相保护误动作。
2、新间隔投运中的保护分析
2.1新间隔启动送电
目前,大部分变电站220kV部分均采用双母线代旁路的接线方式。新线路启动时,由于新间隔保护不能正常使用,故考虑用旁路断路器代新间隔断路器进行线路冲击合闸工作。具体操作:将所有运行设备倒至一段母线运行,空出一段母线,将旁路母线代新间隔运行在空母线上,用旁路断路器对新线路进行冲击启动,线路冲击正常后,恢复新间隔运行,在新间隔充电投运启动前,应将母差和失灵保护退出,进行新间隔有关回路的接入和传动试验。失灵保护在传动正确后即可投入运行,母差则还需要带负荷或合环后进行向量检查正确后方可投入。新间隔带方向的保护应在带负荷作向量试验正确后投运,此时,应考虑用母联过流保护作为后备保护。用线路保护作为充电保护的方式下,为保证线路纵联差动保护对线路以及被充电间隔(包括断路器、TA、隔离闸刀)的故障能够快速可靠动作,对于闭锁式保护,可将被充电侧收发信机的电源关闭,或充电侧收发信机置“本机—负载”方式;对于允许式或电流纵联差动保护,需要把接口装置或通道置为“自环”工作方式。线路首端的重合闸应停用。对新间隔充电完毕,线路断路器合环、带负荷之前,将线路保护通道工作方式恢复正常。
2.2用母联断路器配置的充电保护
适用于向母联断路器间隔之外的间隔进行充电(如新投运母线、本变电站新断路器间隔等),充电保护一般包括如下保护。
(1)自动投入短时作用的过流保护由断路器跳闸位置继电器常开接点控制,判别断路器在合闸位置后,即投入保护,达到电流定值和时间后动作,否则,判断跳闸位置继电器接点返回(断路器合闸)后,经固定延时(通常为几秒钟)退出保护。该保护只在合断路器的操作过程短时投入,没有人工操作造成的漏投、漏退的危险。
(2)人工投入长时作用的过流保护投入和退出完全由人工控制,在充电中、充电后临时作为被充电设备的辅助保护,其发挥作用过程可人为方便地控制。但存在漏投漏退的隐患。上述充电保护电流元件为相电流元件或相电流元件和零序过流元件。
3、设备操作对母差保护方式的分析
3.1母线电压互感器TV(以下简称TV)检修操作过程中
双母线一组TV检修,一次运行方式不变,仅将两组TV二次并列,母差和失灵保护跳开母联断路器后,如故障在TV检修的母线,则其电压闭锁元件将可能返回,可能造成母差保护或失灵保护无法出口而拒动。当然,母差保护动作于母联断路器和其它断路器无时间差时不存在上述危险。正确的作法应该是母差保护投入单母运行方式,将母联断路器转为死断路器,将电压切换开关打至运行TV位置或采用单母线运行方式。
3.2一组母线检修或清掃工作结束恢复操作过程中
双母线主接线由母联充电保护作为向检修后母线充电的临时保护,充电操作时母差保护一般可以自动或人工控制退出。
对于双母线固定方式的母线完全差动保护,固定连接方式破坏后,虽在区外故障时不会误动,但母线故障时无选择性,因此在向母线充电过程中应退出。除固定连接母差之外,其它类型的双母线差动保护,如果投“有选择”方式,在母联作为向检修后的母线充电时可以不退出。这对于充电到故障母线,进而因弧光或母线元件瓷片飞溅而导致运行母线相继故障可以起到保护作用。
在一条母线检修的单母线运行期间,母差保护自动或人工改投“非选择”方式,母联向母线充电时如果母差不退出,在充电前需要恢复为“有选择”方式,因此不退母差有“非选择”的风险。
4、故障恢复操作过程中保护分析
4.1线路故障后的恢复
目前大部分保护不需要专门的重合闸后加速外部回路,仅个别类型保护需要专门的手合后加速回路。手合断路器需要加速被保护线路时,仅投入该线路保护的加速压板。向母线充电、其间断路器向一条线路充电时需注意不能误加速相邻线路的保护,以免扩大停电范围。
4.2母线故障后的恢复
双母线接线方式下母线恢复送电,可将本站倒为单母线方式,由母联断路器向故障后的母线充电试送。也可由故障母线的线路对端向母线充电,此时故障站尽管为单母线运行,但母差保护仍应投正常的“有选择”方式,避免充电到故障上误跳健全的母线。
