500KV并网电厂断路器断口闪络保护误动作分析
2014-01-14胡磊等
胡磊等
摘要： 通过针对一起发电机断路器闪络保护误动故障原因的分析，并结合发电机断路器闪络保护在实际应用中发现的问题和存在的缺陷，提出整改措施和方案，明确断路器断口闪络保护在运行及检修期间的注意事项。
关键词： 闪络保护；继电保护；动作
中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）01-0033-03
0 引言
在大型发变组并网过程中，断路器断口电压随待并发电机与系统等效发电机电动势之间角度差δ的改变而不断变化，当δ=180°时其值最大，有两倍运行电压作用于断口上，形成断口闪络事故隐患，在发电机刚退出运行时也可能发生此类事故。断口闪络不仅给断路器本身造成损坏，并且还可能引起开关灭弧室绝缘水平降低而诱发接地故障，引起事故扩大，破坏系统的稳定运行。此外，断口闪络一般是在一相或两相上发生，这不仅会对发电机产生有危害的冲击转矩，还会产生负序电流，在转子上引起附加损耗，严重威胁发电机的安全。为迅速排除断口闪络故障，在大机组上装设断口闪络保护（BREAK-ERFlashOVER PROTECTION）就变得十分迫切和必要。
断路器断口闪络保护在国外已较为普遍，在国内起步较晚，目前在实际应用中还有待进一步探讨和总结，运行经验更是十分欠缺，本文将对在某电厂发生的一起发电机断路器断口闪络闪络保护误动作的动作原因进行分析。
1 事故经过
该机组为单元接线方式，500KV站内为3/2方式，发电机由5042、5043断路器接入系统。5329线由5041、5042断路器接入，构成完整串。事故发生前，厂站侧在进行5031开关流变更换后启动调试。5011、5021、5041、5051开关及500KVI母线在冷备用。5329线路负荷由5042断路器送至站内。故障时5329线及#3机组突然跳闸，5041、5042及5043断路器保护屏上4CKJ继电器均动作，发变组保护动作，主变第二套保护装置上断路器2闪络保护动作。
2 事故原因分析
2.1 保护配置情况 500KV断路器保护配置为ABB公司REB551保护，断路器失灵保护动作后跳开两侧5041、5043开关、远跳线路、联跳发电机。5042断路器闪络保护配置在发变组保护屏内，采用许继WBF800系列保护装置。因断路器闪络后基本特征为断路器在断开位置，且有电流流经断路器，故此闪络保护逻辑由断路器常开接点取反后与断路器负序电流判据构成。
其中断路器常开接点信号由断路器扩展双位置继电器的接点提供，正常时经断路器常开、常闭接点共同作用以满足信号的可靠性。对应断路器电流取自断路器站内单独一组TA二次绕组，回路相应独立。
2.2 保护误动作分析 现场保护动作情况：保护小室内检查为5041断路器保护屏RG41上4CKJ双位置继电器动作、5042断路器保护屏RG42上4CKJ双位置继电器动作、5043断路器保护屏RG43上断路器保护动作且4CKJ双位置继电器动作；发变组保护屏内检查为主变第二套保护装置上断路器2闪络保护动作。
500KV线路故障录波器录波波形记录，主变第二套保护装置5042开关闪络保护率先动作，30ms后5329线路第一、二套线路保护发远跳命令，同时5042、5043开关跳闸。
根据5041断路器保护内部动作记录，触发的条件为BFP-BLOCK-AR（失灵保护闭锁重合闸），从接线原理图上可以看出为主变第二套保护装置5042开关闪络保护动作启动。因为断路器在停运位置，所以保护没有出口。
根据5042断路器保护内部动作记录，最先触发条件为BFP-BLOCK-AR（失灵保护闭锁重合闸），40ms后5042断路器三相跳闸，再5ms后断路器保护装置收到TRAN-ST-BFP（发变组保护动作启动5042开关失灵），无5042断路器保护装置出口动作信息。
根据5043断路器保护内部动作记录，最先触发的条件为TRAN-ST-BFP（发变组保护动作启动5043开关失灵），约5ms后5043断路器三相跳闸，再20ms后断路器保护动作重跳本开关。
根据发变组保护内部动作记录，5042开关闪络保护首先动作，45ms后收到5042断路器失灵启动信号；主变保护二CPU2、主变保护一CPU1、主变保护一CPU2都只有收到一次5042断路器失灵启动信号的记录。从主变保护二CPU1录波图中发现5042开关辅助接点一直在断开位置，5042负序电流达到0.4249，达到动作定值0.42，故保护出口动作。
