断路器保护需注意的问题

刘少龙,宋述勇,余晋生

(1.武乡和信发电有限公司,山西武乡 046300;2.山西电力科学研究院,山西太原 030001;3.垣曲供电支公司,山西垣曲 043700)

断路器保护需注意的问题

刘少龙1,宋述勇2,余晋生3

(1.武乡和信发电有限公司,山西武乡 046300;2.山西电力科学研究院,山西太原 030001;3.垣曲供电支公司,山西垣曲 043700)

以南瑞继保电气有限公司生产的RCS-921A型断路器保护为例,详细介绍了断路器保护反措要求,着重论述了断路器保护不同于线路保护的起动元件特点,归纳了自动重合闸需引起注意的主要放电条件,分析了实现先重和后重的方式,对比了沟三接点和沟通三跳的特点和区别,最后总结了断路器保护测试技巧。

断路器保护;重合闸;沟通三跳

0 引言

断路器失灵保护及自动重合闸装置 (以下简称断路器保护)一般包括断路器失灵保护、三相不一致保护、死区保护、充电保护和自动重合闸,适用于220 kV及以上各种电压等级的3/2接线与角形接线的断路器,按断路器配置。根据反措要求,三相不一致保护一般都由断路器本体实现,充电保护只在充电时临时使用,死区保护在目前的保护配置中不投入,其功能由失灵保护实现。可见断路器保护的主要功能是实现断路器失灵和自动重合闸功能,与双母接线方式主后一体带自动重合闸功能的保护不同,其断路器失灵和自动重合闸功能由单独的断路器保护来实现。下面,以南瑞继保电气有限公司生产的RCS-921A型断路器保护为例,就需注意的几个问题进行深入地分析。

1 断路器保护反措要求

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(试行)继电保护专业重点实施要求对断路器保护的配置、跳闸方式、动作时间等方面有具体规定。

大电流接地系统的主、后保护一般都是按照双重化进行配置的,只有500 kV及以上电压等级的断路器失灵保护是单套配置。为解决单套配置可能带来的拒动问题,反措要求 “单套配置的断路器失灵保护动作后应同时作用于断路器的两个跳闸线圈。如断路器只有一组跳闸线圈,失灵保护装置工作电源应与相对应的断路器操作电源取自不同的直流电源系统。”

断路器失灵保护一旦动作,动作范围都比较大,对电网的影响比较大。因此,为防止断路器失灵保护误动,反措要求 “断路器失灵保护的电流判别元件的动作和返回时间均不宜大于20 ms,其返回系数也不宜低于0.9”,而且规定非电量保护不起动失灵。

当断路器失灵保护动作时,应可靠切除与故障点相临的所有断路器,所以,220 kV及以上电压等级的线路保护通过远方跳闸、变压器通过跳本变压器连接其他电源侧的断路器来完全隔离故障点。

2 断路器保护需注意的几个问题

2.1 起动元件

一般保护的起动元件只有电流启动,包括电流变化量起动和零序过流起动。断路器保护主要是实现失灵和重合闸功能,所以除了上述2种起动外,还有断路器位置起动和外部跳闸起动2种。跳闸位置起动实现无电流变化时断路器位置不对应启动重合闸,外部跳闸起动实现保护动作起动失灵和重合闸功能,这2种起动元件起动时同样去开放出口继电器正电源。

上述4个起动元件有几点需要注意,跟跳本开关与沟通三跳只能由电流变化量起动元件与零序过流元件开放,而重合闸逻辑中的启动无须电流量起动,只需跳闸位置和外部跳闸就可起动重合闸,而外部跳闸必须跳令返回才能起动重合闸。

2.2 自动重合闸

2.2.1 放电条件

重合闸由两种方式起动,一是由线路保护跳闸起动重合闸,二是由跳闸位置起动重合闸。线路同一侧的2台重合装置的重合顺序可切换,后合侧延迟时间可整定,先重合开关合于故障时,后合重合闸装置立即闭锁并发三跳命令。对220 kV及以上电压等级的同杆并架双回线路,为了提高电力系统安全稳定水平,可采用安相自动重合闸方式[1]。为了避免多次重合,重合闸必须在"充电"准备完成后才能起动合闸回路。自动重合闸工作逻辑见图1。

