CSB21A備自投裝置誤動(dòng)作分析與改進(jìn)

摘 要:從一次事故中找出了變電站主變壓器備用電源自動(dòng)投入裝置發(fā)生誤動(dòng)作的原因;一是10kV母線無(wú)壓判據(jù)取單相電壓不合理;二是自投裝置對(duì)電流的識(shí)別精度低。

關(guān)鍵詞:備用自投裝置 誤動(dòng)作 單相接地

中圖分類號(hào):TM7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)03(a)-0025-03

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，有些情況下為了節(jié)省設(shè)備投資、簡(jiǎn)化電力網(wǎng)的接線及其繼電保護(hù)裝置的配置方式，在較低電壓等級(jí)的電力網(wǎng)(如10～35kV的電網(wǎng))中或在較高電壓等級(jí)的電網(wǎng)(如110kV電網(wǎng))中的非主干線，以及在大多數(shù)用戶的供電系統(tǒng)中，常常采用所謂放射型的供電方式。在這些系統(tǒng)接線方式中，為提高對(duì)用戶供電的可靠性，可采用備用電源自動(dòng)投入裝置，簡(jiǎn)稱BZT裝置，使系統(tǒng)自動(dòng)裝置與繼電保護(hù)裝置相結(jié)合。這是一種提高對(duì)用戶不間斷供電的經(jīng)濟(jì)而又有效的重要技術(shù)措施之一。

110kVxx變10kV備自投裝置采用北京四方繼保自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的CSB-21A型數(shù)字式備用電源自動(dòng)投入裝置。它以第三代微機(jī)保護(hù)通用硬件為基礎(chǔ)，采用可編程邏輯的設(shè)計(jì)思想，可以實(shí)現(xiàn)靈活設(shè)置各種運(yùn)行方式，適用于380V-110kV各種電壓等級(jí)的備用電源自動(dòng)投入的裝置。同時(shí)，作為CSC-2000綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的配套裝置，CSB-21A可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)報(bào)送豐富的信息，諸如每個(gè)出口的準(zhǔn)確時(shí)間順序記錄、各開(kāi)關(guān)量變化的準(zhǔn)確時(shí)間順序記錄等，充分體現(xiàn)了裝置的優(yōu)越性。

目前，xx供電公司所屬110kVxx變電站，擔(dān)負(fù)著xx鋼鐵公司的供電任務(wù)，一類負(fù)荷多，對(duì)供電可靠性要求高，因此，為滿足xx鋼鐵廠對(duì)供電可靠性的要求，在xx變電站的110kV進(jìn)線裝設(shè)備自投裝置，10kV四段母線中，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ母線分別裝設(shè)了一套備自投裝置(如圖1)。

該變電站10kV線路發(fā)生單相接地故障，幾秒鐘后，在#1主變壓器供電正常的情況下，主變壓器備用自投裝置動(dòng)作，將運(yùn)行中的#1主變壓器的低壓801斷路器跳開(kāi)，#2主變投入運(yùn)行。表面看在站內(nèi)供電正常的情況下，10kV母線有電壓，而且變壓器低壓側(cè)斷路器有電流，備用自投裝置動(dòng)作的條件都不滿足，為什么備用自投裝置會(huì)動(dòng)作呢？

該站的主變壓器備用自投裝置采用的是CSB21A型數(shù)字式備用電源自動(dòng)投入保護(hù)裝置。它提供:8路模擬量的輸入(4路電流量和4路電壓量)，可以任意接入所需的母線電壓(相電壓或線電壓)、線路電壓、主變壓器低壓側(cè)電流;9路通用的開(kāi)關(guān)量輸入，可以接入主變壓器兩側(cè)的斷路器與母聯(lián)斷路器的位置繼電器的輔助觸點(diǎn)。

在定值中，可以利用這些資源，靈活定義裝置在各種條件下的動(dòng)作行為，從而完成整個(gè)的備用電源自動(dòng)投入過(guò)程。可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)跳閘閉鎖、備用電源過(guò)負(fù)荷聯(lián)切線路等功能，還可以引入如母線保護(hù)動(dòng)作、主變壓器保護(hù)動(dòng)作等信息作為閉鎖的條件。在CSB21A裝置中，共可以定義8個(gè)獨(dú)立的動(dòng)作，其相互之間沒(méi)有任何聯(lián)系，可以分別整定它們的動(dòng)作條件。同時(shí)，在該裝置中還固化了8組預(yù)置定值，分別對(duì)應(yīng)母聯(lián)或橋斷路器備用自投、線路備投、變壓器備用自投，以及均衡負(fù)荷母聯(lián)備用自投等多種方案。

如前圖所示的運(yùn)行方式，變電站10kV母線采用單母線分段的主接線方式。在正常情況下，采用110kV線路供110kVⅠ、Ⅱ號(hào)母線帶#1主變壓器運(yùn)行，#1主變壓器供10VⅠ、Ⅱ號(hào)母線，#2主變壓器在熱備用狀態(tài)的方式。因此，該裝置采用了預(yù)置定值中的00定值區(qū)，在該定值區(qū)中，檢無(wú)壓的門(mén)坎值為17.3V(取10kV母線81TV或82TV的A相電壓)，檢有流的門(mén)坎值為0.4A。

