6 kV配電室越級跳閘原因分析與改進

張軍 戚風林 常士中 申祝江 劉云龍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

6 kV配電室越級跳閘原因分析與改進

張軍 戚風林 常士中 申祝江 劉云龍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

針對安鋼焦化廠 6 kV用電設備短路造成越級跳閘事故的原因進行了分析,提出了相應的改進措施,通過改進避免了越級跳閘停電對焦爐生產造成的威脅,消除了設備重大隱患。

6 kV配電室 越級跳閘 改進方案

0 前言

在電力系統中,繼電保護裝置是保證電網安全運行、保護電氣設備的主要裝置,是電力系統的重要組成部分。繼電保護裝置必須具有“選擇性”、“速動性”、“可靠性”、和“靈敏性”。每個繼電保護裝置由電流、電壓互感器及二次回路,繼電保護裝置本體,跳閘線圈及聯動機構等組成。當運行中的電氣設備發生短路故障時,其保護裝置"拒動或誤動",必將引起供電事故的擴大或損壞電氣設備,嚴重時可造成整個電力系統崩潰瓦解。

1 存在問題

焦化廠二配電為 6 kV配電室,內設 24面 GG-1(A)型高壓柜。配電室于 1990年建成投用,主要擔負鼓冷、二煉焦、運焦等區域供電。二配電電源取自上一級 110 kV變電站。二配電帶有 11臺 6 kV高壓電機、5臺 1000 kVA變壓器、兩條出線回路 (如圖 1所示 )。

圖1 局部網絡示意圖

多年來,二配電多次發生所帶 6 kV電動機出現短路故障,在故障回路保護裝置動作的同時,越級頂掉上一級 110 kV變電站出線柜開關的故障。據記錄僅 2004年就發生過 3次這樣事故 (見表 1)。

表1 2004年故障統計

由于 110 kV變電站出線柜跳閘,使得二配電故障回路所在母線段失電,造成大面積停電事故,使得事故進一步擴大。

2 原因分析

二配電供電方式為雙回路供電,母線分段運行。除進線柜以外,各高壓電機柜、變壓器柜、出線回路柜、電容柜均設有電磁式繼電保護,分為過流和速斷兩種保護。從保護任務上分:速斷保護是為了迅速地、有選擇性地、自動地將電力系統中的短路故障切除。過流保護主要是為了負荷電流超過額定值、出現異常運行狀態時發出告警信號或跳閘切除。因問題出在速斷保護方面,因此筆者僅對速斷方面存在的問題進行討論。

2.1 繼電保護“選擇性”方面

按照繼電保護理論,速斷保護的選擇性是靠動作電流的特殊性整定來保證的,即電流速斷動作電流應躲過它所保護的線路末端的最大短路電流,只有這樣整定,才能避免在后一級速斷保護線路首端發生嚴重短路時,前一級誤動作的可能性[1],如圖 2所示。

圖2 線路電流速斷保護區

也就是說 110 kV變電站出線柜速斷保護范圍為圖中 1DL保護區,如果 A點發生嚴重短路,出線速斷保護也不應動作,應其過流保護 (后備保護)動作切斷。如果 B點發生嚴重短路,應由二配電出線速斷保護應 2DL動作切斷。1DL不應動作。但實際情況是 B點發生短路,發生了 1DL和 2DL均跳閘切斷的現象,這說明 1DL保護范圍延伸覆蓋了 2DL保護區,因此速斷保護失去了“選擇性”。這是越級跳閘的主要原因。

110 kV變電站在向下配置速斷保護定值時,為了保護主變出口開關的運行安全,下配 6062和 6141回路速斷電流為 3600 A,速斷時限均設為 0 s,見表 2。

表2 繼電保護裝置定值表

由圖 1和表 2可以看出:二配電各出線柜速斷時限也設為 0 s。以煤氣風機為例:當煤氣風機回路出現短路故障時,如果短路瞬間電流大于等于 3600-230=3370 A(式中 230 A為母線正常運行電流)。煤氣風機出線柜速斷保護和 110 kV變電站 6062(6141)出線柜的速斷保護均檢測到大于整定值電流,并同時啟動了跳閘動作程序,因此會出現兩級都跳閘結果。

2.2 跳閘的“速動性”方面

跳閘的動作速度是指從出現短路電流到斷路器分斷短路電流電磁機構動作所用的時間。焦化廠二配電的配電設備為 GG-1(A)型高壓柜,柜內設置CD10型操動機構和 SN10-10型少油斷路器,保護采用電磁式繼電保護。當回路出現短路故障、瞬間電流大于速斷定值電流時,互感器感應的大電流驅動電磁式繼電器動作、繼電器跳閘接點閉合、跳閘線圈得電驅動跳閘軟鐵頂跳閘連桿機構、連桿機構帶動貧油斷路器分閘、電弧熄滅。這種柜型傳動機構較大,傳動機構重量相對較重,由于慣性等原因,使得跳閘速度較慢。使得繼電保護的"速動性"較差。實測跳閘時間為 0.15 s～0.3 s,這也是越級跳閘的重要原因。

