李占龙
(中国三峡新能源(集团)股份有限公司,河北 张家口 075000)
电力架空输电线路的故障大多数是瞬时性的,如雷电引起的绝缘子表面闪络[1],架空输电线路摇摆产生的短路等,在断路器跳开后电弧随机熄灭,断路器重合后故障消除,恢复正常供电。电力系统中采用重合闸可以大大提高架空输电线路的供电可靠性,减少因瞬时性短路故障导致架空输电线路的停电次数。在高压输电线路上采用重合闸,还可以提高电力系统并列运行的稳定性,进而提高输电线路的传输能力[2]。对断路器本身原因或者继电保护误动引起的断路器跳闸,重合闸还可以及时纠正不正确的跳闸行为。当断路器重合于永久性故障时,保护装置启动重合闸加速跳开断路器,但这使电力系统再一次受到短路电流的冲击,导致电力系统稳定性降低及断路器的工作条件变得更加恶劣[3]。因此除其他保护装置外部输入闭锁重合闸命令及断路器本身控制回路闭锁重合闸的情况外,断路器和保护装置重合闸的动作行为应当符合保护装置预先的设定[4]。在某220 kV线路3次人工单相短路试验过程中,发现分相断路器跳闸顺序及两套保护装置重合闸行为与预先设定情况不符,下面对此情况进行详细分析。
试验线路电压等级220 kV,全长22.1 km,采用双分裂钢芯铝绞线2*JL/GIA-400/35,线路配置2套保护装置,A 套保护装置为PCS-931SA-G-R 超高压输电线路成套保护装置,配套CZX-11G-H2操作箱。B 套为CSC-103A-G-R超高压输电线路成套保护装置,配套CSC-103操作箱。2套保护装置均投单相重合闸,单相重合闸时限为0.5 s。出线断路器2211是三相分相断路器,断路器设置2组跳闸线圈一组合闸线圈,A 套和B套保护装置分别作用于一组跳闸线圈,A 套和B套保护装置通过A 套的CZX-11G-H2操作箱作用于断路器的合闸线圈。断路器本体设置三相不一致保护,保护时限为2 s。
2.1 第1次短路试验数据
2021年12月11日9时12分在该220 kV线路出线端300 m 处进行了第1次C相人工接地短路试验,试验组预期的动作行为是C 相跳闸后启动单相重合闸,重合闸成功后风电场风机因带有低电压穿越功能没有脱网继续运行[5]。
现场实际情况是2211 断路器A 相跳闸后,B、C相也相继动作跳闸,然后2211断路器又三相重合成功。因出线三相全部断开导致主变压器高压侧出现短时过电压,全场的风电机组因无高电压穿越保护功能,导致全场风电机组全部脱网。
故障录波数据显示为短路故障发生后,A 套保护装置发出C 相跳闸指令,B 套保护装置相继也发出C 相跳闸指令,出线2211断路器A 相跳闸,断路器B 相、C 相相继跳闸,如图1所示。三相全部跳闸后A 套保护装置闭锁重合闸由0 至1,重合闸功能失效,未发出重合闸指令,但是B套保护装置发出了重合闸指令并由A 套装置操作箱执行重合闸指令,随后出线2211断路器三相重合成功。
图1 第1次短路试验数据
2.2 第2次短路试验数据
2021年12月11日10 时55分在该220 kV线路出线端300 m 处进行了第2次C相人工接地短路试验,2211断路器和保护装置重合闸动作行为与第1次短路试验基本相似,故障波形如图2所示。
图2 第2次短路试验数据
2.3 第3次短路试验数据
2021年12月12日9时16分在该220 kV线路出线端300 m 处进行第3次C相人工接地短路试验,2211断路器动作行为与第1次和第2次短路试验的区别为C相先动作,A 相和B 相相继动作,保护装置重合闸动作行为与前两次一样,如图3所示。
图3 第3次短路试验数据
通过以上3次单相短路试验数据看出,3次试验中断路器都是三相跳闸后三相重合闸成功,A套保护装置均是发出重合闸闭锁命令,B 套保护装置均是发出单相重合闸命令,两套保护装置的动作行为不一致。断路器和保护装置动作情况与预先设定的动作行为不相符。
3.1 跳闸相顺序错误
故障录波装置内2211断路器A 相位置和C相位置命名相反,12月11日进行2次人工接地短路试验后已经在故障录波装置进行更正,更正后对2211断路器进行单相跳闸重合试验,在故障录波上核对,断路器分相位置正确。12月12日进行的第3次C 相人工接地短路试验,2211断路器分相动作顺序正确。
