防粘保护在电力保护中的应用探讨

2012-06-25王雷，姚刚，刘峰，王辉

电力安全技术 2012年3期

王雷，姚刚，刘峰，王辉

(刘家峡水电厂，甘肃永靖 731600)

1 引言

在微机五防继电保护得到广泛应用、自动化程度日益提高的今天，依然可以看到有很多电力工作人员对这些自动化设备抱有一种不信任的态度。甚至很多发电厂、变电站，对于一些较为重要的设备，包括已经实现了自动化的一些设备仍然要求日常操作只允许手动操作。究其原因，二次系统可靠性不高是主要原因。随着国外先进技术的引进和消化，以及国内科技水平的日益提高，二次设备的质量已经基本上可以满足要求。但是由于电力系统正常运行要求二次回路长期始终带电，且在正常情况下动作越少，对电力系统影响就越小，时间一长，部分操动机构以及继电器线圈、触点等难免会有蒙尘及氧化现象，尤其是在我国北方地区沙尘比较大的地方，容易出现机构卡涩、接触不良、触点烧熔、线圈过热等问题，继而造成事故的进一步扩大。而变电设备是否能可靠运行直接影响到输变电生产的安全和经济效益,所以保证变电设备处于健康状态是非常重要的。

2 案例分析

下面就2个发生在电厂和变电厂的接点粘连典型案例进行分析。

2.1 案例1

2.1.1 事故及处理经过

在一次正常的排水泵远方启动试验中，某水电厂运行人员按照操作规程在6 kV厂用配电室对该厂3号主排水泵进行操作，在正常停泵后发现3号泵出口电动阀正常关闭后自动开启，后经手动关闭后又再次自动开启，随后在运行人员切断电动阀电源后才关闭了该电动阀。经检修人员检查，电动阀控制回路未见异常。

出现上述情况后，运行人员在做好相关安全措施后，将6 kV配电室3号泵电源开关拉至试验位置进行试验检查，再次投入该泵电动阀控制电源，电动阀再次自动打开。经检查，电动阀开阀继电器一直吸合，而3号泵主开关合不上。在将开关二次回路断开并恢复一次后，开关自动合闸，电动阀再次自动打开。后经停电处理正常。

2.1.2 事故原因分析

3号排水泵作为该电厂的主排水泵，电压等级为6 kV，其主开关二次回路中设有防跳跃闭锁回路，其主要工作原理如图1所示。

图1 断路器防跳跃闭锁原理

所谓跳跃是指由于合闸回路手合或遥合接点粘连等原因，造成合闸输出端一直带有合闸电压。当开关因故跳开后，会马上又合上，尤其在发生事故时保护动作开关会再次跳开，因为一直加有合闸电压，开关又会再次合上。对此现象，通俗的称为“开关跳跃”。一旦发生开关跳跃，会导致开关损坏，严重的还会造成开关爆炸，所以防跳功能是操作回路里一个必不可少的部分。

在图1中，防跳功能的实现是通过跳闸继电器TBJ的电流线圈和电压线圈来共同实现的。保护或人为跳闸时，TBJ动作，在启动跳闸保持回路的同时，接于TBJV线圈回路的TBJ常闭接点TBJ-1打开，切断合闸回路，同时TBJ-2闭合。如果此时合闸接点(包括手合或遥合或重合闸)是闭合的，则TBJ的电压线圈带电启动并自保持，使合闸回路始终处于断开状态，防止再次合闸，直至TBJ失压复归。这里需要注意一点：防跳功能是在跳闸时才启动的，通过TBJ来启动的，如果TBJ跳闸保持没有启动，则也不能启动防跳。

经多方分析，初步判定为3号泵6 kV主开关操作把手合闸接点因机构问题发生粘连，合闸回路始终处于接通状态，在正常停泵时跳闸回路也处于接通状态，开关防跳跃闭锁动作，闭锁了主开关的合闸操作。二次回路断电后，防跳跃闭锁自动复归，再次上电后，由于合闸回路一直接通，因而开关再次合闸。但是，出于管路安全和效率考虑，排水泵启动时出口电动阀随主开关合闸同时开启，而停止时则先接通电动阀关闭回路，电动阀全关接点到位后才能启动主开关跳闸回路，这就导致了电动阀的合闸控制回路实际上与主开关的控制回路并接于合闸把手之后，而不在主开关防跳跃闭锁保护的范围内，这是导致这次故障过程中出现上述现象的主要原因。

