6 kV配电室越级跳闸原因分析与改进

张军 戚风林 常士中 申祝江 刘云龙

(安阳钢铁股份有限公司)

6 kV配电室越级跳闸原因分析与改进

张军 戚风林 常士中 申祝江 刘云龙

(安阳钢铁股份有限公司)

针对安钢焦化厂 6 kV用电设备短路造成越级跳闸事故的原因进行了分析,提出了相应的改进措施,通过改进避免了越级跳闸停电对焦炉生产造成的威胁,消除了设备重大隐患。

6 kV配电室 越级跳闸 改进方案

0 前言

在电力系统中,继电保护装置是保证电网安全运行、保护电气设备的主要装置,是电力系统的重要组成部分。继电保护装置必须具有“选择性”、“速动性”、“可靠性”、和“灵敏性”。每个继电保护装置由电流、电压互感器及二次回路,继电保护装置本体,跳闸线圈及联动机构等组成。当运行中的电气设备发生短路故障时,其保护装置"拒动或误动",必将引起供电事故的扩大或损坏电气设备,严重时可造成整个电力系统崩溃瓦解。

1 存在问题

焦化厂二配电为 6 kV配电室,内设 24面 GG-1(A)型高压柜。配电室于 1990年建成投用,主要担负鼓冷、二炼焦、运焦等区域供电。二配电电源取自上一级 110 kV变电站。二配电带有 11台 6 kV高压电机、5台 1000 kVA变压器、两条出线回路 (如图 1所示 )。

图1 局部网络示意图

多年来,二配电多次发生所带 6 kV电动机出现短路故障,在故障回路保护装置动作的同时,越级顶掉上一级 110 kV变电站出线柜开关的故障。据记录仅 2004年就发生过 3次这样事故 (见表 1)。

表1 2004年故障统计

由于 110 kV变电站出线柜跳闸,使得二配电故障回路所在母线段失电,造成大面积停电事故,使得事故进一步扩大。

2 原因分析

二配电供电方式为双回路供电,母线分段运行。除进线柜以外,各高压电机柜、变压器柜、出线回路柜、电容柜均设有电磁式继电保护,分为过流和速断两种保护。从保护任务上分:速断保护是为了迅速地、有选择性地、自动地将电力系统中的短路故障切除。过流保护主要是为了负荷电流超过额定值、出现异常运行状态时发出告警信号或跳闸切除。因问题出在速断保护方面,因此笔者仅对速断方面存在的问题进行讨论。

2.1 继电保护“选择性”方面

按照继电保护理论,速断保护的选择性是靠动作电流的特殊性整定来保证的,即电流速断动作电流应躲过它所保护的线路末端的最大短路电流,只有这样整定,才能避免在后一级速断保护线路首端发生严重短路时,前一级误动作的可能性[1],如图 2所示。

图2 线路电流速断保护区

也就是说 110 kV变电站出线柜速断保护范围为图中 1DL保护区,如果 A点发生严重短路,出线速断保护也不应动作,应其过流保护 (后备保护)动作切断。如果 B点发生严重短路,应由二配电出线速断保护应 2DL动作切断。1DL不应动作。但实际情况是 B点发生短路,发生了 1DL和 2DL均跳闸切断的现象,这说明 1DL保护范围延伸覆盖了 2DL保护区,因此速断保护失去了“选择性”。这是越级跳闸的主要原因。

110 kV变电站在向下配置速断保护定值时,为了保护主变出口开关的运行安全,下配 6062和 6141回路速断电流为 3600 A,速断时限均设为 0 s,见表 2。

表2 继电保护装置定值表

由图 1和表 2可以看出:二配电各出线柜速断时限也设为 0 s。以煤气风机为例:当煤气风机回路出现短路故障时,如果短路瞬间电流大于等于 3600-230=3370 A(式中 230 A为母线正常运行电流)。煤气风机出线柜速断保护和 110 kV变电站 6062(6141)出线柜的速断保护均检测到大于整定值电流,并同时启动了跳闸动作程序,因此会出现两级都跳闸结果。

2.2 跳闸的“速动性”方面

跳闸的动作速度是指从出现短路电流到断路器分断短路电流电磁机构动作所用的时间。焦化厂二配电的配电设备为 GG-1(A)型高压柜,柜内设置CD10型操动机构和 SN10-10型少油断路器,保护采用电磁式继电保护。当回路出现短路故障、瞬间电流大于速断定值电流时,互感器感应的大电流驱动电磁式继电器动作、继电器跳闸接点闭合、跳闸线圈得电驱动跳闸软铁顶跳闸连杆机构、连杆机构带动贫油断路器分闸、电弧熄灭。这种柜型传动机构较大,传动机构重量相对较重,由于惯性等原因,使得跳闸速度较慢。使得继电保护的"速动性"较差。实测跳闸时间为 0.15 s～0.3 s,这也是越级跳闸的重要原因。

