向家坝右岸电站断路器失灵保护设计与应用风险分析

2012-07-19张林枝易亚文

水电站机电技术 2012年5期

张林枝，肖勇，易亚文，王锋

（向家坝水力发电厂，四川宜宾 644612）

0 前言

失灵保护是指故障电气设备的继电保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时，利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失灵的判别，能够以较短的时限切除同一厂站内其他有关的断路器，使停电范围限制在最小，从而保证整个电网的稳定运行，避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故。断路器拒动是电网故障情况下又叠加断路器操作失灵的双重故障，允许适当降低其保护要求，但必须以最终能切除故障为原则。

1 向家坝右岸电站一次主接线

向家坝右岸电站一次主接线如图1所示，500 kV GIS采用一倍半接线方式，共计4条进线，2条出线。进线采用发电机变压器单元接线方式，发电机出口设GCB，主变高压侧经高压电缆与GIS直接连接。

图1 向家坝右岸一次主接线图

2 向家坝右岸电站失灵保护配置情况介绍

2.1 GCB失灵保护

GCB失灵保护采用南京南瑞继保电气有限公司RCS-985GW型发电机保护装置中的开关失灵保护功能，为双重化配置。如图2所示，其保护动作启动失灵由发电机、变压器及高压电缆保护动作开入（非电量保护除外），其中变压器及高压电缆保护动作后先启动GCB操作箱TJR，再将TJR的接点与发电机保护动作接点并联后启动GCB失灵。

图2 GCB失灵保护启动开入

失灵保护动作出口跳厂高变、跳灭磁开关、跳主变高压侧开关，其中跳主变高压侧开关命令通过主变侧RCS-931LM型高压电缆保护装置光纤通道传递给GIS侧高压电缆保护装置，由GIS侧高压电缆保护装置出口跳主变高压侧开关但不启动开关失灵。

2.2 500 kV GIS断路器失灵保护

向家坝右岸GIS共有三串，包括9个断路器。断路器失灵保护采用南瑞继保RCS-921G型断路器失灵保护装置，每个断路器对应配置一套RCS-921G保护装置。以中开关5062DL为例，说明GIS断路器失灵保护的启动开入及保护动作出口。

5062DL失灵保护启动开入如图3所示，5061和5063DL失灵保护、短引线保护以及4号出线过电压保护动作先启动5062DL操作箱三跳继电器TJR，由TJR的接点启动5062DL失灵保护；线路保护、高压电缆保护及主变电量保护动作直接启动5062DL失灵保护。

图3 5062DL失灵保护启动开入

5062DL失灵保护动作出口如图4所示，至5061DL跳闸接点直接接入5061DL操作箱三跳继电器TJR，由TJR的接点沟通5061DL跳闸回路，同时TJR的接点启动5061DL失灵保护；至5063DL跳闸回路亦然；至GCB的跳令通过GIS侧高压电缆保护装置光纤通道传递给主变侧高压电缆保护装置，由主变侧高压电缆保护装置出口跳GCB；远跳线路对侧令通过线路保护光纤通道远传到线路对侧。

图4 5062DL失灵保护动作出口回路

另外，母线差动保护动作启动对应的边开关失灵保护，边开关失灵保护动作启动母线失灵保护动作跳相邻的所有边开关。

3 失灵保护运行中的风险

3.1 GCB失灵保护动作跳主变高压侧开关但不启动开关失灵

如图5所示，发电机失灵保护及复压记忆过流Ⅱ段保护动作出口跳主变高压侧，跳令接入主变侧高压电缆保护远跳2开入，保护装置采样得到远跳2开入后，通过光纤通道传送给GIS侧高压电缆保护装置。对侧保护装置校验确认信号可靠后经“远跳2受本测控制字”控制置跳闸出口继电器，但不置失灵出口继电器。

图5 GCB失灵保护动作出口回路

当GCB失灵保护动作跳主变高压侧开关，但主变高压侧开关拒动，若没有相应开关的失灵保护动作，就会使故障进一步扩大。

3.2 三跳继电器TJR接点启动失灵保护存在的风险

以5062DL为例，5061和5063DL失灵保护、短引线保护以及4号出线过电压保护动作接点先接入5062DL操作箱三跳继电器TJR，由TJR的接点沟通断路器跳闸回路，同时启动5062DL失灵保护。

