220kV开关失灵保护浅析

2021-07-20刘志良

电器工业 2021年7期

刘志良

（中科（广东）炼化有限公司）

0 引言

电力系统当中，安装有很多开关设备，当电气设备运行中出现故障时，需要通过开关跳闸将故障切除，以保证非故障供电系统继续运行。而当开关发生拒动时，将会导致故障无法切除，影响供电系统稳定运行进而造成事故扩大。为避免由于开关拒动，造成电力系统事故扩大情况的发生，可以采取为相应的回路配置开关失灵保护，以解决开关拒动对供电系统造成的影响。本文对220kV变电站开关失灵保护回路进行了研究，对保护动作原理及接线情况进行了分析，阐明失灵保护配置的作用及实际意义。

1 失灵保护

开关失灵保护是指故障电气设备回路的继电保护装置动作，发出跳闸命令后开关拒动时，利用故障设备的保护动作信息与拒动开关的电流信息构成对开关失灵的判别，以较短的时限切除同一厂站内其他有关的开关，将停电范围限制在最小，从而保证其余供电系统的稳定运行，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。开关拒动是电网故障情况下又叠加了开关操作失灵的双重故障，失灵保护作为一种近后备保护方式，可以有效避免供电系统重大事故，得到了广泛应用。

2 失灵保护回路的构成

失灵保护由电压闭锁元件、保护动作与电流判别构成的启动回路、时间元件及跳闸出口回路组成。启动回路中串有保护动作出口接点和有流判据输出接点，逻辑判断回路由时间元件、判断元件以及复压闭锁元件等构成。启动回路和逻辑判断回路共同构成了失灵保护动作的条件。

一般情况下，失灵保护动作需满足以下三个条件：①保护装置动作后未返回；②故障间隔的开关跳闸失败；③失灵保护出口时间大于开关跳闸出口时间。

失灵保护常用的启动方式：①将保护动作接点与电流判据元件动作接点串接，两个接点同时动作后接通失灵保护启动回路，失灵保护动作；②将保护动作接点作为失灵保护装置启动的开入，再通过失灵保护装置判断相应回路是否有流，两个条件同时满足后失灵保护动作。

2.1 线路失灵保护启动回路

针对回路有流判据的不同实现方式，线路失灵保护启动回路主要有以下几种：

1）采用公用的失灵保护装置对回路有流情况进行判断。将各个间隔主一保护、主二保护的各相动作接点操作箱的三相跳闸出口继电器接点（TJR）一同接入公用的失灵保护装置中，各相动作接点在公用失灵保护装置中分别与各相电流进行与逻辑判断，TJR与三相电流进行与逻辑判断，最终实现各相别分别启动失灵保护。

2）采用开关辅助保护装置对回路有流情况进行判断。保护动作接点和电流判据元件动作接点直接串接，具体接法如图1所示。图中，SLU、SLV、SLW为各相有流判据输出接点，SL2为三相有流判据输出接点，TJU、TJV、TJW为各相保护动作接点，1TJR为不启动重合闸启动失灵保护接点，1TJQ为启动重合闸启动失灵保护接点。将线路保护装置的主一保护与主二保护的各相动作接点分别并联后，与判断有流元件动作接点串联构成回路。对于三相启动失灵回路，将三相电流元件动作接点与操作箱的TJR串联构成失灵启动回路。

图1 串接方式线路失灵保护启动回路

3）采用失灵保护启动判断逻辑功能对回路有流情况进行判断。主一、主二保护各相动作接点以及操作箱三相跳闸出口继电器接点TJR作为开关辅助保护装置的开入，同时判断同相是否有流，当两个条件都满足时启动失灵保护。

通常情况下，220kV变电站线路的失灵保护按双重化进行配置，每套失灵保护对应一组跳闸线圈。出线间隔的失灵启动回路也采用双套独立设计，每套保护启动两套失灵保护时使用两组不同的保护动作空接点，每一组接点分别接入一套失灵保护，不能采用一组保护动作启动失灵接点并接入两套失灵保护的方式。

2.2 主变失灵保护启动回路

主变失灵保护启动回路与线路失灵保护稍有不同，线路开关三相是独立跳闸，变压器开关则是三相同时跳闸，因此不用考虑配置分相启动失灵保护功能。

变压器高压侧操作箱中有两种跳闸出口继电器，分别用于启动失灵和不启动失灵。三相不一致保护以及主变非电量保护动作不启动失灵，其余保护启动失灵跳闸出口继电器。

相对于线路失灵保护，作为主变失灵保护有流判据的电流采集部位非常关键，必须取自GIS开关间隔上的电流互感器，不能取自变压器套管的电流互感器。主要原因为：若采用变压器套管的电流作为失灵保护判据，一旦GIS开关电流互感器与主变高压侧套管电流互感器之间的区域出现接地故障，此时主变的差动保护应动作，跳开变压器各侧开关。如果此时变压器中压侧开关发生拒动，那么故障电流会通过高压侧套管电流互感器，直接流到高压侧故障点，这将会造成误启动失灵保护，跳开高压母线各回路开关，导致事故范围扩大；如果故障时变压器高压侧开关拒动，电流会通过高压侧开关流到高压侧的故障点，高压侧套管处由于检测不到故障电流导致失灵保护发生拒动，同样会导致事故范围扩大。因此，作为主变失灵保护判据的电流不能取自套管电流互感器。