如當(dāng)一臺(tái)主變壓器運(yùn)行，另一臺(tái)主變壓器熱備用，且10kV母聯(lián)斷路器處于合閘時(shí)，主變壓器備用自投投入運(yùn)行。其備用自投的邏輯為:當(dāng)10kV母線無(wú)壓(電壓<17.3V)，工作變壓器無(wú)后備保護(hù)動(dòng)作，變壓器低壓側(cè)無(wú)電流，且該側(cè)斷路器處于合位，在備用變壓器高壓側(cè)有壓情況下，跳開(kāi)工作變壓器低壓側(cè)斷路器、所有工作電容器斷路后，先合備用變壓器高壓側(cè)斷路器，再合備用變壓器低壓側(cè)斷路器;或當(dāng)工作變壓器跳開(kāi)時(shí)，先合備用變壓器高壓側(cè)斷路器，再合備用變壓器低壓側(cè)斷路器。為了防止TV斷線時(shí)裝置誤動(dòng)，取主變壓器低壓側(cè)電流作為母線失電的閉鎖判據(jù)。

當(dāng)時(shí)后臺(tái)發(fā)出10kV母線接地信號(hào)。同一時(shí)間，主變壓器備用自投動(dòng)作，跳開(kāi)#1主變壓器低壓側(cè)斷路器，合上#2主變壓器兩側(cè)斷路器。

經(jīng)過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)該站的主變壓器備用自投裝置，所采用的電壓為10kV母線的A相電壓，其整定值為17.3V。根據(jù)保護(hù)所發(fā)出的信號(hào)，當(dāng)時(shí)10kV線路單相金屬性接地時(shí)的接地相恰為A相，其接地電壓為零，小于裝置的整定值，從而裝置判定10kVⅠ號(hào)母線失壓。這時(shí)備用自投裝置應(yīng)該檢測(cè)到運(yùn)行主變壓器低壓側(cè)有電流，而啟動(dòng)其閉鎖判據(jù)來(lái)閉鎖裝置，使其不動(dòng)作。

查看備用自投裝置定值中的閉鎖電流定值為0.4A，該站#1、#2主變壓器低壓側(cè)的TA變比為3000/5，所以其閉鎖電流為600×0.4=240A。而該站當(dāng)日有幾條10kV重載線路停電改造，使當(dāng)天主變壓器的負(fù)荷比較輕，約只有1.4MVA，10kV側(cè)的負(fù)荷電流230A<240A，如此，備用自投裝置的閉鎖判據(jù)，實(shí)際上是不能起到閉鎖作用的，從而造成了這一次的裝置動(dòng)作。

通過(guò)以上分析， 發(fā)現(xiàn)當(dāng)線路發(fā)生某相接地故障，系統(tǒng)負(fù)荷較小時(shí)，CSB-21A會(huì)誤動(dòng)作。

10kV母線無(wú)壓判據(jù)取單相電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)不合理。10kV母線無(wú)壓判據(jù)采用單相電壓，在10kV線路發(fā)生金屬性接地時(shí)，接地相的電壓為零。這時(shí)接地相剛好是備用自投裝置采用的電壓相，使得裝置誤判斷為主變壓器低壓側(cè)無(wú)壓，符合啟動(dòng)的條件，從而使自投裝置誤啟動(dòng)。

我們選了兩套方案來(lái)改進(jìn)檢無(wú)壓判據(jù)(如圖2)。

這是CSB-21A的原理接線，選取單相電壓做檢無(wú)壓判據(jù)，線路發(fā)生單相故障時(shí)，如果故障相恰為判斷相，備自投檢無(wú)壓就會(huì)啟動(dòng)。

方案一(如圖3):

這是改進(jìn)后的原理接線，選用相間電壓做為檢無(wú)壓判據(jù)，當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，相間電壓不會(huì)出現(xiàn)變化，備自投檢無(wú)壓不會(huì)啟動(dòng)。

方案二(如圖4):

加裝電壓變送器后，直接將線電壓作為檢無(wú)壓判據(jù)，線路發(fā)生任何單相接地故障，備用自投裝置的輸入電壓始終能夠保持大于其啟動(dòng)值，從而可以避免類似的情況再次發(fā)生。

自投裝置對(duì)電流模擬量的識(shí)別精度低，定值設(shè)定的下限過(guò)高。保護(hù)裝置的電流整定值下限為0.08In，而主變壓器低壓側(cè)的變比為3000/5，則其整定值為0.4A。只要主變壓器所帶的負(fù)荷較輕，達(dá)不到整定值時(shí)，就會(huì)使其閉鎖條件失去閉鎖作用。這時(shí)，由于電流的閉鎖判據(jù)不起作用，只要裝置檢測(cè)到10kV母線的電壓小于其整定值，無(wú)論正確與否，都會(huì)動(dòng)作，這樣就容易造成自投裝置誤動(dòng)作。

應(yīng)該提高自投裝置精度，合理降低檢查進(jìn)線電流的定值(此定值也不能無(wú)限減小，否則由于微機(jī)裝置漂零的存在，造成備用自投拒動(dòng))，

對(duì)改進(jìn)檢無(wú)壓判斷后的CSB-21A裝置進(jìn)行了檢驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)儀器模擬故障量，升級(jí)前試驗(yàn)10次，保護(hù)裝置誤動(dòng)作10次;改進(jìn)后試驗(yàn)10次，均可靠不動(dòng)作。

通過(guò)上述分析可以看出，在小電流接地系統(tǒng)中備用自投裝置應(yīng)該避免采用單相電壓輸入的接線方式，而采用線電壓輸入或兩相及三相電壓輸入。同時(shí)應(yīng)該提高自投裝置精度，合理降低整定值的下限。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮到在各種運(yùn)行方式及運(yùn)行狀況時(shí)，所設(shè)計(jì)的接線方式是否合理，是否會(huì)使裝置誤動(dòng)。