某電廠斷路器閃絡(luò)保護(hù)誤動(dòng)作分析及整改措施

王俊超,童志祥,王龍輝

（烏東德水力發(fā)電廠，云南 昆明 651500）

0 引言

發(fā)變組進(jìn)行并網(wǎng)前和解列后，斷路器兩側(cè)分別為系統(tǒng)側(cè)和發(fā)變組側(cè)兩個(gè)非同期系統(tǒng)，因此斷路器斷口具有電壓差，斷口電壓隨兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)的角度差δ變化而變化，當(dāng)δ=180°時(shí)，斷口電壓最大，達(dá)到兩倍額定運(yùn)行電壓，易造成斷口閃絡(luò)。閃絡(luò)產(chǎn)生的電弧會(huì)造成滅弧室絕緣下降繼而誘發(fā)接地故障，引起事故擴(kuò)大[1]。斷路器閃絡(luò)產(chǎn)生的負(fù)序電流流經(jīng)發(fā)電機(jī)時(shí)，還會(huì)在轉(zhuǎn)子表層感應(yīng)出100 Hz 的高頻電流，可能造成轉(zhuǎn)子表層過熱，降低轉(zhuǎn)子絕緣水平，威脅發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，發(fā)變組接入220 kV 及以上系統(tǒng)時(shí)應(yīng)配置高壓側(cè)斷路器閃絡(luò)保護(hù)，迅速排除斷路器閃絡(luò)故障。因設(shè)計(jì)、運(yùn)維人員對(duì)斷路器閃絡(luò)保護(hù)原理掌握不足，閃絡(luò)保護(hù)誤動(dòng)事件時(shí)有發(fā)生。本文通過分析一起斷路器閃絡(luò)保護(hù)誤動(dòng)事件，提出相應(yīng)整改措施，加深設(shè)計(jì)、運(yùn)維人員對(duì)斷路器閃絡(luò)保護(hù)的理解，為設(shè)計(jì)與檢修維護(hù)提供參考經(jīng)驗(yàn)。

1 事故經(jīng)過

某水力發(fā)電廠發(fā)變組為單元接線，站內(nèi)開關(guān)站為500 kV 3/2 接線方式，如圖1 所示，為求簡(jiǎn)潔，圖中省略了相關(guān)隔刀、地刀。5222、5223 斷路器之間為8 號(hào)發(fā)變組進(jìn)線間隔，其與5221、5222 斷路器之間線路間隔構(gòu)成完整串。8B 變壓器容量為945 MVA，YNd11 接線，變比550/22 kV。因8B 為新投運(yùn)變壓器，事故發(fā)生前正在進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)8B 的主變沖擊合閘試驗(yàn)。系統(tǒng)第三次對(duì)8B 主變沖擊合閘前，5221 斷路器處于合閘狀態(tài)，5222、5223 斷路器處于分閘狀態(tài)，系統(tǒng)側(cè)經(jīng)線路通過5222 斷路器對(duì)主變進(jìn)行沖擊，當(dāng)5222 斷路器合閘后，8B 第一、二套變壓器保護(hù)斷路器B 閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作，跳開5222 斷路器，變壓器退出運(yùn)行。

圖1 某電廠8B 進(jìn)線單元主接線示意圖

2 事故原因分析

2.1 保護(hù)配置情況

8B 變壓器雙重化配置了兩套南瑞PCS-985TW變壓器保護(hù)裝置，保護(hù)裝置引入主變高壓側(cè)5222、5223 斷路器側(cè)的16CT、19CT 電流，通過軟件計(jì)算產(chǎn)生主變高壓側(cè)合電流，兩套保護(hù)所用CT 繞組互相獨(dú)立，變比為4 000∶1。變壓器保護(hù)引入高壓側(cè)斷路器5222、5223 斷路器分閘接點(diǎn)作為閃絡(luò)保護(hù)判據(jù)條件。斷路器分閘接點(diǎn)引自斷路器本體分閘輔助接點(diǎn)。斷路器閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作于跳高壓側(cè)斷路器、啟動(dòng)高壓側(cè)斷路器失靈、跳發(fā)電機(jī)出口斷路器。

2.2 閃絡(luò)保護(hù)邏輯

現(xiàn)場(chǎng)配置的閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為：

（1）斷路器三相位置接點(diǎn)均為斷開狀態(tài)；

（2）斷路器負(fù)序（相電流或零序電流）大于整定值。

上述條件均滿足，閃絡(luò)保護(hù)Ⅰ時(shí)限和Ⅱ時(shí)限分別經(jīng)延時(shí)t1、t2動(dòng)作。其中相電流、零序電流判據(jù)可投退，邏輯框圖如圖2 所示。

