330 kV变电站中刀闸接触不良对断路器保护的影响

李江鹏， 王金琰

(吴忠供电公司，宁夏　吴忠　751100)



330 kV变电站中刀闸接触不良对断路器保护的影响

李江鹏， 王金琰

(吴忠供电公司，宁夏吴忠751100)

以某330 kV变电站发生的刀闸接触不良缺陷为例，对此类缺陷是否会对保护装置的正常运行产生影响进行了分析，得出了在刀闸接触不良时断路器失灵保护及断路器死区保护不能正确动作，进而可能导致事故扩大的结论。为了避免此类问题，提出了在断路器保护中增加“低负荷TA断线告警”信号的方法，从而使调控中心监控员在线路低负荷运行时可以及时发现刀闸接触不良的缺陷，避免在发生故障时断路器失灵保护及断路器死区保护不能正确动作的事故发生。

3/2接线；隔离开关；失灵保护；死区保护；低负荷判据

0　引　言

目前，国家电网公司35 kV及以上变电站均实现了调控中心集中监控和无人值守，在无人值守变电站运行过程中，当告警信息采集不全或装置无法正确的反映一次设备异常情况时，就会导致异常缺陷发展为事故并造成事故扩大。本文以某330 kV变电站发生的边开关侧刀闸运行中发生接触不良的缺陷为例，对发生此类缺陷时是否会对站内保护装置的正常运行产生影响进行了分析，并针对此类问题给出了解决措施。

1　事件概述

2014年10月30日，监控员在对某330 kV变电站监控巡视的过程中发现，该变电站3362开关A相遥测值显示为0，B、C两相遥测值正常，该间隔无异常遥信光子动作。经运维人员到站检查发现，变电站综自后台3362开关A相遥测值及3362开关PSL632断路器保护A相采样值为0，330 kV Ⅱ母母差保护中3362开关支路A相采样值也为0，但保护装置并无告警，装置运行正常。在通知检修人员及保护人员到场检查后确定原因为：3362开关Ⅱ母侧33622刀闸A相接触不良，故3362开关A相遥测值及3362开关断路器保护A相采样值都为0，图1是该330 kV变电站主接线图。

2　缺陷发生时保护装置无异常告警原因分析

2.13362开关断路器保护无异常告警分析

3362开关断路器保护装置为国电南自PSL632C断路器保护装置，经查阅国电南自PSL632C保护装置说明书[1]，该装置逻辑中设置有CT不平衡判据，当无电流突变量满足启动条件，而此时自产零序电流3I0大于零序电流启动定值3I0set时，20 s后报CT不平衡告警，同时装置告警节点闭合，变电站后台和调控中心监控系统同时报“PSL632C保护装置异常”信号。经查阅该变电站3362开关PSL632C保护装置定值得出，该装置“零序电流启动定值”为0.2 A，3362电流互感器CT变比为2 500/1。缺陷发生时，3362开关B、C相电流一次值为63 A、62 A，折算为二次值后为0.025 2 A、0.024 8 A。由于正常运行时三相电流成正序分布，当A相无采样值时，此时有：

3I0=Ia+Ib+Ic=0∠0°+0.025 2∠-

120°+0.024 8∠120°=0.025∠180°

(1)

根据式(1)计算可知，缺陷发生时3I0<3I0set，所以不满足“CT不平衡”判据，故PSL632C保护装置无告警信号，运行正常。

2.2330 kV母差保护无异常告警分析

2.2.1南瑞继保RCS915E母差保护

经查阅南瑞继保RCS915E母差保护说明书[2]可知，该装置设置有两个TA断线告警判据，分别为：

图1　发生缺陷的330 kV变电站主接线图

(1) 任一支路 3I0>0.25Iфmax+0.04In时延时5秒发TA断线报警信号，该判据可由控制字选择退出；

(2) 差流大于 TA 断线整定值IDX ，延时5 s发TA断线报警信号；

当满足上述两个判据其一时，RCS915E母差保护装置“TA断线告警”节点闭合，变电站后台与调控中心监控系统同时报“RCS915E母差保护CT断线告警”信号。

经查看该变电站330 kV Ⅱ母RCS915E保护定值得出，该站“TA断线电流”定值IDX=0.15 A ，“TA断线不平衡”判据退出，所以不满足“TA断线”判据1。同时，由于母线保护范围内并无故障，流入330 kV Ⅱ母的电流与流出330 kV Ⅱ母的电流相等，Ⅱ母母差保护中并无差流，所以不满足“TA断线”判据2，故RCS915E母差保护装置运行正常且无告警信息。

