防粘保護在電力保護中的應用探討

王 雷，姚 剛，劉 峰，王 輝

(劉家峽水電廠，甘肅 永靖 731600)

1 引言

在微機五防繼電保護得到廣泛應用、自動化程度日益提高的今天，依然可以看到有很多電力工作人員對這些自動化設備抱有一種不信任的態度。甚至很多發電廠、變電站，對于一些較為重要的設備，包括已經實現了自動化的一些設備仍然要求日常操作只允許手動操作。究其原因，二次系統可靠性不高是主要原因。隨著國外先進技術的引進和消化，以及國內科技水平的日益提高，二次設備的質量已經基本上可以滿足要求。但是由于電力系統正常運行要求二次回路長期始終帶電，且在正常情況下動作越少，對電力系統影響就越小，時間一長，部分操動機構以及繼電器線圈、觸點等難免會有蒙塵及氧化現象，尤其是在我國北方地區沙塵比較大的地方，容易出現機構卡澀、接觸不良、觸點燒熔、線圈過熱等問題，繼而造成事故的進一步擴大。而變電設備是否能可靠運行直接影響到輸變電生產的安全和經濟效益,所以保證變電設備處于健康狀態是非常重要的。

2 案例分析

下面就2個發生在電廠和變電廠的接點粘連典型案例進行分析。

2.1 案例1

2.1.1 事故及處理經過

在一次正常的排水泵遠方啟動試驗中，某水電廠運行人員按照操作規程在6 kV廠用配電室對該廠3號主排水泵進行操作，在正常停泵后發現3號泵出口電動閥正常關閉后自動開啟，后經手動關閉后又再次自動開啟，隨后在運行人員切斷電動閥電源后才關閉了該電動閥。經檢修人員檢查，電動閥控制回路未見異常。

出現上述情況后，運行人員在做好相關安全措施后，將6 kV配電室3號泵電源開關拉至試驗位置進行試驗檢查，再次投入該泵電動閥控制電源，電動閥再次自動打開。經檢查，電動閥開閥繼電器一直吸合，而3號泵主開關合不上。在將開關二次回路斷開并恢復一次后，開關自動合閘，電動閥再次自動打開。后經停電處理正常。

2.1.2 事故原因分析

3號排水泵作為該電廠的主排水泵，電壓等級為6 kV，其主開關二次回路中設有防跳躍閉鎖回路，其主要工作原理如圖1所示。

圖1 斷路器防跳躍閉鎖原理

所謂跳躍是指由于合閘回路手合或遙合接點粘連等原因，造成合閘輸出端一直帶有合閘電壓。當開關因故跳開后，會馬上又合上，尤其在發生事故時保護動作開關會再次跳開，因為一直加有合閘電壓，開關又會再次合上。對此現象，通俗的稱為“開關跳躍”。一旦發生開關跳躍，會導致開關損壞，嚴重的還會造成開關爆炸，所以防跳功能是操作回路里一個必不可少的部分。

在圖1中，防跳功能的實現是通過跳閘繼電器TBJ的電流線圈和電壓線圈來共同實現的。保護或人為跳閘時，TBJ動作，在啟動跳閘保持回路的同時，接于TBJV線圈回路的TBJ常閉接點TBJ-1打開，切斷合閘回路，同時TBJ-2閉合。如果此時合閘接點(包括手合或遙合或重合閘)是閉合的，則TBJ的電壓線圈帶電啟動并自保持，使合閘回路始終處于斷開狀態，防止再次合閘，直至TBJ失壓復歸。這里需要注意一點：防跳功能是在跳閘時才啟動的，通過TBJ來啟動的，如果TBJ跳閘保持沒有啟動，則也不能啟動防跳。

經多方分析，初步判定為3號泵6 kV主開關操作把手合閘接點因機構問題發生粘連，合閘回路始終處于接通狀態，在正常停泵時跳閘回路也處于接通狀態，開關防跳躍閉鎖動作，閉鎖了主開關的合閘操作。二次回路斷電后，防跳躍閉鎖自動復歸，再次上電后，由于合閘回路一直接通，因而開關再次合閘。但是，出于管路安全和效率考慮，排水泵啟動時出口電動閥隨主開關合閘同時開啟，而停止時則先接通電動閥關閉回路，電動閥全關接點到位后才能啟動主開關跳閘回路，這就導致了電動閥的合閘控制回路實際上與主開關的控制回路并接于合閘把手之后，而不在主開關防跳躍閉鎖保護的范圍內，這是導致這次故障過程中出現上述現象的主要原因。

2.1.3 經驗教訓

在該案例中，可以看到3號泵主開關的防跳躍閉鎖回路動作正確無誤，而由于主開關外觀檢查完好，操作把手接點的粘連又非常隱蔽，很難被發現。同時故障中發生異常動作的部分在出口電動閥，所以一開始都把目光集中在了電動閥處，只是在排除了電動閥及其控制回路的問題之后，才轉而從整個主排水泵保護回路著手排查問題，從而不僅耽誤了故障的排除，也耗費了大量的人力物力。

