高压断路器三相不一致保护改进及应用研究

高压断路器三相不一致保护改进及应用研究

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摘要:本文首先分析了三相不一致保护的基本原理,接下来详细阐述了三相不一致保护整定原则,最后对电网三相不一致保护隐患以及电运行和维护人员对不一致保护的维护注意事项做具体论述,希望给行业内人士以借鉴和启发。

关键词:开关;本体;三相不一致

引言

随着经济的快速发展和社会的不断进步,企业和居民在生产生活中对电力能源的需求越来越大,电网的规模也越来越大。电网规模的不断扩大使网架结构日益复杂,电网发生故障的概率不断增加,但用户对供电可靠性的要求越来越高,因此,供电企业必须从设备采购、工程建设及验收、日常运维等各环节严格把关,尽可能消除设备隐患,提高设备可用率,为用户正常用电提供坚强保障。高压断路器三相不一致是指断路器一相或两相断开的非全相运行状态,例如断路器一相或两相误跳或偷跳,断路器合闸过程中三相触头不同时接通,线路单相接地短路后保护选跳故障相断路器等会造成三相不一致运行状态,也称为非全相运行状态。当线路单相故障跳闸后的重合闸等待过程中或某一相断路器偷跳后,因重合闸装置异常、断路器机构异常等原因而造成断路器未重合,线路进入非全相运行状态。高压断路器非全相运行时,系统中将产生负序、零序分量,负序电流将导致交流发电机转子过热和绝缘损坏,零序电流将对附近通信系统等产生干扰。另外,电力系统非全相运行产生的负序、零序分量,会对反应负序或零序分量的继电保护装置产生影响,可能引起相邻线路零序方向过流保护误动作,严重时可能引起大面积停电。因此,分相操作的断路器必须配置三相不一致保护,以尽快消除断路器三相不一致状态。

1三相不一致保护的基本原理

1.1保护装置三相不一致保护的基本原理

不一致保护又称为非全相保护,主要应用于大接地电流系统中,要考虑的是非全相时电网的零序系统问题,具体是为防止当220kV及以上电压等级的开关三相不同时合闸或分闸时,由于三相系统不平衡而跳闸的保护。三相不一致保护与断路器失灵保护是两个不同的概念,断路器失灵保护是系统发生故障时,断路器拒绝动作时,进一步跳开自身和相邻元件的保护,通常由保护动作信号,延时继电器,电流继电器串连构成,其原理有待改进,实际运行中,失灵保护误动概率非常高,而且动作的后果非常严重,扩大停电范围。

1.2开关本体三相不一致保护的基本原理

开关本体三相不一致保护由开关辅助接点构成启动回路,即把三相开关位置闭接点和开接点分别并联再串联,然后经过时间继电器延时出口跳闸。继电保护十八项反措实施细则里面要求220kV及以上电压等级,若开关本体有,就用开关本体的三相不一致保护。用本体的三相不一致保护可以不涉及到长电缆,减少电缆对地电容在直流电压发生变化时,引起误动。

2三相不一致保护整定原则

(1)断路器本体应配置三相不一致保护。(2)电气量三相不一致保护电流判别元件,可采用零序电流或负序电流元件,其动作值应可靠躲过断路器额定负载时的最大不平衡电流整定。3)采用单相重合闸的线路断路器,其本体及电气量三相不一致保护动作时间应按可靠躲过单相重合闸动作时间整定,不大于2.0秒。其它情况下断路器三相不一致保护动作时间不需要考虑和重合闸动作时间配合,本体及电气量三相不一致保护动作时间可适当缩短。

