向家壩右岸電站斷路器失靈保護設計與應用風險分析

張林枝，肖 勇，易亞文，王 鋒

（向家壩水力發電廠，四川 宜賓 644612）

0 前言

失靈保護是指故障電氣設備的繼電保護動作發出跳閘命令而斷路器拒動時，利用故障設備的保護動作信息與拒動斷路器的電流信息構成對斷路器失靈的判別，能夠以較短的時限切除同一廠站內其他有關的斷路器，使停電范圍限制在最小，從而保證整個電網的穩定運行，避免造成發電機、變壓器等故障元件的嚴重燒損和電網的崩潰瓦解事故。斷路器拒動是電網故障情況下又疊加斷路器操作失靈的雙重故障，允許適當降低其保護要求，但必須以最終能切除故障為原則。

1 向家壩右岸電站一次主接線

向家壩右岸電站一次主接線如圖1所示，500 kV GIS采用一倍半接線方式，共計4條進線，2條出線。進線采用發電機變壓器單元接線方式，發電機出口設GCB，主變高壓側經高壓電纜與GIS直接連接。

圖1 向家壩右岸一次主接線圖

2 向家壩右岸電站失靈保護配置情況介紹

2.1 GCB失靈保護

GCB失靈保護采用南京南瑞繼保電氣有限公司RCS-985GW型發電機保護裝置中的開關失靈保護功能，為雙重化配置。如圖2所示，其保護動作啟動失靈由發電機、變壓器及高壓電纜保護動作開入（非電量保護除外），其中變壓器及高壓電纜保護動作后先啟動GCB操作箱TJR，再將TJR的接點與發電機保護動作接點并聯后啟動GCB失靈。

圖2 GCB失靈保護啟動開入

失靈保護動作出口跳廠高變、跳滅磁開關、跳主變高壓側開關，其中跳主變高壓側開關命令通過主變側RCS-931LM型高壓電纜保護裝置光纖通道傳遞給GIS側高壓電纜保護裝置，由GIS側高壓電纜保護裝置出口跳主變高壓側開關但不啟動開關失靈。

2.2 500 kV GIS斷路器失靈保護

向家壩右岸GIS共有三串，包括9個斷路器。斷路器失靈保護采用南瑞繼保RCS-921G型斷路器失靈保護裝置，每個斷路器對應配置一套RCS-921G保護裝置。以中開關5062DL為例，說明GIS斷路器失靈保護的啟動開入及保護動作出口。

5062DL失靈保護啟動開入如圖3所示，5061和5063DL失靈保護、短引線保護以及4號出線過電壓保護動作先啟動5062DL操作箱三跳繼電器TJR，由TJR的接點啟動5062DL失靈保護；線路保護、高壓電纜保護及主變電量保護動作直接啟動5062DL失靈保護。

圖3 5062DL失靈保護啟動開入

5062DL失靈保護動作出口如圖4所示，至5061DL跳閘接點直接接入5061DL操作箱三跳繼電器TJR，由TJR的接點溝通5061DL跳閘回路，同時TJR的接點啟動5061DL失靈保護；至5063DL跳閘回路亦然；至GCB的跳令通過GIS側高壓電纜保護裝置光纖通道傳遞給主變側高壓電纜保護裝置，由主變側高壓電纜保護裝置出口跳GCB；遠跳線路對側令通過線路保護光纖通道遠傳到線路對側。

圖4 5062DL失靈保護動作出口回路

另外，母線差動保護動作啟動對應的邊開關失靈保護，邊開關失靈保護動作啟動母線失靈保護動作跳相鄰的所有邊開關。

3 失靈保護運行中的風險

3.1 GCB失靈保護動作跳主變高壓側開關但不啟動開關失靈

如圖5所示，發電機失靈保護及復壓記憶過流Ⅱ段保護動作出口跳主變高壓側，跳令接入主變側高壓電纜保護遠跳2開入，保護裝置采樣得到遠跳2開入后，通過光纖通道傳送給GIS側高壓電纜保護裝置。對側保護裝置校驗確認信號可靠后經“遠跳2受本測控制字”控制置跳閘出口繼電器，但不置失靈出口繼電器。

圖5 GCB失靈保護動作出口回路

當GCB失靈保護動作跳主變高壓側開關，但主變高壓側開關拒動，若沒有相應開關的失靈保護動作，就會使故障進一步擴大。

3.2 三跳繼電器TJR接點啟動失靈保護存在的風險

以5062DL為例，5061和5063DL失靈保護、短引線保護以及4號出線過電壓保護動作接點先接入5062DL操作箱三跳繼電器TJR，由TJR的接點溝通斷路器跳閘回路，同時啟動5062DL失靈保護。

如圖6所示，若TJR三跳回路不完整或TJR繼電器故障，將引起斷路器拒動。但TJR不勵磁也無法啟動斷路器失靈保護，將產生嚴重的后果。引起三跳回路不完整的因素主要有：

