斷路器失靈保護技術應用

ID:107593 · 發表于 2016-3-6 22:06

　線路的斷路器失靈保護是在線路發生故障，故障元件的保護動作發出跳閘脈沖而斷路器操作失靈拒絕跳閘時，通過線路的保護作用于相鄰斷路器跳閘，或利用相應通道，使遠端有關斷路器同時跳閘的保護。它是在斷路器拒絕動作時，能夠以較短的時限切除其它相關斷路器，使停電范圍限制為最小的一種后備保護，在電力系統中具有很重要的作用。
　　在實際的工程應用中，失靈保護設備包含失靈啟動、失靈保護兩個概念的產品。同時失靈保護的設計涉及到系統保護、元件保護等兩個專業范疇。因此，一套失靈保護系統的設計往往涉及到多種保護的設備。而且失靈啟動裝置、失靈保護裝置這兩種設備緊密聯系，缺一不可。在綜合自動化系統變電站中，由于采用了微機型失靈保護，解決了常規保護中常見的問題。這種保護由于采用高性能、高可靠、大資源的硬件系統，軟硬件集成度高，使設計接線大大簡化，回路接線越來越簡單，使保護的安全性、可靠性都大大地得到了提高。
1 概念
　　所謂斷路器失靈保護，就是當系統發生故障時，故障元件的保護動作，因其斷路器操作機構失靈拒絕跳閘時，通過故障元件的保護，作用于同一變電所相鄰元件的斷路器使之跳閘的保護方式。
　　在220kV 及以上電力網中，以及110kV 電力網的個別重要部分，由于輸電線路一般輸送的功率大，輸送距離遠，當線路發生故障而斷路器又拒動時，將給電網帶來很大威脅，故普遍裝設了斷路器失靈保護，有選擇地將失靈拒動的斷路器所連接母線上的其余運行中的斷路器斷開，以減小設備損壞，縮小停電范圍，提高系統的安全穩定性。
2 斷路器失靈保護的應用與要求
　　由于斷路器失靈保護要動作于跳開一組母線上的所有斷路器，而且在保護的接線上將所有斷路器的操作回路都連接在一起，因此，應注意提高失靈保護動作的可靠性，以防止誤動而造成嚴重的事故。為此，對失靈保護的設計應提出如下要求：
2.1 對雙母線接線方式或單母帶分段斷路器的接線方式
　　（1）對帶有母聯斷路器和分段斷路器的母線要求斷路器失靈保護應首先動作于斷開母聯斷路器或分段斷路器，然后動作于斷開與拒動斷路器連接在同一母線上的所有電源支路的斷路器，同時還應考慮運行方式來選定跳閘方式。
　　（2）斷路器失靈保護由故障元件的繼電保護啟動，手動跳開斷路器時不可啟動失靈保護。

　　（3）在啟動失靈保護的回路上，除故障元件保護的觸點外還應包括斷路器失靈判別元件的觸點，利用失靈分相判別元件來檢測斷路器失靈故障的存在。
　　（4）為從時間上判別斷路器失靈故障的存在，失靈保護的動作時間應大于故障元件斷路器跳閘時間和繼電保護返回時間之和。
　　（5）為防止失靈保護的誤動作，失靈保護回路中任一對觸點閉合時，應使失靈保護不被誤啟動或引起誤跳閘。
　　（6）斷路器失靈保護應有負序、零序和低電壓閉鎖元件，對于變壓器、發電機變壓器組采用分相操作的斷路器，允許只考慮單相拒動，應用零序電流代替相電流判別元件和電壓閉鎖元件。
　　（7）當變壓器發生故障或不采用母線重合閘時，失靈保護動作后應閉鎖各連接元件的重合閘回路，以防止對故障元件進行重合。
　　（8）當以旁路斷路器代替某一連接元件的斷路器時，失靈保護的啟動回路可作相應的切換。
　　（9）當某一連接元件退出運行時，它的啟動失靈保護的回路應同時退出工作，以防止試驗時引起失靈保護的誤動作。
　　（10）失靈保護動作應有專用信號表示。
2.2 斷路器采用一個半接線方式或多角形接線方式時
　　（1）元件采用反應斷路器位置狀態的相電流元件，應分別檢查每臺斷路器的電流，以判別哪臺斷路器拒動。
　　（2）當一個半斷路器接線方式的一串中的中間斷路器拒動，或多角形接線方式相鄰兩臺斷路器中的一臺斷路器拒動時，應采取遠方跳閘裝置，使線路對端斷路器跳閘并閉鎖其重合閘的措施。
　　（3）斷路器失靈保護按斷路器設置。
3 斷路器失靈保護現場應用中的幾點改進建議針對失靈保護運行中出現過的一些問題，提出如下幾點改進措施：
　　（1）斷路器失靈保護按一套配置。斷路器失靈保護二次回路牽涉面廣、依賴性高。投運后很難有機會利用整組試驗的方法進行全面檢驗。因此，對斷路器失靈保護在設計、安裝、調試和運行各個階段都應加強質量管理和技術監督，保證斷路器失靈保護不留隱患地投入運行。
　　（2）由于線路斷路器失靈保護的電流判別元件對于長線路在按線路末端故障有靈敏度整定后，一般都躲不過正常運行時的負荷電流。也就是說正常運行時電流元件處于動作狀態，作為斷路器的相電流判別元件不能起到明確的判據作用，若保護跳閘出口去啟動失靈的觸點卡住不返回，且無法監視，當在區外又發生故障時，母線電壓閉鎖元件有可能動作，很容易造成失靈保護誤動作的嚴重后果。實際也發生過此類事故。因此斷路器失靈保護的相電流元件必須起到明確的判據作用。
　　長期的運行經驗證實，對于分相操作的斷路器，只需要考慮一相及將全相開斷相拒跳或一相拒合。在正常運行時，斷路器處于全相狀態，雖相電流元件在多數情況下躲不過負荷電流，但可設法讓它只在斷路器非全相狀態下起判據作用。為此，提出如下改進方案，示意圖見圖1。啟用三相電流來反映斷路器三相狀態。三相狀態同時存在時，說明斷路器處于全相狀態，讓相電流不起作用，三相電流中只要有一相為零(或小于門檻值)，即三相電流不同時存在時，說明斷路器處于非全相狀態，讓斷路器合位相的相電流起判據作用，這做法使得相電流元件真正起到了失靈保護的相電流元件的判據作用。啟用三相電流來代替斷路器的合、分位繼電器可以真實反映斷路器的運行狀態，不會存在因斷路器合、分位觸點不到位而誤判斷路器三相不一致的缺點，由于不用合、分位繼電器也節省了二次電纜，同時也避免了二次回路連接松動出現的錯誤判斷。