图1 重合闸逻辑

导致重合闸放电的条件有十多条,归纳起来无非以下五条:重合闸停用,单重方式下三跳,重合闸压力闭重,装置异常,重合闸脉冲发出时放电。

特别注意断路器重合闸压力闭重接点与操作箱的配合:当重合闸压力闭重接点为闭接点时,该接点一端应接负直流电源;当重合闸压力闭重接点为开接点时,该接点一端应接正直流电源。因为操作箱中重合闸压力继电器给断路器保护提供的重合闸压力闭重接点为闭接点。

其次,重合闸停用有本重合闸装置停用和线路重合闸停用两种情况。有的重合闸装置在重合闸停用时既放电又沟通三跳,而有的重合闸装置只放电不沟通三跳,对于前者,当停用本装置的重合闸时,只能采用重合闸投入且退出重合闸出口压板方式,否则会导致单相故障三跳导致另一套重合闸不能重合的后果。

2.2.2 先合重合闸与后合重合闸

先合重合闸与后合重合闸分两种情况,一是线路两侧的先合和后合,二是线路一侧2个断路器的先合和后合。如图1所示。

第一种情况是指线路两侧有一侧是电厂侧,为避免电厂侧重合于永久性故障时对发电机造成冲击,通过投入 “发电厂侧”控制字检测线路三相有压实现发电厂侧后合。即使重合闸为单重方式时也要判该线路有压,而且是三相有压,当线路三相电压均大于40 V时线路有压条件满足。

第二种情况是指3/2接线的每条线路有2个断路器,为防止2个断路器同时重合于永久性故障对断路器造成冲击,采用2个断路器重合闸时间不一样的方法避免这一现象的发生,即先合重合闸与后合重合闸方式。先合重合闸与后合重合闸配合使用时,先合重合闸的 “闭锁先合”输出接点接至后合重合闸的 “闭锁先合”输入接点。实现方式如下。

通过投入断路器保护的 “先合软、硬压板”、“后合固定”控制字或设计2个断路器之间的 “闭锁先合”电缆实现3/2接线断路器的先合与后合。当投入先合软、硬压板时,设定该断路器为先重,与后合固定控制字无关;退出先合软硬压板,不投“后合固定”控制字且没有闭锁先合开入,该断路器重合闸仍为先重;投入 “后合固定”控制字或“闭锁先合开入”且退出先合软硬压板,该断路器重合闸为后合;投入 “后合固定”控制字或 “闭锁先合开入”及 “后合检线路有压”控制字,重合时必须三相有压才能重合;当先合重合闸因故检修或者退出运行时,先合重合闸将不发出闭锁先合信号,后合重合闸将以重合闸整定时限动作,而不经过后合侧延迟时间。综上所述,为了运行人员方便,建议2个断路器都不投 “后合固定”控制字,都投入 “先合压板”控制字,根据实际情况通过投退 “先合硬压板”改变先合与后合,否则还得改变定值。

2.3 沟三接点和沟通三跳

220 kV及以上电压等级的断路器保护在某些异常情况下将使断路器三相跳闸。实现方式有两种,沟三接点和沟通三跳。

沟三接点为常闭接点,接在断路器3个分相跳闸接点之间,动作逻辑见图1。当重合闸在未充好电状态且未充电沟通三跳控制字投入、重合闸为三重方式、重合闸装置故障或直流电源消失三个条件中的任一条件出现时,沟三接点闭合,使断路器具备三跳的条件。

沟通三跳是当线路有流,保护有跳闸开入,重合闸在未充好电状态且未充电沟通三跳控制字投入或者重合闸为三重方式,则保护发沟通三跳命令跳本断路器,沟通三跳动作时间约10 ms左右。沟通三跳动作逻辑见图2。

图2 沟通三跳动作逻辑图

为了防止误开入等引起的沟通三跳误动,只有当电流变化量启动或者零序启动元件动作时才能开放沟通三跳。

由上可知,沟通三跳是通过软件的逻辑判断实现三跳,通过分相跳闸接点实现三跳;而沟三接点是,将操作箱中的分相跳闸接点通过压板沟通实现三跳。此外,当重合闸装置故障或直流电源消失时,沟三接点闭合,而沟通三跳不动。沟通三跳还受电流启动的闭锁,沟三接点则没有。

沟三接点增加了回路的复杂性,易造成三跳不重的后果。因此,在国网公司企业标准 《线路保护及辅助装置标准化设计规范》中取消了沟三接点,为解决当重合闸装置故障或直流电源消失时沟通三跳不动的问题,规定 “当断路器保护失电时,由断路器三相不一致保护三相跳闸。”[2]

