斷路器越級故障的幾種常見處理方法

紀(jì) 璐，楊 峰，張紅艷

(國網(wǎng)河北省電力公司培訓(xùn)中心，石家莊 050031)

在電力系統(tǒng)中，當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生故障，應(yīng)有保護(hù)裝置動作跳開故障設(shè)備的各側(cè)開關(guān)。但由于某些原因開關(guān)拒動或保護(hù)拒動，可能將引起上級開關(guān)跳閘。斷路器拒動或保護(hù)拒動雖然出現(xiàn)概率較低，但一旦發(fā)生，故障影響范圍將擴(kuò)大，對設(shè)備與電網(wǎng)都會造成很大沖擊，因此以下結(jié)合案例分析變電站越級故障幾種常見處理方法。

1 利用斷路器失靈保護(hù)

斷路器失靈保護(hù)是一種近后備保護(hù)，主要用于解決220 kV 及以上斷路器拒動造成的越級故障。

1.1 220 kV 雙母線接線系統(tǒng)

2007年6月22日，某220 kV 變電站2341 線路遭雷擊W 相跳閘后，引起斷路器失靈保護(hù)動作造成220 kV I 母線停電。

具體情況分析如下:16 時13 分，該變電站2341 線路W 相遭雷擊，W 相流過很大故障電流，且產(chǎn)生零序電流，如圖1所示。故障點(diǎn)位于2341線路保護(hù)范圍，2341 線路保護(hù)動作，選相跳開2341 斷路器W 相。

圖1 2341 斷路器電流量及位置變化情況

跳閘后約75 ms，2341 斷路器W 相斷口擊穿，由圖1可看出，此時2341 斷路器W 相雖顯示在分位，但是W 相有故障電流流過。線路保護(hù)向2341斷路器W 相發(fā)跳令，而且由于W 相斷口擊穿造成W 相故障電流重現(xiàn)，這2 個條件同時滿足時，母差裝置判定為2341 斷路器W 相失靈，進(jìn)而啟動斷路器失靈保護(hù)，并經(jīng)過其他條件判斷后跳開2341 斷路器所連的I 母上所有斷路器。

從該故障可以看出，在220 kV 雙母線接線中，當(dāng)線路支路(主變壓器支路類似)發(fā)生越級故障時，主要依靠斷路器失靈保護(hù)跳開失靈斷路器所在的母線，來實(shí)現(xiàn)故障切除。由于斷路器失靈保護(hù)與母差保護(hù)出口跳閘對象一致，因此2 種保護(hù)功能集成在同一個裝置中實(shí)現(xiàn)，且共用跳閘出口回路。

1.2 500 kV 3/2 接線系統(tǒng)

與220 kV 雙母線中斷路器失靈保護(hù)情況不同，500 kV 3/2 接線中失靈保護(hù)按斷路器設(shè)置，功能在斷路器保護(hù)中實(shí)現(xiàn)。判斷斷路器失靈的條件與前者一樣，但動作后的跳閘對象卻并不相同。

2011年10月15日，某500 kV 變電站500 kV朔云線V、W 相間故障，線路保護(hù)、5023 斷路器失靈保護(hù)先后動作，跳開5022 斷路器、5023 斷路器及Ⅱ母線上其他斷路器。

具體情況分析如下:1 時11 分，該變電站500 kV 朔云線發(fā)生V、W 相間故障，5022、5023 斷路器V、W 相均流過較大短路電流，線路保護(hù)RCS-931、7SD522 電流差動保護(hù)動作，PSL-602 保護(hù)動作。5022、5023 斷路器三相均動作分閘后，5022 斷路器三相電流變?yōu)? A，而5023 斷路器V、W 相故障電流仍然存在，如圖2所示。由5023 斷路器V、W 相啟動5023 斷路器失靈保護(hù)，保護(hù)動作先跟跳本斷路器，跟跳失敗后，440 ms 跳開Ⅱ母上所有斷路器切除故障。

圖2 5023 斷路器電流量及位置變化情況

根據(jù)5023 斷路器解體情況，發(fā)現(xiàn)V、W 相滅弧室的逆止閥片缺少，導(dǎo)致斷路器在分閘時壓氣缸內(nèi)壓力不足，嚴(yán)重影響斷路器的開斷能力，雖然朔云線5023 斷路器雖分閘動作正確，但V、W 相開斷失敗，未將故障電流切斷而引發(fā)越級故障。

由該故障可以看出，在500 kV 3/2 接線中，斷路器失靈保護(hù)在邊斷路器發(fā)生越級故障后能夠動作跳開中斷路器及邊斷路器相連母線(還包括相連線路對側(cè)斷路器或相連變壓器其他側(cè)斷路器)后切除故障。與之類似，中斷路器發(fā)生越級故障后斷路器失靈保護(hù)則跳開兩側(cè)邊斷路器(還包括相連線路對側(cè)斷路器或相連變壓器其他側(cè)斷路器)。