主变压器失灵保护动作需要联跳主变压器各侧开关，可以通过启动变压器非电量保护的方式，利用非电量保护跳闸实现，如图2所示。其中，1TJ为主一保护动作，2TJ为主二保护动作。

图2 联跳主变压器各侧开关回路示意图

2.3 开关辅助保护装置失灵保护启动判断逻辑

开关辅助保护装置失灵保护启动判断逻辑如图3所示。

图3 开关辅助保护装置失灵保护启动判断逻辑

对于线路失灵保护，采用失灵一时限启动失灵保护。对于变压器失灵保护，采用失灵一时限起动失灵保护的同时解除变压器的复压闭锁回路，失灵二时限起动联跳变压器各侧开关。

2.4 启动失灵对开入点的要求

刀闸、开关位置接点是失灵保护装置的重要开入信号，用于判断各回路所挂接母线及开关运行情况，因此母线刀闸以及开关的辅助接点必须可靠，不能够使用经过重动的电压切换的接点以及跳闸位置继电器TWJ的接点，以避免重动继电器及其辅助接点失灵导致失灵保护装置出现误动作，直接采用刀闸及开关的辅助接点也可以简化失灵回路接线。对于母差保护和失灵保护一体的装置，由装置自身判别失灵电流，每套间隔的保护动作后，同时启动两套失灵保护装置。

3 失灵保护常见问题及确保正确动作的措施

3.1 失灵保护常见的问题

实际应用中，失灵保护回路可能存在不完善的问题，如主变失灵保护不联跳主变各侧开关，无失灵解除复压闭锁回路；未按照双重化进行配置；线路三相不一致保护启动失灵保护等，造成以上问题的原因主要有以下几方面：

1）早期投运的装置配置不完善，不满足最新的反措要求。如早期的失灵保护装置未配置失灵解除复压闭锁的开入，未配置失灵保护联跳主变各侧开关的开出；操作箱跳闸出口继电器未区分是否启动失灵保护。

2）失灵回路设计不满足最新的反措要求。产生这一问题的原因，一是设计时最新的反措尚未提出，或已有反措但未按最新反措进行设计；二是未对照反措要求对图纸进行审查，造成未能及时发现设计存在的缺陷并加以改正；三是未开展有针对性的验收，验收工作不够细致。

3）实际接线或功能与设计不相符。施工调试人员擅自更改失灵保护启动回路接线；未对实际接线及相关功能进行核查，造成接线错误或功能不完善；调试不完整，调试过程中只验证了满足启动条件的动作逻辑，未验证不满足启动条件而不能动作的逻辑。

3.2 应对措施

由于失灵保护是在电力系统发生故障情况下开关拒动的近后备保护，因此对可靠性有很高的要求，采取相应的措施防止失灵保护误动作而导致严重事故的发生。

（1）技术措施

为了确保开关在失灵的情况下，失灵保护能够可靠动作，失灵保护应尽可能采取双重化配置。

由于线路开关三相不一致可能导致相邻线路零序保护误动作，此时如果启动失灵保护，将会造成整条母线的开关跳闸。鉴于三相不一致对电网的影响更小，从保证可靠性出发，三相不一致保护不启动失灵。

为了保证在变压器回路开关发生拒动的情况下失灵保护能够真正起到作用，启动失灵保护时，必须联跳变压器各侧开关以便实现隔离故障点，不能快速返回的保护也不建议启动失灵。

为了确保失灵保护安全可靠，实现供电系统稳定运行，可以为失灵保护增设闭锁回路，以便有效提高失灵保护的可靠性。增设闭锁的方式有以下几种：

1）将主变复压保护作为开放条件。采用主变各侧的复压闭锁元件动作解除复压闭锁，开放失灵保护，采用此方式可避免保护跳闸接点误导通误触发失灵保护。

2）将外部接点动作作为开放条件。采用电流判别元件以及保护跳闸接点同时动作的情况下，解除复压闭锁，开放失灵保护，在保护装置停止发出跳闸命令后,再重新闭锁失灵保护。

3）将电流保护动作作为开放条件。母线保护装置内部判别失灵电流，在保护跳闸接点动作时解除复压闭锁（适用于具备失灵保护功能的母线保护）。

（2）管理措施

收集整理最新的标准、规范及反措，组织相关人员学习，了解及掌握失灵保护的特点及配置要求，提高认识。参照最新的规范编制标准化图纸，按照标准化图纸进行设计及设备采购，确保功能及接线符合反措要求。

对在运变电站失灵保护接线及配置情况进行排查，一旦失灵保护有不符合最新反措的问题，应充分利用各种停电机会进行升级改造或对回路进行修改完善。对改造过的失灵回路，应做好记录，对图纸进行及时更新并保存。

对于新建变电站，应提前介入，通过设计审查、施工排查及调试跟踪，可以及早发现失灵保护因设计缺陷、接线错误及调试不良等方面的问题，在变电站投运前完成整改，保证失灵保护功能完备。

严格定值管理并做好试验跟踪。根据各回路保护配置及接线情况，提前完成继电保护整定计算及通知单下达，保护调试期间对相应逻辑及回路进行认真验证。回路投用前对照正式定值通知单进行认真核对，避免采用调试定值。试验过程要严格把关，所有开关间隔必须进行整组传动试验，杜绝隐患。定检过程中，对回路及功能逐项试验，确保不出现遗漏。