浅析220kV高压断路器的非全相保护

刘 伟

[摘要]针对常见的电力系统接线形式,就非全相保护的常见方案进行分析,并就非全相保护在运行操作中的一些问题进行探讨。

[关键词]高压断路器非全相保护运行分析

中图分类号:TM8文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210028-01

一、前言

在盐城地区220kV及以上电压等级的电网中,普遍采用分相操作的断路器,由于设备质量和操作等原因,运行中可能出现三相断路器动作不一致的异常状态,如何消除这种异常状态,存在不同认识,各系统也有不同做法。以下就是我根据工作实际,并就电力系统和断路器保护的实际运行情况,就装设高压断路器非全相保护的必要性及现状进行阐述,并对本地区高压断路器非全相保护运行中的一些现实问题进行分析。

装设非全相保护的必要性:高压断路器在运行当中,由于各式各样的问题,高压断路器三相可能只断开一相或两相,从而造成高压断路器非全相运行。如果高压断路器采用单重或综重方式,就在重合闸等待重合闸的时候,电力系统也要处于非全相运行的状态。另外,电力系统非全相运行的时间还受到以下原因的限制:

1.电能质量的要求。当电力系统处于非全相运行状态时,系统中将出现负序、零序等分量,这些负序、零序对电气设备会产生一定危害。

2.保护装置配合的要求。电力系统在波动当中会出现负序、零序等分量,这些负序、零序等分量使得系统中的部分保护可能处于保护启动状态。如果线路此时采用单重、综重等方式时,线路可能会故障跳闸从而造成的非全相运行,如果此时重合闸成功,电力系统很快转入全相正常运行状态;如果此时重合于故障状态时候,这时高压断路器就瞬时三相跳闸,并很快的转入全相运行。

但是,如果因设备本身质量或二次回路等问题造成的,具体原因可能要复杂得多。为此,应该考虑各种各样的因素,同时要装设能反映高压断路器非全相运行时能及时动作的非全相保护,使得系统尽快处于正常状态。

二、220kV断路器三相不一致保护使用现状

在早期220kV国产断路器机构内,也有三相不一致回路,由于断路器辅助接点及相关回路可靠性不高,动作后一般只接信号报警,不直接跳三相断路器,需变电所值班员进行现场检查,确认断路器三相不一致后采取拉停断路器的方式进行隔离。随着近期合资断路器的普遍使用、国产断路器质量的改进提高,以及微机保护的广泛使用,220kV断路器的三相不一致保护目前有使用保护装置或机构内功能两种。具体对于线路断路器、主变断路器、母联或分段断路器,在使用时又有所区别。

1.220kV线路断路器。220kV线路断路器普遍采用分相操作机构,目前大多数使用保护屏上操作箱内的三相不一致保护。以CZX-12R断路器操作箱为例,由操作箱中的断路器跳闸位置继电器TWJ、合闸位置继电器HWJ接点不对应起动,经延时跳闸,这种回路与配置在断路器机构内的三相不一致保护类似,不加电流判别,比较简单,也能起到应有的保护作用。但是由于TWJ、HWJ受到断路器控制电源、储能介质的完好状态、分、合闸回路完好性等诸多因素影响,同时为了便于更好地进行专业化管理,目前倾向于使用由断路器机构内辅助接点构成的三相不一致回路,回路简图如下图1所示。

图1220kV断路器机构内三相不一致回路示意图

2.220kV主变高压侧断路器的非全相保护。根据电网接地保护的整定配合原则,电网中动作时间最长的接地保护是变压器的零序电流保护。因为中性点直接接地变压器实际上是一个零序电源,电源侧保护应该安排在最后动作。但是,在运行中如果断路器一相自动跳闸,或者手动合闸而一相未合上,变压器为非全相运行状态,整个电网中出现零序电流,此时应该迅速跳开变压器的三相断路器,消除异常状态。但由于变压器的零序过流保护的动作时间是按照长于所有相邻元件的接地保护时间来整定的,如果变压器的负荷电流较大,将导致相邻元件的零序电流保护非选择性跳闸而引起大面积停电。所以在变压器上装设动作时间较快的断路器非全相保护。

3.220kV母联、分段断路器。因为专用的母联或分段断路器本身,一般不配置反应短路故障的继电保护。当母联或分段断路器因故出现非全相运行状态时,也会造成相邻各元件的接地保护误动的严重后果。所以母联或分段开关也应装设专用的断路器非全相保护。使用分相操作机构的母联或分段断路器,除机构内的三相不一致保护外,一般还外加三相不一致保护。

三、近期行业内关于断路器三相不一致保护的新要求

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施(2005年)》中指出:“断路器三相位置不一致保护应采用断路器本体三相位置不一致保护”。《继电保护和安全自动装置技术规程GB/T14285-2006》也要求:“对220kV～500kV断路器三相不一致,应尽量采用断路器本体的三相不一致保护,而不再另外设置三相不一致保护”;“三相不一致保护动作时间应为0.5～4.0秒可调,以躲开单相重合闸动作周期”。按照上述精神,部分220kV断路器尚不完全满足,一些早年投运的线路断路器仍使用保护装置内的三相不一致保护。最近新投运的线路断路器三相不一致保护均开始采用本体机构内辅助接点构成的三相不一致回路,不经电流判别,延时跳开三相。对于老旧断路器,具备条件的将进行改造,加装本体机构三相不一致保护;不具备回路改造条件的,暂时继续运行,结合技改工程,尽快进行断路器更换工作,以满足反措和技术规程要求。

四、断路器三相不一致保护的运行问题

在有旁路母线的220kV系统,当主变断路器旁路代供时,保护装置内三相不一致保护的相关回路应进行切换或投退操作,以满足正常运行要求。对于国电南自PST-1200主变保护,在两套后备保护中均有三相不一致保护,一般第一套用断路器独立TA电流,第二套用主变套管TA电流。在旁代操作时,应将第一套三相不一致保护的交流电流切换至旁路断路器TA,并将两套三相不一致保护的断路器位置接点、跳闸出口均切换至旁路断路器。对于南瑞继保RCS-978主变保护,只在RCS-974中配置一套三相不一致保护,其电流判别元件可以取自断路器独立TA、或主变套管TA。旁代时应将断路器位置接点、跳闸出口回路均切换至旁路断路器,若取用断路器独立TA,还应将交流电流回路切换旁路断路器TA。但是在现场运行中,经常发现上述回路设计不完备,最常见的是旁路断路器的位置接点未接入三相不一致保护装置,致使旁代时无法启用保护。

五、结语

总之,电力系统非全相状态原因是很复杂的,部分保护要采取一些技术措施,从而能够保证开关保护能够正确动作,非全相保护虽然不是高压断路器的主保护,但非全相保护在高压断路器运行当中起到非常重要的作用。