3电网三相不一致保护隐患分析

3.1电气量三相不一致保护隐患分析

断路器操作箱跳闸监视回路出现如回路接线松动、断路器机构常闭辅助接点损坏、机构防跳继电器常闭接点异常等情况时,正常运行的断路器在合闸位置,上述异常不会发出任何告警信号,导致运维人员无法及时发现隐患。在此期间若断路器发生单相偷跳情况,恰好该相跳闸位置监视回路异常使该相TWJ继电器失电返回,保护装置采集不到该相TWJ开入,重合闸无法动作,同时串入三相不一致开入回路中的该相TWJ接点断开,保护也采集不到不一致开入,导致电气量三相不一致保护拒动,只能靠不经方向闭锁的零序后备段跳闸,同时可能导致相邻线路零序方向过流保护、中性点接地的变压器零序方向过流保护越级跳闸。当发生直流接地等异常情况引起断路器第一路控制电源跳闸时,将导致操作箱合闸回路中跳位监视继电器失电,若在此期间断路器发生单相跳闸进入三相不一致状态,电气量三相不一致保护采集不到TWJ开入和三相不一致开入,保护将拒动,同样可能引起相邻线路零序后备保护越级跳闸。

3.2本体三相不一致保护隐患分析

高压断路器厂家出于成本控制、二次回路设计习惯等因素,选用的时间继电器性能层次不齐,且时间继电器随一次设备安装在断路器控制箱内,运行中温度、湿度较高且振动较大等环境因素是导致时间继电器运行可靠性不高的重要原因。时间继电器作为非旋转元件,其触点机械寿命应满足不带负载触点不小于10000次,接通不小于1000次,断开不小于1000次,连续通流能力不小于5A。实际运行中,三相不一致保护时间继电器长期处于不励磁状态,其延时接点处于断开状态,仅在保护动作时短时接通,在其运行的15年当中励磁动作次数不会超过100次,因此相较于环境因素,电气磨损和机械磨损等因素对时间继电器可靠性的影响不大,分析时可以忽略。常用的时间继电器分为拨轮式和静态无源式两类。拨轮式继电器的拨轮动触头宽度过小,并且动触头的铜片压力较小,当接触面发生氧化时易造成接触不良使设定值失效;静态无源继电器的时间调整按钮为无节调节的电位器,因断路器分合操作时构架振动较大,长时间运行后时间调节按钮偏移导致延时不准。当220kV及以上线路发生单相瞬时性接地故障,保护选相跳闸时或正常运行状态下断路器某相发生偷跳时,若本体三相不一致保护时间继电器接点异常击穿或延时时间小于断路器重合闸等待时间,将导致处于非全相状态的断路器三相跳闸,使断路器失去了重合闸的机会,甚至导致两个互联的地区电网解列,这是极不合理的。

4电运行和维护人员对不一致保护的维护注意事项

①新建工程中的220kV以上主变断路器若选用三相电气联动断路器,变压器保护应配置三相位置不一致保护和断路器本体的不一致保护并应启用。②断路器本体三相位置不一致保护应与其他保护装置一样进行定期检验并做好试验记录,在检验时要注意做好断路器机构箱内接线端子的紧固工作。③由于本体三相不一致的启动继电器和时间继电器安装在室外,工作环境恶劣,故该继电器应采用高性能进口产品,同时运行中应加强端子箱的巡视和维护。④每月核对定值时一定要认真仔细,形成开关三相不一致保护检查台帐,本体不一致保护的动作时限也应纳入每月定值的核对,并作好记录。⑤当设备出现相关的异常和缺陷时,应作好相关的事故预想。各变电站应建立不一致保护动作或拒动的预案,全站人员应熟悉并掌握预案。

结语

电气量三相不一致保护改进方案除断路器三相不一致位置判别开入取自断路器机构外,保护动作延时、保护跳闸及发信等全部在微机保护装置内实现,可有效消除三相不一致保护的先天不足,具有良好的推广前景,但需要保护厂家、调度主管部门及物资部门的协作推广,现场应用等待周期较长。

参考文献

[1]张军.造成三相不一致保护误动的因素分析[J].青海电力,2007,(3).

[2]上海超高压输变电公司.继电保护(第六册)[M].北京:中国电力出版社,2007.

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