2.1.3 经验教训

在该案例中，可以看到3号泵主开关的防跳跃闭锁回路动作正确无误，而由于主开关外观检查完好，操作把手接点的粘连又非常隐蔽，很难被发现。同时故障中发生异常动作的部分在出口电动阀，所以一开始都把目光集中在了电动阀处，只是在排除了电动阀及其控制回路的问题之后，才转而从整个主排水泵保护回路着手排查问题，从而不仅耽误了故障的排除，也耗费了大量的人力物力。

2.2 案例二

2.2.1 事故过程

2010年下半年，某330 kV开关站母联断路器3321因为检修需要做安全措施，在运行人员拉开母联断路器两侧隔离开关33211，33212刀闸，并对其接地刀闸332117进行解锁操作之后，332117接地刀闸自动合闸。此次事故由于两侧隔离刀闸已经拉开，故接地刀闸的自动投入并未造成损失。

2.2.2 事故原因分析

经检查，332117接地刀闸操作把手合闸接点粘连。但是在此次操作过程中，在332117接地刀闸合闸之前，工作人员除解锁外并未进行与332117接地刀闸相关的操作。经进一步分析排查，在2010年春检预试结束后的刀闸闭锁试验过程中，332117操作把手的合闸接点发生粘连。由于试验中将隔离刀闸33211，33212闭锁接地刀闸332117的试验放在了最后一项，在验证了其闭锁关系成立，母联断路器一次、二次设备无异常之后即将其投入运行。由于闭锁关系一直存在，故在运行过程中没有发生任何问题，直到在这次检修过程中，由于两侧隔离刀闸拉开，闭锁解除，接地刀闸332117才合上。严格意义上讲，这次的合闸令是半年前春检预试过程中做刀闸闭锁试验的时候发出的。

2.2.3 经验教训

虽然这次接地刀闸的误合并没有造成严重的后果，但是可以看到，从闭锁试验结束开始，接点粘连的故障就一直存在，也就是说接地刀闸合闸的命令就始终存在。春检试验的目的原本是要发现故障，但是由于接点粘连的隐蔽性，同时刀闸本身的闭锁关系也发挥了其正常的作用，试验中合闸操作未被执行，导致了故障点始终未能被发现，设备也以正常设备投入运行达半年之久，而且是发生在330 kV母线联络开关上。由于该330 kV开关站不仅接入了某电厂3台水轮发电机组合计835 MW的负荷，同时还是西电东输通道上的变电站之一，一旦此次的误合发生在运行设备上，其后果将不堪设想。

3 防粘保护回路探讨

以上2个案例，虽然都没有造成严重后果，但是可以看到，案例1耗费了大量的人力物力，案例2给电厂乃至整个电网埋下了巨大的设备隐患。笔者从事发电运行工作几年来，除了以上2个案例，还经历了多次由于接点粘连、继电器老化卡涩而导致的电机烧毁、回路熔断等大小故障。

综合这些故障，虽然它们的动作情况、保护回路都不一样，但是它们有一个共性，就是二次回路接点的粘连。由于这种故障具有很大的隐蔽性，同时这一类故障本身很少直接导致严重后果，而是引起设备或者继电保护的非正常动作，从而导致事故的扩大，因此在发生类似故障后，往往需要继电保护工作者投人很大的精力和时间去查找，还需要他们具备丰富的理论知识和平时不断积累的经验。

设想如果在上述案例中，存在这样一种保护，即当设备的二次回路发生接点粘连之后能够及时的发出报警甚至直接断开发生粘连的回路，闭锁相关操作，那么由此引发的设备隐患，造成的后果以及事故发生后为查找故障点所投入的人力物力都将大大减少，故障设备被投入运行的几率将大大降低，同时也提高了工作效率。下面就图1所示的开关控制回路简单探讨一下防粘保护回路，见图2。

在图示的防粘保护回路中，合闸接点5和8以及跳闸接点6和7有任何一对闭合，电压延时继电器1SJ启动并计时，当达到设定时间后1SJ常开接点 1SJ-1闭合，报警回路接通报警，提示应及时处理。从图1可看出防粘保护并不难实现，同时由于发变电设备自动化程度日益提高，各种断路器及其保护的智能化也不断提高，因此完全可以在自动化程序中通过监测相关二次回路来设置防粘保护。

图2 防粘保护回路

实际上，防粘保护回路已经在其他领域得到了应用并起到了很好的作用。如现在很多大型起重机都装设有类似的防粘保护装置，以防止因接触器触头粘连而造成重物突然下滑刹不住车，继而造成人员伤亡、财物损坏等事故，减少了难以估量的损失。在电力系统中，为了防止因防跳跃回路失灵而使开关反复合闸于故障设备上造成设备严重损坏，应考虑设置防粘保护回路。