综合上述所有信息后，可以看出，第二套5042开关闪络保护率先动作，启动5042断路器失灵保护出口，动作闭锁5042、5041断路器重合闸、动作跳5042、5043断路器、启动5329线路保护远方跳闸（两套）、启动发变组保护出口。
事件后，对第二套5042开关闪络保护装置和5042开关失灵保护装置进行了装置定值校验，未发现异常。根据录波分析对5042断路器至闪络保护辅助接点及电流回路进行重点检查，发现在5042断路器分控箱内用于发变组闪络保护识别断路器状态的辅助接点电缆未接线，故双位置继电器无法正确反映断路器状态，闪络保护装置一直识别为断路器在分位，闪络保护开放。在5042就地TA端子箱内，闪络保护用TA回路B、C相短接，故A相电流如实的流入保护装置，装置识别正确，但B、C相间接触，故保护装置识别B、C相电流值小于A相电流值且与A相电流相角相差180°，保护装置分解出负序分量。当装置识别的负序分量为0.4249大于定值0.42且保持300ms以上时，闪络保护动作出口。
综合分析认为：导致5042、5043开关及5329线路跳闸的原因是第二套5042开关闪络保护误动作，而保护误动的原因是回路接线错误。endprint
3 整改措施及实施方案
将发现的接线错误进行修改并试验验证，对运行机组的闪络保护逻辑及采样值进行检查，确保闪络保护启动及判据环节无异常。
因只有当发电机并网或跳闸过程中才有可能会发生断路器断口闪络故障，故可以从闪络保护逻辑上进行完善。见图3，采用发电机两出口开关常闭接点的与门作为闪络保护的允许条件，在单一开关负序电流达到动作值时经短延时跳开磁场开关，此时发电机出口电压将消失，断路器断口两侧压差将降低部分闪络故障将消除。当闪络故障依旧存在时，经较长延时出口启动对应闪络断路器的失灵出口，将闪络断路器隔离，从电网中切除故障点。
采用此逻辑后，断路器状态影响两台断路器的闪络投入功能，故保证可靠、准确的断路器辅助接点更加重要，但对于提高正常运行方式下闪络保护运行可靠性有较大意义。需要注意的是当其中一个断路器在检修状态下，此断路器实际已经隔离刀与系统隔离，当进行分合试验时可能会造成运行断路器闪络的误判断，故在保护设计时需增加断路器检修压板，进行对应断路器检修时的投推保护操作。保护出口方式的变化可以有选择的切除故障，避免事故引起的扩大范围停电，有效的提高了保护的选择性。
3.1 断口闪络保护的出口方式 参考各设计院出口方式设计，目前主要有如下两种：①一时限作用于灭磁，二时限作用于启动失灵。②一时限作用于灭磁，二时限作用于启动失灵保护出口。其中第一种方式考虑到了机组直跳保护经就地电气量保护判别，增加了保护动作的可靠性，不过也产生了几点问题，如下以3/2接线方式进行阐述。
3.2 失灵保护中负序过流定值配合问题 目前电网系统失灵保护均有负序电流辅助判据，但一般整定定值较高，需要对失灵定值、闪络负序定值与机组允许负序电流之间进行校验。
3.3 失灵保护动作时间与机组允许承受负序电流时间配合问题 由于失灵保护一般均经延时出口，整定闪络保护动作时需同时考虑。另因负序电流判据的失灵保护动作时间又较一般的失灵保护动作时间长，某些系统甚至整定为秒级，这就需要对保护整组动作时间与机组承受负序电流时间之间进行校验。
3.4 举例 如下以某600MW及机组为例
取小方式下系统阻抗，闪络时角差180°，计算发电机的负序电流为：
闪络保护动作电流为：
若失灵保护负序电流启动电流值大于此值则闪络保护灵敏度将会大大降低。
以单相闪络负序电流为例进行时间验算：
可见，闪络保护与失灵保护整组出口时间应小于此时间。考虑到自并励机组固有灭磁时间，此时间不宜超过1.5s。若失灵保护中负序判据电流值与时间均能满足要求，则闪络保护二时限出口宜采用启动失灵保护方式，否则宜采用启动失灵出口的方式出口。
4 结语
目前针对断路器断口闪络保护配置的研究已趋于定型，各保护厂家有着不同的配置原理，需要现场工作人员对所使用的闪络保护进行深入研究，熟悉其原理。整定计算过程中对相关保护配合关系进行验算，检修期间对启动量和保护开放量进行检查及试验，运行期间加强各保护量的在线监视，确保保护装置工作在正常、健康状态。
参考文献：
[1]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术，2006.
