某电厂启备变失灵保护设计优化

王庭筠

（大唐佛山热电有限责任公司 广东省佛山市 528500）

引言

断路器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。[1]然而电网系统稳定性对故障极限切除时间的要求已越来越高，断路器拒动对系统稳定的影响也越来越大[2]。而近年来，由于启备变断路器保护失灵而引起的故障事故频发，对电厂及电网造成了巨大的经济损失。

1 失灵启动保护

失灵启动保护分两段时限，第一时限采用负序过流元件或零序过流元件，配合断路器合闸位置触点，以及有跳该断路器的保护动作，去解除断路器失灵保护的复合电压闭锁。第二时限采用负序过流元件或零序过流元件或相电流过流元件，配合断路器合闸位置触点，以及有跳该断路器的保护动作，去启动断路器失灵保护。

失灵启动保护逻辑框图如图1。

2 启备变失灵保护设计优化背景

优化改造前某电厂01、02启动备用变压器共用一个高压断路器间隔，高压侧电源取自220kV母线，低压侧接至#1、#2机组6kV厂用母线，提供机组启动/备用电源。高压侧中性点直接接地，低压侧中性点经中阻接地。

启动备用变压器保护装置采用某公司生产的CSC-316型微机变压器保护装置，按照双重化配置，两台启备变共配置了3面保护屏，第一面屏为01启备变保护屏屏内配置了两套CSC-316BA变压器保护装置和一套CSC-336变压器非电量保护装置，第二面屏为02启备变保护屏屏内配置了两套CSC-316BA变压器保护装置和一套CSC-336变压器非电量保护装置。第三面屏为01、02启备变公用的高压侧短引线保护屏屏内配置了两套CSC-316BD变压器保护装置一套FCX-12TJ-1断路器操作箱和一套YQX-31J电压切换箱。

图1 失灵启动保护判别逻辑框图

而该电厂的启备变保护装置设备运行时间已达10年，元器件老化，部分型号设备已停产，2013年曾因操作箱跳闸出口插件启动功率低造成开关两次误跳闸，严重影响设备的稳定运行，存在极大的安全隐患。因此需对启备变保护装置进行改造及相关回路的设计优化。

3 设计优化目的

按照现有设计图纸，#1、2启备变断路器失灵保护功能是在启备变公用柜中的短引线保护装置中实现的，其中断路器失灵保护的保护动作开入信号是采用#1启备变保护柜、#2启备变保护柜及短引线保护柜共6套装置的保护动作跳闸开出信号，此设计回路复杂且冗余，为优化回路设计，在本次#1、2启备变保护升级改造时，对此回路进行优化设计：

（1）短引线保护装置CSC-316BH中的断路器失灵保护保护动作开入直接采用操作箱JFZ12TB，并设置保护动作开入启动失灵信号的投退压板，如图2。

图2

（2）取消所有#1、2启备变保护装置、短引线保护装置原有的保护动作开出启动失灵的信号及相关屏柜间的电缆线。

4 失灵回路优化方案

4.1 失灵回路优化

4.1.1 失灵保护开入量回路优化

改造前，#1、2启备变保护装置及短引线保护装置电气量保护动作接点与断路器常开辅助接点串接后作为启动失灵的保护动作开入量，此种方式中断路器失灵保护三个条件中的“断路器合闸位置”接点使用设计上存在重大隐患，在设计时采用三相断路器本体辅助接点串接的形式作为断路器失灵保护的“断路器合闸位置”开入接点，在保护动作跳本开关存在拒动相（处于非全相状态）时，失灵保护在满足电流元件动作、保护动作接点开入的情况下，因此设计无法启动失灵保护。

改造后，改为采用操作箱永跳启失灵跳闸出口重动继电器常开辅助接点作为启动失灵的保护动作开入量；断路器常开辅助接点作为启动失灵的一个逻辑条件，以电气量保护启动失灵，非电气量保护不启动失灵原则进行优化。

4.1.2 断路器辅助接点优化

改造前，断路器辅助接点采用三相常开接点串联，发生故障时任一相接点异常或非全相运行，断路器拒动的情况下，不能启失灵切除故障，会造成设备损坏和事故的进一步扩大，造成不可挽回的经济损失。