圖2 閃絡(luò)保護(hù)邏輯框圖

2.3 斷路器閃絡(luò)保護(hù)整定原則

斷路器閃絡(luò)保護(hù)取主變高壓側(cè)斷路器電流作為動(dòng)作量。斷路器閃絡(luò)保護(hù)負(fù)序電流元件整定應(yīng)躲過正常運(yùn)行時(shí)變壓器高壓側(cè)不平衡電流，一般可取10%[2]：

式中：ITn為變壓器高壓側(cè)額定電流，na為CT變比。

斷路器閃絡(luò)保護(hù)相電流元件整定應(yīng)判別斷路器是否有流[3]：

式中：k為有流判別系數(shù)，可取0.02～0.1。

斷路器閃絡(luò)保護(hù)零序電流元件整定應(yīng)躲過變壓器正常運(yùn)行時(shí)最大零序不平衡電流[4]：

式中：Iunb,0為變壓器正常運(yùn)行時(shí)最大零序不平衡電流，krel為可靠系數(shù)，取1.15～1.2，kr為返回系數(shù)，取0.85～0.95。

閃絡(luò)保護(hù)延時(shí)需躲過斷路器三相合閘不一致時(shí)間，一般整定為0.1～0.2 s。當(dāng)機(jī)端有斷路器時(shí)，動(dòng)作于機(jī)端斷路器跳閘。當(dāng)機(jī)端沒有斷路器時(shí)，動(dòng)作于滅磁、啟動(dòng)斷路器失靈[5]。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)斷路器閃絡(luò)保護(hù)定值整定

該電廠主變高壓側(cè)斷路器閃絡(luò)保護(hù)相電流和零序電流判據(jù)均未投入，只有負(fù)序電流判據(jù)。考慮到主變實(shí)際運(yùn)行最大不平衡電流，負(fù)序電流整定為額定電流的15%，即：

考慮到保護(hù)裝置測(cè)量精度，將定值調(diào)整至I2.op=0.05 A。閃絡(luò)Ⅰ時(shí)限和Ⅱ時(shí)限現(xiàn)場(chǎng)均整定為0.15 s，動(dòng)作于跳高壓側(cè)斷路器、啟動(dòng)高壓側(cè)斷路器失靈、跳發(fā)電機(jī)出口斷路器。

2.5 斷路器閃絡(luò)保護(hù)誤動(dòng)分析

調(diào)取8B 第一套主變保護(hù)斷路器閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作波形，如圖3 所示。

圖3 8B 第一套閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作波形

斷路器A、B 分別為邊、中斷路器，即5223、5222斷路器。主變高壓側(cè)1 分支電流取自5223 斷路器19CT4 繞組，對(duì)應(yīng)斷路器A 電流，因5223 在沖擊合閘中處于斷開狀態(tài)，故無電流，圖3 中未予顯示。主變高壓側(cè)2 分支電流取自5222 斷路器16CT1 繞組，對(duì)應(yīng)斷路器B 電流，可明顯見合閘后變壓器勵(lì)磁涌流特征，其表現(xiàn)為波形發(fā)生畸變，波形為尖頂波，出現(xiàn)間斷角，且波形偏向時(shí)間軸一側(cè)[5]。因主變高壓側(cè)2 分支電流波形畸變和三相不對(duì)稱，主變高壓側(cè)2 分支產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的負(fù)序電流。利用公式計(jì)算生成高壓側(cè)2 分支負(fù)序電流通道231。可見當(dāng)負(fù)序電流在T1 時(shí)刻達(dá)到定值0.05 A，經(jīng)150 ms（定值為0.15 s）后在T2 時(shí)刻斷路器B 閃絡(luò)保護(hù)Ⅰ時(shí)限和Ⅱ時(shí)限同時(shí)動(dòng)作。以上分析表明，斷路器B 閃絡(luò)保護(hù)負(fù)序電流滿足判據(jù)，保護(hù)延時(shí)與保護(hù)定值一致。

由圖3 可看出，在斷路器位置變化中，斷路器A開始為分位，分位消失（即變?yōu)楹衔唬?0 ms 左右，主變高壓側(cè)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，而同時(shí)斷路器B 在整個(gè)過程中始終為分位，這導(dǎo)致斷路器B 閃絡(luò)保護(hù)分位接點(diǎn)判據(jù)滿足，結(jié)合斷路器B 負(fù)序電流判據(jù)滿足，斷路器B 閃絡(luò)保護(hù)最終經(jīng)延時(shí)動(dòng)作。在沖擊合閘過程中，裝置顯示斷路器A 由分到合，斷路器B 始終在分位，實(shí)際沖擊合閘過程卻是斷路器B 由分到合，斷路器A 始終在分位，判斷為斷路器A、B 斷路器分位接點(diǎn)接反。變壓器第二套保護(hù)裝置動(dòng)作波形特點(diǎn)和動(dòng)作行為與第一套一致，因此不再單獨(dú)分析。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)主變高壓側(cè)邊、中斷路器分位接點(diǎn)引入變壓器保護(hù)裝置時(shí)，未考慮邊、中斷路器分位接點(diǎn)應(yīng)與裝置規(guī)定的斷路器A、B 分位開入分別對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致斷路器閃絡(luò)保護(hù)分位接點(diǎn)與實(shí)際狀態(tài)不一致，保護(hù)誤動(dòng)。