如图6所示，若TJR三跳回路不完整或TJR继电器故障，将引起断路器拒动。但TJR不励磁也无法启动断路器失灵保护，将产生严重的后果。引起三跳回路不完整的因素主要有：

（1）保护人员接线错误或接线不牢靠；

（2）运行人员投入压板不牢靠；

（3）保护动作，但跳闸继电器接点故障；

（4）操作电源开关跳开或电压低。

图6 5062DL三跳（TJR）回路

4 失灵保护检修过程中的风险

失灵保护停电检修过程中存在误出口跳开运行中的断路器的风险。比如6串进线停电，5061和5062DL保护装置检修过程中存在如下风险：

（1）保护人员执行安措时，需隔离检修设备至外围仍在运行的相关回路，例如5062DL失灵保护动作跳5063DL回路、5062DL失灵保护动作启动远跳回路以及5061DL失灵动作启动3M母线失灵保护回路。若在执行安措时误短接这些回路，如图7所示，将引起运行中的5063DL跳闸或与3M相连的所有边开关跳闸。

（2）保护人员做整组试验和出口回路电阻检查时需用万用表检查出口接点通断情况，若使用万用表不当或对回路不熟悉，容易误用万用表电阻档或通断档短接5062DL失灵保护动作跳5063DL回路、5062DL失灵保护动作启动远跳回路以及5061DL失灵动作启动3M母线失灵保护回路，造成误出口跳开运行开关。

图7 5062DL失灵保护动作跳5063DL回路

5 改进建议

针对上述三个风险，提出以下几点改进建议：

（1）增加发电机失灵保护及复压记忆过流Ⅱ段保护动作启动主变高压侧开关失灵保护功能。虽然发生GCB与主变高压侧开关同时失灵的概率相当小，但这种风险和可能性都是确实存在的。

（2）以5062DL为例，将5061DL和5063DL失灵保护、短引线保护以及4号出线过电压保护动作接点直接接入5062DL RCS-921G保护装置保护三跳开入，启动5062DL失灵保护。这样保护动作跳闸与启动失灵没有公共回路，可以避免由于公共回路故障，引起的跳闸与启动失灵同时失败的问题。

（3）在5063DL智能控制柜上增加“5062DL失灵动作跳5063DL”压板，如图8所示。以此类推，在所有边开关智能控制柜上增加对应中开关失灵动作跳本开关的压板，在所有母线保护柜上增加对应边开关失灵动作启动母线失灵保护压板，在GIS侧高压电缆保护柜和线路保护柜上增设对应中开关失灵动作启动远跳压板，作为继电保护装置检修作业防误动作压板。

此压板串联在跳闸回路中，正常运行时压板投入，当需要检修3/2断路器保护时，可将相应间隔单元继电保护检修作业防误压板退出，此时从检修断路器来的跳闸回路被断开。然后检修人员再执行安全措施或检修作业时，即使误碰出口也不产生后果，从根本上杜绝了误碰造成跳闸的风险。

图8 5062DL失灵保护动作跳5063DL回路

（4）加强冬修期间对开关设备及操作回路的检修维护，通过提高检修维护质量来防止断路器拒动现象的发生。

对于一次人员，要加强设备的安装调试技术力量，在保证触头的各行程数值符合规定情况下，重点要保证断路器的跳闸时间，速度及可靠性。定期检修、维修保养，在冬季到来之前，要进行一次转动部位的清扫及连接部位螺丝紧固检查，防止污垢等造成拒跳，且在每年的检修工作中还应做最低可靠动作电压试验，不可随便提高最低动作电压，只有这样才能保证整个电气回路的正确性，及操作机构的灵活和可靠性。

对于保护人员，要提高检修质量，保证保护装置的动作准确性，保证回路的完整性，其中包括接线的牢靠，各电气元件的完好，各电缆线芯绝缘合格且无断线现象，杜绝因二次回路的问题造成开关拒动。

对于运行人员，要求操作严格按照操作票一步一步的执行，避免发生压板漏投或没投牢靠的现象。

（5）规范保护人员的作业行为，加强员工技能培训，防止人员行为不当引起开关误动。例如，规范万用表的使用，防止误用万用表电阻档或通断档测量带电出口接点的通断情况，造成保护误出口。