2.2.2深圳南瑞BP-2B母差保护

经查阅深圳南瑞BP-2B母差保护说明书[3]可知，该装置“TA断线”判据为母差装置有差流且有一支路电流Ix大于“TA断线”告警门坎值Idx，当满足“TA断线”判据时，BP-2B母差保护装置“TA断线告警”节点闭合，变电站后台及调控中心监控系统同时报“BP-2B母差保护CT断线告警”。由于母线保护范围内并无故障，流入330 kV Ⅱ母的电流与流出330 kV Ⅱ母的电流相等，Ⅱ母母差保护中并无差流，所以此时不满足“TA断线”判据，故BP-2B母差保护装置运行正常且无告警信息。

3　刀闸接触不良对保护装置的影响分析

3.1对断路器失灵保护的影响分析

3.1.1刀闸接触良好时断路器失灵保护动作分析

在3/2接线的变电站中，为了保证在某一开关失灵时能够可靠地切除故障，在断路器保护中配置有断路器失灵保护[4]。图2是典型的330 kV变电站中3/2“线线串”接线图，当L1线路上K1点发生故障时，线路保护应当跳开3312、3310两个断路器。如果此时边断路器3312失灵时，3312断路器失灵保护应动作跳开Ⅱ母上连接的所有断路器。如果在Ⅱ母上K2点发生短路故障，母线保护动作跳开连接于母线的所有断路器。假如此时3312断路器失灵，则3312失灵保护应将3310断路器跳开，同时发远方跳闸命令跳开对侧3311断路器，此时故障点才能被隔离。再来看3310断路器失灵保护，当线路L1上K1点发生故障时，若此时3310断路器失灵，则3310断路器失灵保护应动作跳开3311、3312两个断路器，同时发远方跳闸跳开对侧3311、3321断路器，此时故障点将被隔离[5]。

3.1.2刀闸接触不良时断路器失灵保护动作分析

当33122刀闸和33121刀闸A相发生接触不良的缺陷时，3312电流互感器TA1中会间歇流过电流，所以3312断路器保护中A相电流采样值并不能真实反映一次电流情况，当发生故障时保护将不能快速隔离故障点，具体分析如下：

(1) 如图2所示，假如此时线路L1上K点发生A相接地故障，线路保护应动作跳开3312断路器3310断路器。若此时3312断路器A相拒动，则需要失灵保护动作去跳开3310断路器并发远方跳闸跳开对侧3311断路器。由于33122刀闸接触不良，此时3312断路器保护中可能没有A相电流的采样值，不满足失灵保护启动条件，所以3312断路器失灵保护无法启动，失灵保护将不能正确动作，故障点不能被及时隔离。

图2　K1、K2点发生短路故障示意图

(2) 如图2所示，当Ⅱ母上K2点发生短路故障时，Ⅱ母母差保护应动作跳开连接在Ⅱ母上的所以断路器(包括3312断路器)。若此时3312断路器A相拒动，则需要失灵保护动作去跳开3310断路器并发远方跳闸跳开对侧3311断路器。由于33122刀闸接触不良，此时3312断路器保护中可能没有A相电流的采样值，不满足失灵保护启动条件，所以3312断路器失灵保护无法启动，失灵保护将不能正确动作，故障点不能被及时隔离。

3.2对断路器死区保护的影响分析

3.2.1刀闸接触良好时死区保护动作分析

在3/2接线的变电站中，在断路器与电流互感器之间发生短路故障时，往往在保护动作跳开断路器后，故障并未切除。如图3所示，当K3点发生短路故障时，Ⅱ母母差保护动作跳开3312断路器后，故障点并未隔离。当线路K4点发生短路故障时，L2线路保护动作跳开3310断路器后，故障点并未隔离。此时，虽然可以通过断路器失灵保护来切除故障，但断路器失灵保护动作延时较长，所以设置了动作时间比失灵保护更快地死区保护[6]。

图3　K3、K4点发生短路故障示意图

3.2.2断路器死区保护是否正确动作分析

当33121刀闸和33102刀闸A相发生接触不良的缺陷时，3312电流互感器TA1和3310电流互感器TA2中会间歇流过电流，所以3312断路器保护和3310断路器保护中A相电流采样值并不能真实反映一次电流情况，当发生故障时保护将不能及时隔离故障点，具体分析如下：

(1) 如图3所示，假如33121刀闸A相接触不良，当K3点发生A相接地故障时，Ⅱ母母差保护动作跳开连接于Ⅰ母的所有断路器后(包括3312号断路器)，此时故障点并未隔离，需要3312断路器死区保护作跳开相连的3310断路器并发远方跳闸跳开对侧3311断路器。可是由于33121刀闸A相接触不良，所以断路器死区保护可能无法采集到A相电流，不满足死区保护动作条件，所以死区保护无法正确动作，故障点不能被及时隔离。