（1）保護人員接線錯誤或接線不牢靠；

（2）運行人員投入壓板不牢靠；

（3）保護動作，但跳閘繼電器接點故障；

（4）操作電源開關跳開或電壓低。

圖6 5062DL三跳（TJR）回路

4 失靈保護檢修過程中的風險

失靈保護停電檢修過程中存在誤出口跳開運行中的斷路器的風險。比如6串進線停電，5061和5062DL保護裝置檢修過程中存在如下風險：

（1）保護人員執行安措時，需隔離檢修設備至外圍仍在運行的相關回路，例如5062DL失靈保護動作跳5063DL回路、5062DL失靈保護動作啟動遠跳回路以及5061DL失靈動作啟動3M母線失靈保護回路。若在執行安措時誤短接這些回路，如圖7所示，將引起運行中的5063DL跳閘或與3M相連的所有邊開關跳閘。

（2）保護人員做整組試驗和出口回路電阻檢查時需用萬用表檢查出口接點通斷情況，若使用萬用表不當或對回路不熟悉，容易誤用萬用表電阻檔或通斷檔短接5062DL失靈保護動作跳5063DL回路、5062DL失靈保護動作啟動遠跳回路以及5061DL失靈動作啟動3M母線失靈保護回路，造成誤出口跳開運行開關。

圖7 5062DL失靈保護動作跳5063DL回路

5 改進建議

針對上述三個風險，提出以下幾點改進建議：

（1）增加發電機失靈保護及復壓記憶過流Ⅱ段保護動作啟動主變高壓側開關失靈保護功能。雖然發生GCB與主變高壓側開關同時失靈的概率相當小，但這種風險和可能性都是確實存在的。

（2）以5062DL為例，將5061DL和5063DL失靈保護、短引線保護以及4號出線過電壓保護動作接點直接接入5062DL RCS-921G保護裝置保護三跳開入，啟動5062DL失靈保護。這樣保護動作跳閘與啟動失靈沒有公共回路，可以避免由于公共回路故障，引起的跳閘與啟動失靈同時失敗的問題。

（3）在5063DL智能控制柜上增加“5062DL失靈動作跳5063DL”壓板，如圖8所示。以此類推，在所有邊開關智能控制柜上增加對應中開關失靈動作跳本開關的壓板，在所有母線保護柜上增加對應邊開關失靈動作啟動母線失靈保護壓板，在GIS側高壓電纜保護柜和線路保護柜上增設對應中開關失靈動作啟動遠跳壓板，作為繼電保護裝置檢修作業防誤動作壓板。

此壓板串聯在跳閘回路中，正常運行時壓板投入，當需要檢修3/2斷路器保護時，可將相應間隔單元繼電保護檢修作業防誤壓板退出，此時從檢修斷路器來的跳閘回路被斷開。然后檢修人員再執行安全措施或檢修作業時，即使誤碰出口也不產生后果，從根本上杜絕了誤碰造成跳閘的風險。

圖8 5062DL失靈保護動作跳5063DL回路

（4）加強冬修期間對開關設備及操作回路的檢修維護，通過提高檢修維護質量來防止斷路器拒動現象的發生。

對于一次人員，要加強設備的安裝調試技術力量，在保證觸頭的各行程數值符合規定情況下，重點要保證斷路器的跳閘時間，速度及可靠性。定期檢修、維修保養，在冬季到來之前，要進行一次轉動部位的清掃及連接部位螺絲緊固檢查，防止污垢等造成拒跳，且在每年的檢修工作中還應做最低可靠動作電壓試驗，不可隨便提高最低動作電壓，只有這樣才能保證整個電氣回路的正確性，及操作機構的靈活和可靠性。

對于保護人員，要提高檢修質量，保證保護裝置的動作準確性，保證回路的完整性，其中包括接線的牢靠，各電氣元件的完好，各電纜線芯絕緣合格且無斷線現象，杜絕因二次回路的問題造成開關拒動。

對于運行人員，要求操作嚴格按照操作票一步一步的執行，避免發生壓板漏投或沒投牢靠的現象。

（5）規范保護人員的作業行為，加強員工技能培訓，防止人員行為不當引起開關誤動。例如，規范萬用表的使用，防止誤用萬用表電阻檔或通斷檔測量帶電出口接點的通斷情況，造成保護誤出口。

6 結語

斷路器失靈保護拒動或誤動都將產生嚴重的后果，本文針對向家壩右岸電站失靈保護二次回路在運行和檢修中的風險提出了相應的解決方案，能有效地提高失靈保護的可靠性，降低失靈保護運行和檢修中的拒動或誤動的風險。

[1]林永昌．淺談斷路器失靈保護在實際運用中的改進[J].機電信息，2009，240：6-7．

[2]朱瑞芳．關于失靈保護誤跳開關的原因分析[J].科學與企業，2012，(5)：118-118．

[3]祖悅強．失靈保護開入電源跳閘的故障分析及處理[J].電工技術，2011，(10)：13-14,40．

[4]王梅義．電網繼電保護應用[M].北京：中國電力出版社，1999．

[5]國家電力調度通信中心．國家電網公司繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009．

[6]國家電網公司.線路保護及輔助裝置標準化設計規范[S].北京：中國電力出版社，2007．

[7]南京南瑞繼保電氣有限公司．RCS-985大型水輪發電機變壓器成套保護裝置技術和使用說明書[Z]．

[8]南京南瑞繼保電氣有限公司．RCS-921G系列斷路器失靈保護及自動重合閘裝置技術和使用說明書[Z]．