5、新保护装置的向量试验
对于一般保护而言,向量试验要求被检保护方向元件动作或有动作趋势,用相位表测量交流量相位、测量差电流或差电压,有造成保护出口的可能,因此要求将保护退出。但目前微机保护通过交流采样或实时测量的方式直接进行向量分析检查,不会造成保护误动作,因此向量试验可以不退出保护,特别是配有一套保护的情况,保护不退出运行对保证新设备运行的安全有利。
对于需带负荷进行向量试验的保护,如主变差动保护、母差电流保护,为防止带负荷之后,差流回路电流的改变造成保护误动作,在保护装置带负荷运行前,必需将该套保护退出运行,待做负荷向量试验正确后,才可将保护投入运行。
6、结语
随着继电保护装置运行管理手段和专业技术水平不断提高,继电保护装置迅速更新换代,微机保护已被广泛应用,保护通道也从电力载波通道发展到了光纤通道,新技术、新产品大量应用,这些都需要电力系统工作者特别是继电保护、电力调度工作人员不断学习,提高专业技能水平,在电网各种运行方式和设备操作过程中,保障继电保护装置的可靠性、快速性、灵敏性,保证电力系统安全、稳定、可靠、经济运行。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】:电网操作继电保护保护方式分析
前言
随着电网规模的不断扩大,电网运行中调度操作越来越频繁,操作过渡运行方式下经常会出现继电保护功能不健全、上下级配合不严谨及新投保护系统不够可靠的问题,这些都将对设备安全和系统稳定构成严重威胁。因此,对操作过渡过程中继电保护特殊问题进行分析,对继电保护的运行方式进行科学合理的处置, 显得越来越重要。
1、旁路断路器代路过程中的保护分析
根据目前江西电网220kV变电站的接线方式,220kV旁路断路器仅有转代线路断路器和主变压器(以下简称主变)断路器两种方式。
1.1旁路断路器转代线路断路器
本文以清江变电站220kV旁路241断路器代211断路器为例说明旁路代路操作中保护方式的安排,如图1所示。
图1变电站220kV主接线简图
211线配置数字式微机高压线路成套快速保护LFP-901A型装置。LFP-901A为允许式光纤方向保护,配置的光纤接口装置为南瑞公司生产的FOX-40F型光端机。LFP-902A为高频闭锁保护,其高频收发信机为南瑞公司生产的LFX-912型继电保护专用收发信机。旁路241断路器配有微机高频闭锁保护LFP-902A装置。241断路器代211断路器时,微机方向光纤保护不能切换,只能将微机高频闭锁保护切换至旁路,具体操作如下:
(1)调整241保护定值并核对正确,投入241保护及重合闸,高频保护不投;(2)241断路器向旁路母线充电正常后拉开241断路器;(3)退出211两侧微机方向光纤保护;(4)合上2114旁路刀闸;(5)合上241旁路断路器;(6)断开211断路器;(7)退出211两侧微机高频闭锁保护;(8)切换211高频保护至旁路,通道试验正常;(9)投入241断路器高频保护;(10)将211断路器转检修。
由于211断路器有两套快速保护,旁路代路时只能切换一套,在冲击旁路操作前即(1)~(2)项时,若出现旁路母线故障,靠旁路断路器保护切除故障。为保证一次设备操作的连续性,考虑该线路有一套主保护即能满足要求,故将211线两侧微机光纤保护提前退出。(4)~(5)项操作过程中,若出现故障,故障可视为211线路分支线,211线微机高频闭锁保护可快速切除故障。代路操作解环后,进行高频通道切换。上述操作过程中,僅在高频切换短时间内线路失去快速保护,此时靠线路后备保护切除故障。