[2]王维俭.电气主设备继电保护原理和应用，2002.
[3]姚仲焕.断口闪络保护的设计与工程应用[J].继电器，2008（7）.
[4]陈水耀，黄少锋，徐灵江，裘愉涛.灭磁时间对发电机—变压器组保护影响的分析与对策[J].电力系统自动化，2011（2）.endprint
3 整改措施及实施方案
将发现的接线错误进行修改并试验验证，对运行机组的闪络保护逻辑及采样值进行检查，确保闪络保护启动及判据环节无异常。
因只有当发电机并网或跳闸过程中才有可能会发生断路器断口闪络故障，故可以从闪络保护逻辑上进行完善。见图3，采用发电机两出口开关常闭接点的与门作为闪络保护的允许条件，在单一开关负序电流达到动作值时经短延时跳开磁场开关，此时发电机出口电压将消失，断路器断口两侧压差将降低部分闪络故障将消除。当闪络故障依旧存在时，经较长延时出口启动对应闪络断路器的失灵出口，将闪络断路器隔离，从电网中切除故障点。
采用此逻辑后，断路器状态影响两台断路器的闪络投入功能，故保证可靠、准确的断路器辅助接点更加重要，但对于提高正常运行方式下闪络保护运行可靠性有较大意义。需要注意的是当其中一个断路器在检修状态下，此断路器实际已经隔离刀与系统隔离，当进行分合试验时可能会造成运行断路器闪络的误判断，故在保护设计时需增加断路器检修压板，进行对应断路器检修时的投推保护操作。保护出口方式的变化可以有选择的切除故障，避免事故引起的扩大范围停电，有效的提高了保护的选择性。
3.1 断口闪络保护的出口方式 参考各设计院出口方式设计，目前主要有如下两种：①一时限作用于灭磁，二时限作用于启动失灵。②一时限作用于灭磁，二时限作用于启动失灵保护出口。其中第一种方式考虑到了机组直跳保护经就地电气量保护判别，增加了保护动作的可靠性，不过也产生了几点问题，如下以3/2接线方式进行阐述。
3.2 失灵保护中负序过流定值配合问题 目前电网系统失灵保护均有负序电流辅助判据，但一般整定定值较高，需要对失灵定值、闪络负序定值与机组允许负序电流之间进行校验。
3.3 失灵保护动作时间与机组允许承受负序电流时间配合问题 由于失灵保护一般均经延时出口，整定闪络保护动作时需同时考虑。另因负序电流判据的失灵保护动作时间又较一般的失灵保护动作时间长，某些系统甚至整定为秒级，这就需要对保护整组动作时间与机组承受负序电流时间之间进行校验。
3.4 举例 如下以某600MW及机组为例
取小方式下系统阻抗，闪络时角差180°，计算发电机的负序电流为：
闪络保护动作电流为：
若失灵保护负序电流启动电流值大于此值则闪络保护灵敏度将会大大降低。
以单相闪络负序电流为例进行时间验算：
可见，闪络保护与失灵保护整组出口时间应小于此时间。考虑到自并励机组固有灭磁时间，此时间不宜超过1.5s。若失灵保护中负序判据电流值与时间均能满足要求，则闪络保护二时限出口宜采用启动失灵保护方式，否则宜采用启动失灵出口的方式出口。
4 结语
目前针对断路器断口闪络保护配置的研究已趋于定型，各保护厂家有着不同的配置原理，需要现场工作人员对所使用的闪络保护进行深入研究，熟悉其原理。整定计算过程中对相关保护配合关系进行验算，检修期间对启动量和保护开放量进行检查及试验，运行期间加强各保护量的在线监视，确保保护装置工作在正常、健康状态。
参考文献：
[1]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术，2006.