(2) 如图3所示，假如33102刀闸A相合闸不到位，当K4点发生A相接地故障时，L2线路保护动作跳开3310断路器后，此时故障点并未隔离，需要3310断路器死区保护动作跳开3312断路器并发远方跳闸跳开对侧3311、3321断路器。可是由于33102刀闸A相接触不良，此时3312断路器死区保护可能无法采集到A相电流，不满足死区保护动作条件，死区保护不能正确动作，故障点不能被及时隔离。

4　解决措施

根据上述分析可知，当3/2接线中出现刀闸合闸不到位的情况时，此时合闸不到位的支路电流互感器中将不会流过电流，这将导致断路器失灵保护和断路器死区保护无法正确动作。而由于调控中心监控员对遥测值采取定期巡视的方式，所以在发生刀闸合闸不到位的缺陷时，监控员无法及时发现缺陷，进而存在安全风险。为了解决此类问题，本文提出了两个解决措施。

4.1PSL632C断路器保护装置增加低负荷TA断线判据

根据上述分析可知，由于PSL632C保护装置TA不平衡判据为自产零序电流3I0大于零序电流启动定值3I0set，而由于定值整定的零序启动电流值比较大，所以不能反映负荷较小的支路刀闸接触不良的情况。对于此种情况，可以在PSL632C保护装置中增加低负荷CT断线判据，当正常运行时线路负荷较低时，可以投入低负荷TA断线告警控制字，其逻辑如图4所示。

图4　增加低负荷判据后的TA断线判据逻辑图

4.2调控中心监控系统增加遥测值归零告警

调控中心D5000监控系统中，只有当遥信变位时告警窗才会有告警信息并伴随语音告警，而按照国家电网调控中心《调控机构设备集中监视管理规定》要求，遥测值只需定期巡视即可。所以当发生刀闸接触不良时，监控员并不能及时发现缺陷。为了解决此问题，可以在调控中心监控系统中增加遥测值归零告警，当开关处于合位而无遥测值时，告警窗能够弹出“XX间隔遥测值归零”告警，并伴随有语音提示。

5　结束语

本文以某330 kV变电站刀闸接触不良缺陷为例，分析了在发生此类缺陷时会导致PSL632C断路器保护失灵保护和死区保护不能正确动作，并给出了在PSL632C保护装置中增加“低负荷TA断线判据”和调控中心监控系统增加“遥测值归零告警”的解决措施，为采用3/2接线方式的330 kV集中监控无人值守变电站安全稳定运行提供参考，避免由于刀闸接触不良缺陷导致事故范围扩大事件的发生。

[1] PSL632A/C数字式断路器保护装置技术说明书[K].南京：国电南京自动化股份有限公司,2005.

[2] RCS-915E微机母线保护装置技术说明书[K].南京：南京南瑞继保电气有限公司,2002.

[3] BP-2B微机母线保护装置技术说明书[K].深圳：深圳南瑞科技有限公司,2004.

[4] 国家电力调度通信中心.国家电网继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社,2009.

[5] 续建国.断路器失灵保护有关问题的探讨[J].继电器,2003，31(11)：61-62.

[6] 郑建梓,陈东海.3/2断路器接线的保护死区分析 [J].浙江电力,2007，29(3):54-56.

The Influence of Poor Knife-switch Contact on Circuit Break Protection at the 330 kV Substation

LI Jiang-peng, WANG Jin-yan

(Wuzhong Power Supply Co., Wuzhong Ningxia 751100, China)

Taking the defect of poor contact of the knife-switch at a 330kV substation as an example, this paper analyzes the possibility of affection of such defects upon normal operation of the protective device. It is so concluded that in the case of poor contact of the knife-switch, the malfunction protection and dead zone protection of the breaker cannot operate correctly, thus resulting in the expansion of the accident. To avoid this problem, this paper proposes that a "low load TA disconnection alarm" signal should be added to the breaker protection so that the control center monitor may timely discover the defect of poor contact of the knife-switch when the line is operated under a low load to avoid accidents where the malfunction and dead zone protection of the breaker cannot operate correctly in case of failure.

3/2 connection；disconnecting switch； failure protection； dead zone protection；low load criterion

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.01.024

TM561

A

1000-3886(2016)01-0075-03

李江鹏(1990-)，男，宁夏人 ，助理工程师，在职研究生在读，主要从事电力系统继电保护工作和研究。王金琰(1988-)，女，宁夏人 ，助理工程师，大学本科，主要从事电力系统继电保护工作和研究。

定稿日期: 2015-06-19