如果先将高频通道切换至旁路保护并投入高频保护,再进行一次设备操作,则在(4)~(6)项操作过程中线路仅靠后备保护即距离和零序Ⅰ段保护动作。另外,如此操作则241断路器处于断位的时间比典型操作中211断路器处于断位的时间相对要长,由于“位置停信”的作用,线路区外故障时对侧高频保护和211(通道已切换到241)高频误动的概率有所增大。
需要指出,在转代操作过程中一般要求旁路断路器和被代路断路器分配在同一母线上,否则两组母线有被两组断路器经旁路母线跨接的过程,增加误操作可能。在旁路断路器可代主变断路器的接线方式下,操作241断路器合闸之前,应检查241断路器主变纵差电流互感器TA(以下简称TA)端子确在“短接”位置,以免造成主变差动保护误动。
1.2旁路断路器转代主变断路器
旁路断路器转代主变断路器时,必须保证主变本身保护的完整运行。
(1)为保证主变断路器停运后,主变保护正确、可靠运行,主变保护电流回路需切换至旁路断路器TA,若切换前后TA变比不同,应考虑改变主变差动及后备保护电流二次值。
(2)TA切换过程中,差动回路差电流分析:当旁路断路器与主变断路器TA相同时,在旁路断路器合环前先将旁路断路器纵差TA端子由“短接”改为“接入”;合上旁路断路器、拉开被代主变断路器后,将主变断路器纵差TA端子由“接入”改为“短接”。这样操作,由于TA端子接入与设备一次状态的一致性,避免了差动回路差电流的出现,不会引起差动保护误动作。在实际旁路代主变断路器操作的过程中较慎重的做法是:在合主变至旁路隔离闸刀时,退出主变差动保护、将旁路断路器纵差TA端子由“短接”改为“接入”、主变断路器纵差TA端子由“接入”改为“短接”、电压切换闸刀进行切换、合旁路断路器、拉开主变断路器、检查差电流、投入保护,再将主变断路器转检修。该做法的主要问题是:主变快速保护短时间停役,此时若发生主变差动保护范围内设备故障,仅靠主变后备保护切除故障,减小了保护可靠性。解决办法:投入旁路保护跳主变各侧断路器,增加旁路断路器保护二次回路的复杂性。
(3)旁路TA作为差动保护的一侧接入:理想的做法应该是在主变保护中增加1或2侧电流回路,正常接入旁路TA的电流回路,由主变断路器旁路闸刀信息来自动控制是否将该电流计入差动回路及切换相应后备保护所用电流和定值。
(4)变压器保护中的非全相保护。设在主变保护中的断路器非全相保护应随主变断路器的退出而退出(旁路断路器有自己的非全相保护),否则其不一致接点来自主变断路器的位置继电器,而闭锁电流取自旁路TA,在主变断路器检修过程中,“不一致”条件可能具备,如在遇区外故障延时切除,“闭锁电流”动作,就会造成非全相保护误动作。
2、新间隔投运中的保护分析
2.1新间隔启动送电
目前,大部分变电站220kV部分均采用双母线代旁路的接线方式。新线路启动时,由于新间隔保护不能正常使用,故考虑用旁路断路器代新间隔断路器进行线路冲击合闸工作。具体操作:将所有运行设备倒至一段母线运行,空出一段母线,将旁路母线代新间隔运行在空母线上,用旁路断路器对新线路进行冲击启动,线路冲击正常后,恢复新间隔运行,在新间隔充电投运启动前,应将母差和失灵保护退出,进行新间隔有关回路的接入和传动试验。失灵保护在传动正确后即可投入运行,母差则还需要带负荷或合环后进行向量检查正确后方可投入。新间隔带方向的保护应在带负荷作向量试验正确后投运,此时,应考虑用母联过流保护作为后备保护。用线路保护作为充电保护的方式下,为保证线路纵联差动保护对线路以及被充电间隔(包括断路器、TA、隔离闸刀)的故障能够快速可靠动作,对于闭锁式保护,可将被充电侧收发信机的电源关闭,或充电侧收发信机置“本机—负载”方式;对于允许式或电流纵联差动保护,需要把接口装置或通道置为“自环”工作方式。线路首端的重合闸应停用。对新间隔充电完毕,线路断路器合环、带负荷之前,将线路保护通道工作方式恢复正常。
2.2用母联断路器配置的充电保护
适用于向母联断路器间隔之外的间隔进行充电(如新投运母线、本变电站新断路器间隔等),充电保护一般包括如下保护。