[2]王维俭.电气主设备继电保护原理和应用，2002.
[3]姚仲焕.断口闪络保护的设计与工程应用[J].继电器，2008（7）.
[4]陈水耀，黄少锋，徐灵江，裘愉涛.灭磁时间对发电机—变压器组保护影响的分析与对策[J].电力系统自动化，2011（2）.endprint
3 整改措施及实施方案
将发现的接线错误进行修改并试验验证，对运行机组的闪络保护逻辑及采样值进行检查，确保闪络保护启动及判据环节无异常。
因只有当发电机并网或跳闸过程中才有可能会发生断路器断口闪络故障，故可以从闪络保护逻辑上进行完善。见图3，采用发电机两出口开关常闭接点的与门作为闪络保护的允许条件，在单一开关负序电流达到动作值时经短延时跳开磁场开关，此时发电机出口电压将消失，断路器断口两侧压差将降低部分闪络故障将消除。当闪络故障依旧存在时，经较长延时出口启动对应闪络断路器的失灵出口，将闪络断路器隔离，从电网中切除故障点。
采用此逻辑后，断路器状态影响两台断路器的闪络投入功能，故保证可靠、准确的断路器辅助接点更加重要，但对于提高正常运行方式下闪络保护运行可靠性有较大意义。需要注意的是当其中一个断路器在检修状态下，此断路器实际已经隔离刀与系统隔离，当进行分合试验时可能会造成运行断路器闪络的误判断，故在保护设计时需增加断路器检修压板，进行对应断路器检修时的投推保护操作。保护出口方式的变化可以有选择的切除故障，避免事故引起的扩大范围停电，有效的提高了保护的选择性。
3.1 断口闪络保护的出口方式 参考各设计院出口方式设计，目前主要有如下两种：①一时限作用于灭磁，二时限作用于启动失灵。②一时限作用于灭磁，二时限作用于启动失灵保护出口。其中第一种方式考虑到了机组直跳保护经就地电气量保护判别，增加了保护动作的可靠性，不过也产生了几点问题，如下以3/2接线方式进行阐述。
3.2 失灵保护中负序过流定值配合问题 目前电网系统失灵保护均有负序电流辅助判据，但一般整定定值较高，需要对失灵定值、闪络负序定值与机组允许负序电流之间进行校验。
3.3 失灵保护动作时间与机组允许承受负序电流时间配合问题 由于失灵保护一般均经延时出口，整定闪络保护动作时需同时考虑。另因负序电流判据的失灵保护动作时间又较一般的失灵保护动作时间长，某些系统甚至整定为秒级，这就需要对保护整组动作时间与机组承受负序电流时间之间进行校验。
3.4 举例 如下以某600MW及机组为例
取小方式下系统阻抗，闪络时角差180°，计算发电机的负序电流为：
闪络保护动作电流为：
若失灵保护负序电流启动电流值大于此值则闪络保护灵敏度将会大大降低。
以单相闪络负序电流为例进行时间验算：
可见，闪络保护与失灵保护整组出口时间应小于此时间。考虑到自并励机组固有灭磁时间，此时间不宜超过1.5s。若失灵保护中负序判据电流值与时间均能满足要求，则闪络保护二时限出口宜采用启动失灵保护方式，否则宜采用启动失灵出口的方式出口。
4 结语
目前针对断路器断口闪络保护配置的研究已趋于定型，各保护厂家有着不同的配置原理，需要现场工作人员对所使用的闪络保护进行深入研究，熟悉其原理。整定计算过程中对相关保护配合关系进行验算，检修期间对启动量和保护开放量进行检查及试验，运行期间加强各保护量的在线监视，确保保护装置工作在正常、健康状态。
参考文献：
[1]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术，2006.
[2]王维俭.电气主设备继电保护原理和应用，2002.
[3]姚仲焕.断口闪络保护的设计与工程应用[J].继电器，2008（7）.
[4]陈水耀，黄少锋，徐灵江，裘愉涛.灭磁时间对发电机—变压器组保护影响的分析与对策[J].电力系统自动化，2011（2）.endprint