3.2 单相跳闸失败
2211断路器本体投入了2 套三相不一致保护[6]是分别作用于2个跳闸线圈,不经过任何保护装置,其中时间继电器KT1对应于第一组跳闸线圈,时间继电器KT2对应于第2组跳闸线圈。现场检查2211断路器在合位时KT2时间继电器一直处于常亮导通状态,导致2211断路器本体的三相不一致保护动作时限为0 s,而单相重合闸的动作时限为0.5 s,当2211断路器因C 相故障跳开,在保护装置发出重合闸指令前断路器已经因三相不一致保护跳开A 相和B相。
12月11日将KT2时间继电器保护压板退出运行,现场用整组保护试验仪对2套保护装置分别进行单相重合试验,均能正确动作。12月12日进行第3次人工接地C相短路试验时,2211断路器再次三相跳闸三相重合。12月13日再次对三相不一致保护进行试验,将KT1时间继电器时间调至5 s,对2套保护装置进行单相重合试验均正常。调至2 s时,对于A套保护装置,有时可以实现单相跳闸单相重合,有时断路器三相跳闸不重合,闭锁重合闸由0置1,重合闸失效。对于B套保护装置,有时可以实现单相跳闸单相重合,有时保护装置发单相跳闸重合指令实际断路器是三相跳闸三相重合。出现上述问题的原因是KT1时间继电器[7]游离性较大,不合格,造成定时不准确。
3.3 B套保护装置缺少TWJ
CSC-103A-G-R保护装置有2个启动重合闸的回路,保护装置跳闸启动或者TWJ启动重合闸,B套保护装置采用保护启动重合闸方式,保护启动重合闸可以区分单相跳闸还是三相跳闸,但装置还将根据3个TWJ进一步判别,防止三相跳闸按单相重合处理。因B 套保护装置未接入TWJA、TWJB、TWJC的开入量,当2211断路器处于分闸位置时,A 套保护装置TWJa、TWJb、TWJc的开入量均为1,B套保护装置TWJa、TWJb、TWJc的开入量均为0,不能真实反映2211断路器的实际状态为三相跳闸,B套保护装置判断不出是单相跳闸还是三相跳闸,只能按照保护装置当时单相跳闸C相的指令发出C相单相重合的指令,而合闸回路中ZHJ重合闸重动继电器动作后有三对常开接点闭合并被分别送到A、B、C 3个分相合闸回路,启动断路器的合闸线圈见图4,最终三相重合成功。而A 套保护装置可以检测到TWJa、TWJb、TWJc,能判断出2211断路器三相均已跳闸,使得A 套保护装置单相重合闸闭锁。
图4 合闸回路
(1)对故障录波中断路器A 相和C 相位置的命名进行了更正。对故障录波装置参数设置和命名进行全面排查,对检查出的问题进行及时整改。
(2)出线2211断路器的三相不一致保护用的时间继电器更换为经过国家电网有限公司检测合格的时间继电器。并重新校准时间为2 s,经现场进行单相跳闸试验,整改后的三相不一致回路计时正确,动作行为正确。排查全站设备所用的时间继电器是否在国家电网有限公司检测的不合格时间继电器名单中,对在运的不符合要求的时间继电器进行及时更换、检测。
(3)对于B套保护装置缺少TWJ问题,增加了B套保护CSC-103A的分相跳闸位置TWJa、TWJb、TWJc开入。解决2211断路器在分位时B套保护装置无法监视开关实际位置及B套保护重合闸一直充电的问题。在2211开关机构的常闭开关辅助节点经电缆备用芯,ABC 三相分别接入第二套保护的4CD8、4CD11、4CD14端子。如图5所示。
图5 B套增加TWJ回路
本次送出线路单相重合闸动作情况不正确的根本原因为设计存在缺陷,B 套保护装置未接入TWJ,不能真实反映断路器的实际位置[8],无法区分出断路器属于单相跳闸还是永跳,导致A 套保护装置重合闸闭锁成功而B套保护装置未能闭锁重合闸,最终导致断路器三相跳闸三相重合。为此增加了B套保护C 相跳闸位置TWJa、TWJb、TWJc开入。为防止类似事件发生,提出以下几点建议。
(1)一二次设备投运前进行全面正确的调试和试验,试验合格后再进行投运。
(2)设计缺陷整改完成后,对全站的保护设备进行全面检查校验,确保设备的安全稳定运行。
(3)加强现场生产运维人员的教育培训,提高思想认识及技能水平。定期对一二次设备进行预防性试验,将故障消除在萌芽状态。
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