2.4 断路器保护测试

2.4.1 失灵保护动作时序和时间测试

断路器保护既有跟跳,又有保护失灵跳本开关、失灵跳其他开关,同时因放电还有沟通三跳,因此断路器保护动作时序应正确。

模拟线路正常运行,断路器保护投入 “失灵保护”、“跟跳本开关”、“未充电沟三跳”控制字,模拟线路A相故障不消失,单相跳闸开入,失灵保护动作时序如下。假设定值:失灵跳本开关时间为0.15 s,失灵跳其他开关动作时间为0.30 s。模拟失灵保护动作时,以其中一次实测的保护装置动作情况为例:A相跟跳 17 ms,失灵跳本开关167 ms,沟通三跳170 ms,失灵动作318 ms。由数据可知:跟跳在前,失灵在后;跳本开关在前,跳其他开关在后;失灵三跳本开关造成重合闸放电导致沟通三跳动作,保护人员对此动作时序要有清晰的概念。

在测试失灵保护跳本开关时间和相邻开关时间时,把失灵跳本开关的接点 (A、B、C分相接点接入)和失灵跳相邻开关的接点同时接入,实验仪器设置是进入故障态计时同时开出闭合 (跳闸开入量),失灵跳相邻开关接点闭合停止计时。因失灵跳相邻开关时间比失灵跳本开关时间长,故试验仪器能记录下两对接点动作时间,否则只能记录下动作时间短的接点。

2.4.2 后合跳闸测试

当后合重合闸定值中 “后合检线路有压”控制字投入,如果先合重合闸未合,线路三相电压不能恢复,则检线路有压后合的断路器不再合闸,若线路有流则经后合跳闸延时定值后跳本断路器。后合跳闸动作逻辑见图1。

后合跳闸延时定值应大于后合重合延时定值。测试后合跳闸延时定值时,将 “后合检线路有压控制字”投入,保护试验仪设置如下:Ⅰ态为正常态(有压无流),Ⅱ态为保护跳令的开出闭合,Ⅲ态为保护跳令的开出断开,Ⅳ态有压有流同时计时,跳闸停表。即可测出后合跳闸延时。

3 结束语

3/2接线的断路器保护属于近后备保护,主要实现失灵和重合闸功能。通过上述分析可知,断路器保护起动增加了跳闸位置起动和外部跳闸起动;为避免断路器发生多次重合,归纳起来重合闸放电无非是五种情况下实现放电;为避免发电机或线路一侧的2个断路器重合于永久性故障造成对一次设备的冲击,采用定值控制字或相互闭锁先合的方式实现断路器先合和后合;通过沟三接点和沟通三跳两种方式实现异常情况下的断路器三跳。对于失灵保护动作时序和时间测试上的相关问题也应有深刻的认识。只有加深对断路器保护上述关键几个问题的认识,才能在断路器保护设计、试验、整定、检修、维护中确保断路器保护的正确动作,保证电网的安全运行。

[1] 国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京:中国电力出版社,2009:10-20.

[2] 国家电网公司.Q/GDW 161—2007线路保护及辅助装置标准化设计规范[S].北京:中国电力出版社,2007:1-10.

Several Important Issues on Breaker Protection

LIU Shao-long1,SONG Shu-yong2,YU Jin-sheng3
(1.Wuxiang Hexin Power Generation Co.,Ltd,Wuxiang 046300 Shanxi,China;
2.Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan 030001 Shanxi,China;
3.Yuanqu Power Supply Sub-Branch Company,Yuanqu,Shanxi 043700,China)

Take RCS-921A Breaker Protection of Nari-Relays Electric CO,LTD as an example,this paper introduces,in detail,the demand of anti-accident measures about the Breaker Protection,particularly discusses the characteristics of the starting element,in which the difference between Breaker Protection and Line Protection lies,sums up the main discharge conditions related to auto-reclosing,analyses the manners of early or late reclosure and finally summarizes the testing skills about the Breaker Protection.

Breaker Protection;reclosure;triggering triple trip

TM561

A

1671-0320(2010)04-0003-04

2009-12-20,

2010-05-24

刘少龙 (1973-),男,山西静乐人,1994年毕业于太原电力高等专科学校发电厂及电力系统专业,工程师,从事继电保护试验、维护及技术管理工作;

宋述勇 (1971-),男,山西交城人,1995年毕业于武汉大学电力系统自动化专业,高级工程师,长期从事继电保护试验与研究工作;

余晋生 (1976-),男,山西垣曲人,2004年毕业于太原理工大学计算机管理与应用专业,助理工程师,从事电力经济管理工作。