3 整改措施

3.1 更正錯(cuò)誤回路

更改錯(cuò)誤回路，將邊、中斷路器分位接點(diǎn)與斷路器A、B 分位接點(diǎn)開入一一對(duì)應(yīng)。更改后重新校驗(yàn)斷路器閃絡(luò)保護(hù)，保護(hù)啟動(dòng)及判據(jù)正確。將保護(hù)調(diào)試大綱及裝置說明書中關(guān)于閃絡(luò)保護(hù)斷路器位置接點(diǎn)的描述加以完善，使設(shè)計(jì)、運(yùn)維人員理解更加清晰。

3.2 使用斷路器本體三相輔助接點(diǎn)

使用斷路器本體三相分位輔助接點(diǎn)。將斷路器A、B、C 相分位輔助接點(diǎn)串聯(lián)后接入對(duì)應(yīng)保護(hù)裝置的斷路器分位開入，只有斷路器三相都為分位時(shí)，保護(hù)裝置才有分位開入，使保護(hù)時(shí)間整定上可不考慮躲過斷路器三相合閘不一致時(shí)間，保證斷路器處于完全分閘狀態(tài)，提高了閃絡(luò)保護(hù)可靠性。

3.3 重新整定跳閘出口方式

根據(jù)DLT/684-2012《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》，當(dāng)機(jī)端有斷路器時(shí)，斷路器閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作于機(jī)端斷路器跳閘。當(dāng)機(jī)端沒有斷路器時(shí)，動(dòng)作于滅磁、啟動(dòng)斷路器失靈。從斷路器閃絡(luò)保護(hù)的保護(hù)范圍來看，具有機(jī)端斷路器的發(fā)變組，跳開機(jī)端斷路器后，主變高壓側(cè)斷路器斷口沒有了兩側(cè)較大電勢(shì)差，斷路器閃絡(luò)得以消除。在沒有機(jī)端斷路器的發(fā)變組中，閃絡(luò)保護(hù)Ⅰ時(shí)限應(yīng)動(dòng)作于滅磁，發(fā)電機(jī)滅磁動(dòng)作后，高壓側(cè)斷路器斷口電壓降低，可以消除部分閃絡(luò)故障。發(fā)電機(jī)滅磁需要時(shí)間，如果閃絡(luò)故障持續(xù)存在，則閃絡(luò)保護(hù)Ⅱ時(shí)限以較長(zhǎng)延時(shí)啟動(dòng)高壓側(cè)斷路器失靈，將閃絡(luò)的斷路器從系統(tǒng)中隔離出來。該電廠發(fā)變組均配有發(fā)電機(jī)斷路器出口開關(guān)，故取消斷路器閃絡(luò)保護(hù)跳高壓側(cè)開關(guān)及啟動(dòng)斷路器失靈出口。

4 結(jié)論

在本次斷路器閃絡(luò)保護(hù)誤動(dòng)事件中，主變沖擊合閘過程時(shí)，斷路器閃絡(luò)保護(hù)本不應(yīng)該動(dòng)作，動(dòng)作后果也不應(yīng)跳開主變高壓側(cè)開關(guān)，錯(cuò)誤的接線和擴(kuò)大的出口整定導(dǎo)致了保護(hù)誤跳斷路器，使主變沖擊合閘試驗(yàn)中斷。目前對(duì)斷路器閃絡(luò)保護(hù)的研究已經(jīng)比較完善，不同廠家保護(hù)原理有所區(qū)別，設(shè)計(jì)人員需對(duì)斷路器閃絡(luò)保護(hù)CT 取用、外部回路接線、定值整定及跳閘出口方式深入研究，運(yùn)維人員應(yīng)掌握斷路器閃絡(luò)保護(hù)原理及調(diào)試方法，在檢修中完整校驗(yàn)保護(hù)邏輯，檢查相關(guān)回路，在運(yùn)行中加強(qiáng)巡檢，關(guān)注保護(hù)量狀態(tài)，確保保護(hù)正常運(yùn)行。