断路器越级故障的几种常见处理方法

2014-11-21张红艳

河北电力技术 2014年6期

纪璐，杨峰，张红艳

(国网河北省电力公司培训中心，石家庄 050031)

在电力系统中，当电气设备发生故障，应有保护装置动作跳开故障设备的各侧开关。但由于某些原因开关拒动或保护拒动，可能将引起上级开关跳闸。断路器拒动或保护拒动虽然出现概率较低，但一旦发生，故障影响范围将扩大，对设备与电网都会造成很大冲击，因此以下结合案例分析变电站越级故障几种常见处理方法。

1 利用断路器失灵保护

断路器失灵保护是一种近后备保护，主要用于解决220 kV 及以上断路器拒动造成的越级故障。

1.1 220 kV 双母线接线系统

2007年6月22日，某220 kV 变电站2341 线路遭雷击W 相跳闸后，引起断路器失灵保护动作造成220 kV I 母线停电。

具体情况分析如下:16 时13 分，该变电站2341 线路W 相遭雷击，W 相流过很大故障电流，且产生零序电流，如图1所示。故障点位于2341线路保护范围，2341 线路保护动作，选相跳开2341 断路器W 相。

图1 2341 断路器电流量及位置变化情况

跳闸后约75 ms，2341 断路器W 相断口击穿，由图1可看出，此时2341 断路器W 相虽显示在分位，但是W 相有故障电流流过。线路保护向2341断路器W 相发跳令，而且由于W 相断口击穿造成W 相故障电流重现，这2 个条件同时满足时，母差装置判定为2341 断路器W 相失灵，进而启动断路器失灵保护，并经过其他条件判断后跳开2341 断路器所连的I 母上所有断路器。

从该故障可以看出，在220 kV 双母线接线中，当线路支路(主变压器支路类似)发生越级故障时，主要依靠断路器失灵保护跳开失灵断路器所在的母线，来实现故障切除。由于断路器失灵保护与母差保护出口跳闸对象一致，因此2 种保护功能集成在同一个装置中实现，且共用跳闸出口回路。

1.2 500 kV 3/2 接线系统

与220 kV 双母线中断路器失灵保护情况不同，500 kV 3/2 接线中失灵保护按断路器设置，功能在断路器保护中实现。判断断路器失灵的条件与前者一样，但动作后的跳闸对象却并不相同。

2011年10月15日，某500 kV 变电站500 kV朔云线V、W 相间故障，线路保护、5023 断路器失灵保护先后动作，跳开5022 断路器、5023 断路器及Ⅱ母线上其他断路器。

具体情况分析如下:1 时11 分，该变电站500 kV 朔云线发生V、W 相间故障，5022、5023 断路器V、W 相均流过较大短路电流，线路保护RCS-931、7SD522 电流差动保护动作，PSL-602 保护动作。5022、5023 断路器三相均动作分闸后，5022 断路器三相电流变为0 A，而5023 断路器V、W 相故障电流仍然存在，如图2所示。由5023 断路器V、W 相启动5023 断路器失灵保护，保护动作先跟跳本断路器，跟跳失败后，440 ms 跳开Ⅱ母上所有断路器切除故障。

图2 5023 断路器电流量及位置变化情况

根据5023 断路器解体情况，发现V、W 相灭弧室的逆止阀片缺少，导致断路器在分闸时压气缸内压力不足，严重影响断路器的开断能力，虽然朔云线5023 断路器虽分闸动作正确，但V、W 相开断失败，未将故障电流切断而引发越级故障。

由该故障可以看出，在500 kV 3/2 接线中，断路器失灵保护在边断路器发生越级故障后能够动作跳开中断路器及边断路器相连母线(还包括相连线路对侧断路器或相连变压器其他侧断路器)后切除故障。与之类似，中断路器发生越级故障后断路器失灵保护则跳开两侧边断路器(还包括相连线路对侧断路器或相连变压器其他侧断路器)。

2 增加远跳功能

该方法可用于解决220 kV 母线故障，某线路断路器拒动的越级故障。母线故障线路断路器拒动情况示意见图3。

图3 母线故障线路断路器拒动情况示意

如图3所示，当母线K1 处故障，母差保护动作跳闸但线路断路器拒动，如果线路对侧有电源，则继续通过线路、拒动断路器给故障母线提供故障电流。为防止这种情况发生，线路光纤差动保护装置增加了远跳功能，使线路对侧保护在这种情况下也能够快速动作跳闸。河北省南部电网使用永跳继电器的触点，并经线路光纤差动保护屏上远跳压板后，作为线路光纤差动保护的远跳开入，通过光纤通道向对侧发远跳信号，如图4，对侧线路保护收到该信号后快速跳闸。

图4 远跳信号传输示意

3 利用主变压器后备保护

这种方法主要用于切除110 kV 及以下断路器拒动或保护拒动引起的越级故障。

2006年6月13日，某110 kV 变电站35 kV 柴锡线故障，该线的线路保护、1 号主变压器中压侧后备保护先后拒动，最终该变电站1 号主变压器三侧跳闸。

具体情况分析如下:14 时35 分，35 kV 柴锡线发生三相短路，该线线路保护过流Ⅲ段动作跳开3501 断路器，1 s 后重合成功;5.3 s 后该线路再次发生三相短路，此时线路保护不明原因拒动，3501断路器因收不到跳闸命令无法分闸，此时应由1 号主变压器中压侧DL-222 后备保护动作跳开35 kV分段及35 kV 主进断路器即可切除故障。但由于该保护也拒动，因此只能2.8 s 后由1 号主变压器高压侧后备保护过流Ⅰ段Ⅰ时限动作跳闸，跳开1 号主变压器三侧断路器，最终导致该变电站1 号主变压器、35 kV I 母线及所带35 kV 出线停电。

经保护人员检查试验，发现柴锡线保护装置的逻辑元件存在缺陷、1 号主变压器中压侧后备保护装置性能不稳定，造成该2 种保护先后拒动，最后由1 号主变压器高压侧后备保护动作切除故障，造成故障停电范围扩大。

由该故障可以看出，对于110 kV 及以下的断路器一旦发生越级故障，只能依靠主变压器后备保护来切除，因此线路保护与主变压器保护的定值整定及延时整定之间合理配合，是保障电网发生故障后能正确并可靠切除的关键。

4 继电保护双重化配置

河北省南部电网220 kV 及以上线路、220 kV及以上母线、110 kV 及以上主变压器均采用继电保护双重化配置。双重化配置不仅是指采用2 套独立的保护装置，并且包括2 套保护装置的电源回路、交流信号输入回路、输出回路、跳闸回路、与其他保护或设备配合的回路均完全独立，互不影响。2 套保护系统之间没有任何电气联系，每套完整的保护系统均能处理可能发生的所有类型的故障，当一套保护系统出现异常时不会影响另一套保护系统的正常工作。

因此，通过双重化配置继电保护系统，即使其中一套保护拒动另一套保护仍能正常动作跳闸，来避免发生因某一套保护拒动引发的越级故障。