2 增加遠(yuǎn)跳功能

該方法可用于解決220 kV 母線故障，某線路斷路器拒動的越級故障。母線故障線路斷路器拒動情況示意見圖3。

圖3 母線故障線路斷路器拒動情況示意

如圖3所示，當(dāng)母線K1 處故障，母差保護(hù)動作跳閘但線路斷路器拒動，如果線路對側(cè)有電源，則繼續(xù)通過線路、拒動斷路器給故障母線提供故障電流。為防止這種情況發(fā)生，線路光纖差動保護(hù)裝置增加了遠(yuǎn)跳功能，使線路對側(cè)保護(hù)在這種情況下也能夠快速動作跳閘。河北省南部電網(wǎng)使用永跳繼電器的觸點(diǎn)，并經(jīng)線路光纖差動保護(hù)屏上遠(yuǎn)跳壓板后，作為線路光纖差動保護(hù)的遠(yuǎn)跳開入，通過光纖通道向?qū)?cè)發(fā)遠(yuǎn)跳信號，如圖4，對側(cè)線路保護(hù)收到該信號后快速跳閘。

圖4 遠(yuǎn)跳信號傳輸示意

3 利用主變壓器后備保護(hù)

這種方法主要用于切除110 kV 及以下斷路器拒動或保護(hù)拒動引起的越級故障。

2006年6月13日，某110 kV 變電站35 kV 柴錫線故障，該線的線路保護(hù)、1 號主變壓器中壓側(cè)后備保護(hù)先后拒動，最終該變電站1 號主變壓器三側(cè)跳閘。

具體情況分析如下:14 時35 分，35 kV 柴錫線發(fā)生三相短路，該線線路保護(hù)過流Ⅲ段動作跳開3501 斷路器，1 s 后重合成功;5.3 s 后該線路再次發(fā)生三相短路，此時線路保護(hù)不明原因拒動，3501斷路器因收不到跳閘命令無法分閘，此時應(yīng)由1 號主變壓器中壓側(cè)DL-222 后備保護(hù)動作跳開35 kV分段及35 kV 主進(jìn)斷路器即可切除故障。但由于該保護(hù)也拒動，因此只能2.8 s 后由1 號主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)過流Ⅰ段Ⅰ時限動作跳閘，跳開1 號主變壓器三側(cè)斷路器，最終導(dǎo)致該變電站1 號主變壓器、35 kV I 母線及所帶35 kV 出線停電。

經(jīng)保護(hù)人員檢查試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)柴錫線保護(hù)裝置的邏輯元件存在缺陷、1 號主變壓器中壓側(cè)后備保護(hù)裝置性能不穩(wěn)定，造成該2 種保護(hù)先后拒動，最后由1 號主變壓器高壓側(cè)后備保護(hù)動作切除故障，造成故障停電范圍擴(kuò)大。

由該故障可以看出，對于110 kV 及以下的斷路器一旦發(fā)生越級故障，只能依靠主變壓器后備保護(hù)來切除，因此線路保護(hù)與主變壓器保護(hù)的定值整定及延時整定之間合理配合，是保障電網(wǎng)發(fā)生故障后能正確并可靠切除的關(guān)鍵。

4 繼電保護(hù)雙重化配置

河北省南部電網(wǎng)220 kV 及以上線路、220 kV及以上母線、110 kV 及以上主變壓器均采用繼電保護(hù)雙重化配置。雙重化配置不僅是指采用2 套獨(dú)立的保護(hù)裝置，并且包括2 套保護(hù)裝置的電源回路、交流信號輸入回路、輸出回路、跳閘回路、與其他保護(hù)或設(shè)備配合的回路均完全獨(dú)立，互不影響。2 套保護(hù)系統(tǒng)之間沒有任何電氣聯(lián)系，每套完整的保護(hù)系統(tǒng)均能處理可能發(fā)生的所有類型的故障，當(dāng)一套保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時不會影響另一套保護(hù)系統(tǒng)的正常工作。

因此，通過雙重化配置繼電保護(hù)系統(tǒng)，即使其中一套保護(hù)拒動另一套保護(hù)仍能正常動作跳閘，來避免發(fā)生因某一套保護(hù)拒動引發(fā)的越級故障。

5 結(jié)束語

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生越級故障后，容易造成停電范圍的擴(kuò)大，現(xiàn)場通過采取上述的幾種解決方法，能夠有效快速切除越級故障，進(jìn)而保證其他無故障設(shè)備和電網(wǎng)繼續(xù)正常穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］張紅艷.國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技能人員職業(yè)能力培訓(xùn)專用教材－變電運(yùn)行(220kV)［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［3］國家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修部.國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施(修訂版)輔導(dǎo)教材［M］.北京:中國電力出版社，2012.