(1)自动投入短时作用的过流保护由断路器跳闸位置继电器常开接点控制,判别断路器在合闸位置后,即投入保护,达到电流定值和时间后动作,否则,判断跳闸位置继电器接点返回(断路器合闸)后,经固定延时(通常为几秒钟)退出保护。该保护只在合断路器的操作过程短时投入,没有人工操作造成的漏投、漏退的危险。
(2)人工投入长时作用的过流保护投入和退出完全由人工控制,在充电中、充电后临时作为被充电设备的辅助保护,其发挥作用过程可人为方便地控制。但存在漏投漏退的隐患。上述充电保护电流元件为相电流元件或相电流元件和零序过流元件。
3、设备操作对母差保护方式的分析
3.1母线电压互感器TV(以下简称TV)检修操作过程中
双母线一组TV检修,一次运行方式不变,仅将两组TV二次并列,母差和失灵保护跳开母联断路器后,如故障在TV检修的母线,则其电压闭锁元件将可能返回,可能造成母差保护或失灵保护无法出口而拒动。当然,母差保护动作于母联断路器和其它断路器无时间差时不存在上述危险。正确的作法应该是母差保护投入单母运行方式,将母联断路器转为死断路器,将电压切换开关打至运行TV位置或采用单母线运行方式。
3.2一组母线检修或清掃工作结束恢复操作过程中
双母线主接线由母联充电保护作为向检修后母线充电的临时保护,充电操作时母差保护一般可以自动或人工控制退出。
对于双母线固定方式的母线完全差动保护,固定连接方式破坏后,虽在区外故障时不会误动,但母线故障时无选择性,因此在向母线充电过程中应退出。除固定连接母差之外,其它类型的双母线差动保护,如果投“有选择”方式,在母联作为向检修后的母线充电时可以不退出。这对于充电到故障母线,进而因弧光或母线元件瓷片飞溅而导致运行母线相继故障可以起到保护作用。
在一条母线检修的单母线运行期间,母差保护自动或人工改投“非选择”方式,母联向母线充电时如果母差不退出,在充电前需要恢复为“有选择”方式,因此不退母差有“非选择”的风险。
4、故障恢复操作过程中保护分析
4.1线路故障后的恢复
目前大部分保护不需要专门的重合闸后加速外部回路,仅个别类型保护需要专门的手合后加速回路。手合断路器需要加速被保护线路时,仅投入该线路保护的加速压板。向母线充电、其间断路器向一条线路充电时需注意不能误加速相邻线路的保护,以免扩大停电范围。
4.2母线故障后的恢复
双母线接线方式下母线恢复送电,可将本站倒为单母线方式,由母联断路器向故障后的母线充电试送。也可由故障母线的线路对端向母线充电,此时故障站尽管为单母线运行,但母差保护仍应投正常的“有选择”方式,避免充电到故障上误跳健全的母线。
5、新保护装置的向量试验
对于一般保护而言,向量试验要求被检保护方向元件动作或有动作趋势,用相位表测量交流量相位、测量差电流或差电压,有造成保护出口的可能,因此要求将保护退出。但目前微机保护通过交流采样或实时测量的方式直接进行向量分析检查,不会造成保护误动作,因此向量试验可以不退出保护,特别是配有一套保护的情况,保护不退出运行对保证新设备运行的安全有利。
对于需带负荷进行向量试验的保护,如主变差动保护、母差电流保护,为防止带负荷之后,差流回路电流的改变造成保护误动作,在保护装置带负荷运行前,必需将该套保护退出运行,待做负荷向量试验正确后,才可将保护投入运行。
6、结语
随着继电保护装置运行管理手段和专业技术水平不断提高,继电保护装置迅速更新换代,微机保护已被广泛应用,保护通道也从电力载波通道发展到了光纤通道,新技术、新产品大量应用,这些都需要电力系统工作者特别是继电保护、电力调度工作人员不断学习,提高专业技能水平,在电网各种运行方式和设备操作过程中,保障继电保护装置的可靠性、快速性、灵敏性,保证电力系统安全、稳定、可靠、经济运行。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。