3 改進方案及實施

3.1 方案確定

繼電保護裝置的“選擇性”是通過前后級繼電保護的不同動作值 (整定值)和不同時限的配合來實現的[2]。為解決繼電保護"選擇性"方面問題,焦化廠向有關部門申請修改保護定值。有關部門綜合考慮到各方面技術參數制約,將 110 kV變電站6062、6141出線柜速斷動作時限由 0 s修改為 0.2 s,速斷電流仍為 3600 A。這樣如果二配電所帶回路發生短路,瞬間回路電流大于 3600 A時,110 kV變電站 6062(6141)出線柜速斷將比二配電故障回路速斷延時 0.2 s動作。但由于兩級速斷時限級差僅為 0.2 s,而二配電配電柜跳閘時間需要 0.15～0.3 s,兩級起動跳閘時差 t=0.2-(0.15～0.3)=0.05～(-0.1)s,這說明:由于二配電配電柜跳閘速斷慢,當某回路出現短路故障且電流大于 (3600-230)A時,不能滿足 2DL切斷故障的要求,還會出現越級跳閘現象。因此必須提高二配電繼電保護“速動性”,為提高繼電保護“速動性”,采取以下措施:

1)為提高二配電各高壓柜繼電保護的動作速度,由常規電磁繼電保護改為 SNP-2000微機綜合自動化保護系統。

2)一般來說,斷路器的固有分閘時間為:快速的在 0.1 s以下、如新型真空斷路器,低速的在 0.2 s以上。滅弧時間,真空斷路器在 0.01 s～0.02 s,貧油斷路器在 0.02 s～0.04 s。為提高二配電各高壓柜執行機構動作速度,由 CD10型操動機構加 SN10-10型少油斷路器改為VJ12型真空斷路器。

3.2 實施過程

拆除原來的少油斷路器以及 CD10電磁操作機構,將 VJ12型真空斷路器安裝在斷路器室,拆除電磁式繼電器,更換儀表門,將綜合保護單元安裝在儀表室,后移原有的電流互感器,連接三相母線,連接二次線,調節五防裝置,調試一、二次線路,調試開關,調試綜合保護裝置,做 耐壓試驗,保護定值試驗,最后送電運行試驗。

本次改造是在母線不停電的情況下一塊一塊改造的。歷時 3個月,到 2007年 5月份改進完成。

4 改進效果

1)SNP-2000微機綜合自動化保護系統集保護、測控、遙控于一體的新一代綜合自動化保護系統,系統中各保護測控單元分散安裝在各高壓柜儀表室中。單元核心部件采用 16位 CPU高性能芯片,外圍設電流、電壓、采集模塊,板面控制模塊,遙控、遙信模塊,微機通訊采用 RS485總線。單元可以直接驅動斷路器分合閘。當其保護回路發生短路瞬間電流大于整定值時,其動作時間小于 0.01 s。

VJ12型真空斷路器采用儲能式彈簧操作機構。當合閘完成后,分閘儲能同時完成。當分閘線圈得電后,分閘半軸被脫扣器撞擊而發生轉動,分閘扣板釋放,斷路器觸頭在儲能彈簧拉動下迅速斷開。其分閘時間為:0.02 s～0.05 s。

因此改造后,由于微機綜合自動化保護配合VJ12型真空斷路器最大動作時間為 0.01+0.05=0.06 s,跳閘的“速動性”大大提高。

2)在繼電保護“選擇性”方面,當二配電所帶回路發生短路,短路瞬間電流大于等于 3370A時,二配電出線柜速斷保護和 11萬變電站 6062(6141)出線柜的速斷保護均檢測到大于整定值電流,由于110 kV變電站 6062(6141)出線柜速斷將延時 0.2 s動作,而二配電故障回路速斷在小于或等于 0.06 s動作切斷。因此兩級速斷保護“選擇性”較好。解決了同時啟動跳閘動作的問題。

3)改造后取消了盤面外掛繼電器、電度表、機頭等設備,使盤面整齊美觀。

4)由于 110 kV變電站 6062(6141)出線柜速斷將延時 0.2 s動作,在圖 1中 1DL保護區,如果保護區某點發生嚴重短路,將引起 110 kV變電站故障回路的母線出現 0.2 s以上的瞬間低電壓,影響該母線段其它用電回路的用電質量。

設備投入運行后,分合閘速度大幅縮短。當二配電某回路發生短路故障,故障回路保護能迅速地、有選擇性地、自動地將短路故障切除。使保護整體穩定性和安全性大大提高,改造后各項技術指標符合行業標準,至今無一例越級跳閘事故發生,消除了越級跳閘等重大隱患。

[1] 劉介才編撰.工廠供電.北京:機械工業出版社,1987:136-162.

[2] 朱獻清主編.物業供電與電氣設備.北京:機械工業出版社,2001:269-300.

CAUSE ANALYSIS AND IM PROVE MENT OF LEAPFROG TRIP IN 6 kV D ISTRIBUTI ON ROOM

Zang jun Qi Fenglin Chang Shizhong Sen Zhujiang Liu Yunlong

(Anyang Iron&Steel Stock Co.,Ltd)

The article has studied the causes ofLeapfrog Trip when 6kV line short-circuit fault happened in Coking factory ofAngang,found out the reasons for tripping,brought for ward corresponding improvementmeasures and avoided power failure from Leapfrog Trip,removed significant hidden trouble of equipment to the coke oven.

6 kvDistribution Room Leapfrog Trip improvement plan

＊

2009—8—8