3 改进方案及实施

3.1 方案确定

继电保护装置的“选择性”是通过前后级继电保护的不同动作值 (整定值)和不同时限的配合来实现的[2]。为解决继电保护"选择性"方面问题,焦化厂向有关部门申请修改保护定值。有关部门综合考虑到各方面技术参数制约,将 110 kV变电站6062、6141出线柜速断动作时限由 0 s修改为 0.2 s,速断电流仍为 3600 A。这样如果二配电所带回路发生短路,瞬间回路电流大于 3600 A时,110 kV变电站 6062(6141)出线柜速断将比二配电故障回路速断延时 0.2 s动作。但由于两级速断时限级差仅为 0.2 s,而二配电配电柜跳闸时间需要 0.15～0.3 s,两级起动跳闸时差 t=0.2-(0.15～0.3)=0.05～(-0.1)s,这说明:由于二配电配电柜跳闸速断慢,当某回路出现短路故障且电流大于 (3600-230)A时,不能满足 2DL切断故障的要求,还会出现越级跳闸现象。因此必须提高二配电继电保护“速动性”,为提高继电保护“速动性”,采取以下措施:

1)为提高二配电各高压柜继电保护的动作速度,由常规电磁继电保护改为 SNP-2000微机综合自动化保护系统。

2)一般来说,断路器的固有分闸时间为:快速的在 0.1 s以下、如新型真空断路器,低速的在 0.2 s以上。灭弧时间,真空断路器在 0.01 s～0.02 s,贫油断路器在 0.02 s～0.04 s。为提高二配电各高压柜执行机构动作速度,由 CD10型操动机构加 SN10-10型少油断路器改为VJ12型真空断路器。

3.2 实施过程

拆除原来的少油断路器以及 CD10电磁操作机构,将 VJ12型真空断路器安装在断路器室,拆除电磁式继电器,更换仪表门,将综合保护单元安装在仪表室,后移原有的电流互感器,连接三相母线,连接二次线,调节五防装置,调试一、二次线路,调试开关,调试综合保护装置,做 耐压试验,保护定值试验,最后送电运行试验。

本次改造是在母线不停电的情况下一块一块改造的。历时 3个月,到 2007年 5月份改进完成。

4 改进效果

1)SNP-2000微机综合自动化保护系统集保护、测控、遥控于一体的新一代综合自动化保护系统,系统中各保护测控单元分散安装在各高压柜仪表室中。单元核心部件采用 16位 CPU高性能芯片,外围设电流、电压、采集模块,板面控制模块,遥控、遥信模块,微机通讯采用 RS485总线。单元可以直接驱动断路器分合闸。当其保护回路发生短路瞬间电流大于整定值时,其动作时间小于 0.01 s。

VJ12型真空断路器采用储能式弹簧操作机构。当合闸完成后,分闸储能同时完成。当分闸线圈得电后,分闸半轴被脱扣器撞击而发生转动,分闸扣板释放,断路器触头在储能弹簧拉动下迅速断开。其分闸时间为:0.02 s～0.05 s。

因此改造后,由于微机综合自动化保护配合VJ12型真空断路器最大动作时间为 0.01+0.05=0.06 s,跳闸的“速动性”大大提高。

2)在继电保护“选择性”方面,当二配电所带回路发生短路,短路瞬间电流大于等于 3370A时,二配电出线柜速断保护和 11万变电站 6062(6141)出线柜的速断保护均检测到大于整定值电流,由于110 kV变电站 6062(6141)出线柜速断将延时 0.2 s动作,而二配电故障回路速断在小于或等于 0.06 s动作切断。因此两级速断保护“选择性”较好。解决了同时启动跳闸动作的问题。

3)改造后取消了盘面外挂继电器、电度表、机头等设备,使盘面整齐美观。

4)由于 110 kV变电站 6062(6141)出线柜速断将延时 0.2 s动作,在图 1中 1DL保护区,如果保护区某点发生严重短路,将引起 110 kV变电站故障回路的母线出现 0.2 s以上的瞬间低电压,影响该母线段其它用电回路的用电质量。

设备投入运行后,分合闸速度大幅缩短。当二配电某回路发生短路故障,故障回路保护能迅速地、有选择性地、自动地将短路故障切除。使保护整体稳定性和安全性大大提高,改造后各项技术指标符合行业标准,至今无一例越级跳闸事故发生,消除了越级跳闸等重大隐患。

[1] 刘介才编撰.工厂供电.北京:机械工业出版社,1987:136-162.

[2] 朱献清主编.物业供电与电气设备.北京:机械工业出版社,2001:269-300.

CAUSE ANALYSIS AND IM PROVE MENT OF LEAPFROG TRIP IN 6 kV D ISTRIBUTI ON ROOM

Zang jun Qi Fenglin Chang Shizhong Sen Zhujiang Liu Yunlong

(Anyang Iron&Steel Stock Co.,Ltd)

The article has studied the causes ofLeapfrog Trip when 6kV line short-circuit fault happened in Coking factory ofAngang,found out the reasons for tripping,brought for ward corresponding improvementmeasures and avoided power failure from Leapfrog Trip,removed significant hidden trouble of equipment to the coke oven.

6 kvDistribution Room Leapfrog Trip improvement plan

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2009—8—8