在运电站增加断路器闪络保护的改进探讨

摘要： 电站大型发电机-变压器组与系统进行并网时，断路器断口电压最高可能达到2倍运行电压，容易形成断口闪络事故隐患。所以，在大机组并网断路器装设断口闪络保护是十分必要的。本文主要是对已经商运三年电站增加断路器闪络保护进行必要性分析，然后结合电站整体状况进行改进，增加断路器闪络保护。

关键词：在运机组 断路器 闪络保护 改进

1. 设备介绍

电站发电机出口线电压为24kV，发电机出口设有出口断路器。发电机发电经出口断路器与变压器连接，而后经气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）与500kV室内升压站相连接。出口断路器采ABB公司生产。变压器是天威保变电气股份有限公司生产的单相变压器。升压站是采用的是ABB生产的气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）。发变组保护采用的南瑞生产的RCS-985产品。

2. 改进分析

1） 改进整体概述

电站#1、#2机组主变保护屏没有配置主变高压侧500kV断路器断口闪络保护功能。断路器断口闪络给断路器本身造成损坏，威胁主变及发电机组的安全，并且可能因此引起事故扩大，破坏电力系统的稳定运行。为了尽快切除断口闪络故障，降低断口闪络对机组及电网的影响，在#1、#2机组主变保护屏配置主变高压侧500kV断路器断口闪络保护功能。

2） 改进必要性

（1） 经过电厂技术人员对标梳理，发现电站未配置断路器闪络保护，不满足《防止电力生产事故的二十五项重点要求》的相关要求，要求尽快实施改进。相关要求为：300MW及以上容量发电机应配置起、停机保护及断路器断口闪络保护。

（2） 电厂装设了发电机出口断路器，正常通过断路器作为并网同期点，当机组单独带厂用电运行时，需要通过主变高压侧500kV断路器作为并网同期点，在并网的过程中，断路器合闸之前，作用于断口上的主变高压侧电压与系统电压之间角度差δ的变化而不断变化。当δ=180°时，其值最大，为两者电势之和，当两电势相等时，则有两倍的运行电压作用于断口上，断路器断口闪络的风险很大。因此设置断路器闪络保护，是防止因断路器发生闪络而损害断路器本身、变压器发电机组以及及影响电网稳定的有效措施。

3） 改進方案

（1） 闪络保护原理

发电机在进行并列过程中，当断路器两侧电压方向为180°，断路器易发生闪络，断路器闪络只考虑一相或者两相，不考虑三相闪络。

采取的判据：

断路器三相位置接点均为断开状态;

负序电流大于整定值;

主变低压侧电流大于一固定值。

（2） 闪络保护逻辑分析

电站配置南瑞继保RCS-985BT保护装置其原有配置的闪络保护功能逻辑：500kV开关站3/2接线的边断路器、中断路器分别与本断路器自身的负序电流构成与门，判断自身断路器断口是否发生了闪络故障。逻辑图如下：

电站目前状况是RCS-985BT保护装置已接入500kV边断路器A和中断路器B的分闸位置，但是未接入500kV边断路器A和中断路器B电流。如果不升版保护程序，目前接入的主变高压侧套管CT负序电流只能与其中的一个500kV边断路器位置构成与门，若发生了闪络故障只能固定判断为其中一个断路器断口发生闪络，因此，原有闪络保护功能逻辑无法正确判断闪络故障位置，需对上述逻辑进行升级改进。

（3） 方案制定

结合上述电站实际情况，要想实现断路器闪络保护功能，需升版RCS-985BT主变保护程序，使闪络保护逻辑图中对应的“断路器断开位置”开关量输入相应替代为“主变高压侧边断路器、中断路器均在分闸位置”，再与主变高压侧套管CT负序电流构成与门。升版后的主变保护程序重新写入，而断路器断口闪络保护所需要的电流模拟量、断路器的位置开关量输入都已经接入主变保护装置，本次改进可直接引用，不需新增接线。

（4） 保护定值的整定

主变500kV侧套管CT参数、变比：5P60-2000/1A。

主变高压侧额定电流一次值：ITn=（3×400×10?×10?）/（ ×525×10?）=1320A。

主变高压侧额定电流二次值：ITn=1320/2000=0.66A。

根据《DL/T 684-2012 大型发电机变压器继电保护整定计算导则》4.8.7和《Q/CSG 110034-2012南方电网大型发电机变压器继电保护整定计算规程》4.8.6.1的规定，闪络保护动作电流为：I2.op=0.10ITn/na

式中：

ITn—变压器高压侧额定电流

na  —电流互感器变比

闪络保护动作延时需躲过断路器合闸三相不一致的间，一般整定为：top=0.1-0.2S。

所以：闪络保护负序电流定值计算是

I2.op=0.10ITn/=0.10×1320/2000=0.066A，取0.07A。

top取0.15S。

动作出口跳闸（全停I： 主变高压侧500kV断路器跳闸，发电机出口断路器跳闸，汽机跳闸，灭磁开关跳闸，高厂变A、B的低压侧断路器跳闸，启动出口断路器失灵保护）。

3. 结论

改进不同于新建一台机组，需要结合现有条件设计。对此电站，改进方案还有其他可选，比如另外新增安装一套保护屏柜，设置500kV断路器断口闪络保护功能，但此方案需新增接入主变高压侧边断路器、中断路器的电流、开关位置信号，而且目前配置基本已使用完毕，已很难引取。另外也需新增跳闸回路、报警信号回路需重新敷设电缆等。限于目前500kV开关站保护CT、断路器位置信号配置实际情况，实际操作很难。而上述方案改进小，又能起到保护设备，隔离故障，降低闪络故障对发电机、变压器以及电网的损坏，是目前电站选择最佳方案。

4. 参考文献

《继电保护和安全自动装置技术规程》GB/T 14285-2006

《220kV～500kV 变电所设计技术规程》DL/T 5218-2005

《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》DL/T 5136-2001

《防止电力生产事故的二十五项重点要求》国能安全[2014]161号

《南方电网大型发电机变压器继电保护整定计算规程》Q/CSG110034-2012

《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》DL/T684-2012

5. 作者介绍

陈建坤 男 1977年生 电气工程师 主要从事核电站电气二次设备改造和设备管理工作。