改造后，断路器辅助接点采用三相常开接点并联，发生故障时任一相接点异常或非全相运行，断路器拒动的情况下，可通过失灵保护切除故障，保护设备安全和机组的稳定运行。

4.2 装置对时方式优化

改造前，装置采用的脉冲对时，此对时方式需要场总线的通信报文对时和GPS输出大量脉冲节点信号，而现场总控装置因使用年限较长，常出现死机现象，导致装置无法对时，给故障分析带来的困难。

改造后保护装置均采用IRIG-B码对时，这是一种精度很高并且又含有绝对的精确时间信息的对时方式，简化了回路设计，并能够可靠地提供精确的时间信息，保证了装置时间的精确和统一，在发生事故时，才能根据故障录波数据，以及各开关、断路器动作的先后顺序和准确时间，对事故的原因、过程进行准确分析。

4.3 操作箱出口继电器

2013年因操作箱跳闸出口继电器启动功率低造成开关两次误跳闸，严重影响设备的稳定运行，存在极大的安全隐患。此次改造，操作箱跳闸出口继电器启动功率满足了大于5W的要求。

5 优化设计改造亮点

（1）失灵回路优化：简化了失灵回路，同时重新设计了失灵开入判据，提高了设备的可靠性；

（2）解决了操作箱跳闸开入继电器启动功率低，抗干扰能力不足，易造成开关误跳闸问题，提高了设备的可靠性；

（3）改造后保护装置均采用IRIG-B码对时，这是一种精度很高并且又含有绝对的精确时间信息的对时方式，解决了脉冲对时需要现场总线的通信报文对时和GPS输出大量脉冲节点信号，避免了因通信报文异常或脉冲节点信号异常造成装置无法对时，给故障分析带来的困难；

（4）操作箱监视回路采用双直流电源切换后的电源，存在直流系统故障可能引起故障范围的扩大，本次结合改造完成监视回路优化，直接采用第一组操作电源。

6 优化设计改造成果

6.1 与当前国内外同类技术主要参数、效益、市场竞争力的比较

该厂对运行时间已超过10年的设备及时进行更换，并结合完成了相关回路的设计优化，尤其是失灵回路的优化，避免了因元器件老化、设计不完善造成设备的误动或者拒动，从而引起一次设备的损坏，造成不可挽回的经济损失，甚至发生电网事故，造成巨大的社会经济损失和社会负面影响；现对保护装置进行更换，更换后保护装置可靠性更高，运行更稳定，功能更全面，确保了保护的可靠动作，提高了一次设备、电力系统的安全、稳定运行，能可靠、快速切除故障，保证设备的安全，大大地提高了经济效益。

6.2 社会效益

结合01、02启备变保护装置进行改造完成启备变断路器失灵保护的优化，提高设备运行的可靠性，及时反应设备不正常运行状态，发出信号提醒运行人员调整或进行自动调整，将主设备拉回正常运行状态。或将可能发展成故障的设备及时切除，防止故障范围扩大，减小设备损坏成度，降低设备维修成本，缩短设备维修工期，以最短的时间将设备投入运行，带来了非常可观的经济及社会效益。

7 应用情况

该电厂01、02启备变保护装置改造于2016年1月完成，并投入运行。至今，设备运行良好，提高了厂用电安全、稳定运行。

8 结论

继电保护系统是防止故障及电力系统危害的第一道防线，是继电保护是电力系统不可分割的一部分，对保证系统安全、电能质量、防止事故的发生和故障的扩大有着极其重要的作用，为此继电保护必须满足“可靠性、选择性、灵敏性、速动性”四个基本要求，其中“可靠性”要依赖继电保护装置本身，不仅与动作原理有关，还与装置元件的使用寿命、运行环境等相关，一套保护装置的可靠性是非常重要的，在其保护的范围内发生故障时，不应因其本身的缺陷而拒绝动作，在任何不属于它动作的情况下，又不应误动作。否则不可靠的保护装置投入使用，本身就能成为扩大事故和直接造成事故的根源。

保护装置长时间的通电运行，使得其内部元器件会加速老化，缩短了其使用年限，同时老设备的抗干扰能力也相对较差，设备进入了缺陷的高发阶段。

在做好设备定检工作的同时，更应该考虑到设备长期通电运行导致设备元件老化的问题，因此做好电厂继电保护装置更换、相关回路的设计优化是保证装置可靠性的重要因素，是确保电厂安全运行、保证设备安全的必要条件。