　　這個方案可以提高失靈保護的安全性和可靠性。要求斷路器失靈保護的相電流判別元件動作時間和返回時間均不應大于20 毫秒。
　　（3）為解決變壓器失靈保護因保護靈敏度不足而不能投運的問題，對變壓器和發電機變壓器組的斷路器失靈保護可采取以下措施：
　　用“零序或負序電流”動作，配合“保護動作”和“斷路器合閘位置”三個條件組成的“與邏輯”，經第一時限去解除斷路器失靈保護的復合電壓閉鎖回路。
　　同時再采用“相電流”、“零序或負序電流”動作，配合“斷路器合閘位置”兩個條件組成的“與邏輯”經第二時限去啟動斷路器失靈保護并發出“啟動斷路器失靈保護”中央信號。
　　采用主變保護中由主變各側“復合電壓閉鎖元件”(或邏輯)動作解除斷路器失靈保護的復合電壓閉鎖元件，當采用微機變壓器保護時，應具備主變“各側復合電壓閉鎖動作”信號輸出的空接點。
　　（4）在發電機變壓器組的斷路器出現非全相運行時，由于常規的失靈判據失效導致失靈保護拒動。首先應采取發電機降出力措施，然后經快速返回的“負序或零序電流元件”閉鎖的“斷路器非全相判別元件”，以獨立的時間元件為第一時限，啟動獨立的跳閘回路重跳本斷路器一次，并發出“斷路器三相位置不一致”的動作信號。若此時斷路器故障仍然存在，可采取以下措施：
　　“零序或負序電流”任何一個元件動作、“斷路器三相位置不一致”和“保護動作”三個條件組成的“與邏輯”。以獨立的時間元件為第二時限去解除斷路器失靈保護的復合電壓閉鎖，并發出告警信號。
　　同時經“零序或負序電流”元件任何一個元件動作以及三個相電流元件任何一個元件動作的“或邏輯”，與“斷路器三相位置不一致”，“保護動作”三個條件組成的“與邏輯”動作后，經由獨立的時間元件以第三時限去啟動斷路器失靈保護并發出“斷路器失靈保護啟動的信號”。
　　發電機變壓器組的保護，宜啟動斷路器失靈保護。考慮到發電機故障時，發電機保護可能延時返回，為了提高安全性，斷路器未斷開的判別元件，宜采用雙重化構成和回路的方式。
　　（5）由于非電量保護一般是一個累積的過程而導致失靈保護誤動。做好電氣量保護與非電氣量保護出口繼電器分開的反措，可使用能快速返回的電氣量和非電量保護作為斷路器失靈
保護的啟動量。
4 結束語
　　為了系統的安全穩定，應該從保護的配置及原理上將防止繼電保護拒動放在首位。失靈保護作為斷路器的后備保護，能有效避免事故的擴大，其瞬時跟跳功能，以及有選擇地將母線上除失靈拒動的斷路器外，其余運行中的斷路器斷開的功能，有利于電網的安全、穩定、可靠地運行。通過采用高可靠性的失靈保護判別元件和裝置，合理接線、整定，嚴格按規程操作，必將極大地提高失靈保護的正確動作率，為電網的安全運行發揮應有的作用。

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