2.2 案例二

2.2.1 事故過程

2010年下半年，某330 kV開關站母聯斷路器3321因為檢修需要做安全措施，在運行人員拉開母聯斷路器兩側隔離開關33211，33212刀閘，并對其接地刀閘332117進行解鎖操作之后，332117接地刀閘自動合閘。此次事故由于兩側隔離刀閘已經拉開，故接地刀閘的自動投入并未造成損失。

2.2.2 事故原因分析

經檢查，332117接地刀閘操作把手合閘接點粘連。但是在此次操作過程中，在332117接地刀閘合閘之前，工作人員除解鎖外并未進行與332117接地刀閘相關的操作。經進一步分析排查，在2010年春檢預試結束后的刀閘閉鎖試驗過程中，332117操作把手的合閘接點發生粘連。由于試驗中將隔離刀閘33211，33212閉鎖接地刀閘332117的試驗放在了最后一項，在驗證了其閉鎖關系成立，母聯斷路器一次、二次設備無異常之后即將其投入運行。由于閉鎖關系一直存在，故在運行過程中沒有發生任何問題，直到在這次檢修過程中，由于兩側隔離刀閘拉開，閉鎖解除，接地刀閘332117才合上。嚴格意義上講，這次的合閘令是半年前春檢預試過程中做刀閘閉鎖試驗的時候發出的。

2.2.3 經驗教訓

雖然這次接地刀閘的誤合并沒有造成嚴重的后果，但是可以看到，從閉鎖試驗結束開始，接點粘連的故障就一直存在，也就是說接地刀閘合閘的命令就始終存在。春檢試驗的目的原本是要發現故障，但是由于接點粘連的隱蔽性，同時刀閘本身的閉鎖關系也發揮了其正常的作用，試驗中合閘操作未被執行，導致了故障點始終未能被發現，設備也以正常設備投入運行達半年之久，而且是發生在330 kV母線聯絡開關上。由于該330 kV開關站不僅接入了某電廠3臺水輪發電機組合計835 MW的負荷，同時還是西電東輸通道上的變電站之一，一旦此次的誤合發生在運行設備上，其后果將不堪設想。

3 防粘保護回路探討

以上2個案例，雖然都沒有造成嚴重后果，但是可以看到，案例1耗費了大量的人力物力，案例2給電廠乃至整個電網埋下了巨大的設備隱患。筆者從事發電運行工作幾年來，除了以上2個案例，還經歷了多次由于接點粘連、繼電器老化卡澀而導致的電機燒毀、回路熔斷等大小故障。

綜合這些故障，雖然它們的動作情況、保護回路都不一樣，但是它們有一個共性，就是二次回路接點的粘連。由于這種故障具有很大的隱蔽性，同時這一類故障本身很少直接導致嚴重后果，而是引起設備或者繼電保護的非正常動作，從而導致事故的擴大，因此在發生類似故障后，往往需要繼電保護工作者投人很大的精力和時間去查找，還需要他們具備豐富的理論知識和平時不斷積累的經驗。

設想如果在上述案例中，存在這樣一種保護，即當設備的二次回路發生接點粘連之后能夠及時的發出報警甚至直接斷開發生粘連的回路，閉鎖相關操作，那么由此引發的設備隱患，造成的后果以及事故發生后為查找故障點所投入的人力物力都將大大減少，故障設備被投入運行的幾率將大大降低，同時也提高了工作效率。下面就圖1所示的開關控制回路簡單探討一下防粘保護回路，見圖2。

在圖示的防粘保護回路中，合閘接點5和8以及跳閘接點6和7有任何一對閉合，電壓延時繼電器1SJ啟動并計時，當達到設定時間后1SJ常開接點 1SJ-1閉合，報警回路接通報警，提示應及時處理。從圖1可看出防粘保護并不難實現，同時由于發變電設備自動化程度日益提高，各種斷路器及其保護的智能化也不斷提高，因此完全可以在自動化程序中通過監測相關二次回路來設置防粘保護。

圖2 防粘保護回路

實際上，防粘保護回路已經在其他領域得到了應用并起到了很好的作用。如現在很多大型起重機都裝設有類似的防粘保護裝置，以防止因接觸器觸頭粘連而造成重物突然下滑剎不住車，繼而造成人員傷亡、財物損壞等事故，減少了難以估量的損失。在電力系統中，為了防止因防跳躍回路失靈而使開關反復合閘于故障設備上造成設備嚴重損壞，應考慮設置防粘保護回路。

4 結束語

操作把手接點粘連、繼電器機構卡澀、接觸器觸頭粘連等都是常見故障，防粘保護回路對防止此類故障及其次生災害能夠起到很好的作用，在其他行業的應用實踐也證明其安全可靠，可行性很大。

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