220kV線路雙重化及操作機(jī)構(gòu)箱配置不當(dāng)?shù)奈：?/h1>
2015-12-25 02:13:28羅彬，趙歆，彭怡，陳銳
重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報 2015年4期
羅 彬，趙 歆，彭 怡，陳 銳
（華能重慶珞璜電廠，重慶 402283）
目前電網(wǎng)220 kV的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已處于不斷完善中，由于電網(wǎng)擴(kuò)展自身的特點(diǎn)，線路保護(hù)裝置和斷路器設(shè)備在改造投運(yùn)的時間上往往存在不同步的現(xiàn)象。加之部分設(shè)計(jì)人員對改造前的原系統(tǒng)設(shè)備未充分理解、領(lǐng)悟，忽視了設(shè)備間的配合問題，從而出現(xiàn)保護(hù)裝置與斷路器配合設(shè)置得不夠合理，以及保護(hù)雙重化配置錯誤等問題，給運(yùn)行設(shè)備留下重大安全隱患。這一系列問題若未及早發(fā)現(xiàn)、解決，可能會使投運(yùn)線路出現(xiàn)斷路器拒動、再次合閘失敗等，從而引起母差失靈保護(hù)動作，導(dǎo)致全站失電這類重大事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全。
此類情況在老變電站或老電廠的改造中尤為突出。本文結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場改造后發(fā)現(xiàn)的問題，針對線路保護(hù)雙重化配置，及南瑞繼保CZX-12R型操作箱與北京ABB高壓開關(guān)設(shè)備公司LTB245E1型斷路器防躍回路的配合進(jìn)行詳盡的分析說明。
1 線路保護(hù)雙重化問題
1.1 雙重化配置不合理現(xiàn)象
按繼電保護(hù)可靠性及反措要求，220 kV及以上電壓等級線路保護(hù)必須滿足雙重化配置，實(shí)現(xiàn)“兩套保護(hù)裝置與其他保護(hù)、設(shè)備配合的回路應(yīng)遵循相互獨(dú)立。兩套保護(hù)裝置不應(yīng)有任何電氣聯(lián)系，當(dāng)一套保護(hù)退出運(yùn)行不應(yīng)影響另一套保護(hù)運(yùn)行”的設(shè)計(jì)原則。
本站某條220 kV線路接受了兩套保護(hù)改造，在進(jìn)行日常圖紙查閱的過程中，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)單位在對兩套保護(hù)進(jìn)行分配時，定下保護(hù)柜I RCS-931為第1套保護(hù)裝置，保護(hù)柜II RCS-902為第2套保護(hù)裝置的分配原則。其中，RCS-902保護(hù)裝置與斷路器操作箱CZX-12G在同一屏柜。
圖1為本條220 kV線路雙重化的兩套保護(hù)裝置、斷路器操作箱的電源配置圖。
圖1 保護(hù)裝置電源配置圖
如圖1所示，設(shè)計(jì)者在對保護(hù)電源、操作箱電源進(jìn)行配置時，將CZX-12G第一路操作電源與RCS-902G共用，CZX-12G第二路操作電源與RCS-931G共用，即從電源接線反映的是RCS-902G為第1套保護(hù)裝置，RCS-931G為第2套保護(hù)裝置，與其最初方案中的兩套保護(hù)分配原則相反。
圖2所示為雙重化的兩套保護(hù)裝置跳閘出口與CZX-12G型斷路器操作箱的匹配。
圖2 保護(hù)裝置與操作箱配合
由圖2可以看出，設(shè)計(jì)時將RCS-931G按第1套保護(hù)裝置進(jìn)行了跳閘出口配置，RCS-902G按第2套保護(hù)裝置進(jìn)行跳閘出口配置，在接入CZX-12G型斷路器操作箱時，RCS-931G作為第1套保護(hù)跳閘出口接斷路器第1組跳閘線圈，RCS-902G為第2套保護(hù)跳閘出口接斷路器第2組跳閘線圈。這說明跳閘出口的配置與預(yù)先既定原則一致，但與保護(hù)裝置電源分配時正好相反。
1.2 危害分析
在正常情況下，兩套保護(hù)裝置均能正確動作并出口。但是，在其中一路電源因本回路裝置電源卡故障、直流母線失壓或本回路裝置停電檢修，按雙重化配置的線路保護(hù)在停運(yùn)一套保護(hù)時，線路可繼續(xù)運(yùn)行。但若按以上接線方式進(jìn)行接線，遇線路故障需要跳開出口斷路器時，將會出現(xiàn)斷路器拒動，導(dǎo)致母差失靈保護(hù)動作，使相鄰斷路器跳閘，造成對側(cè)線路斷路器、本側(cè)母線失電，擴(kuò)大事故范圍。
如圖1所示，當(dāng)由110 V直流1屏來電源因本回路裝置檢修停電后，RCS-931G、CZX-12G型斷路器操作箱第2路跳閘操作回路將失電。即圖1中CZX-12G裝置的4Q2D1、4Q2D31端子無電壓，對應(yīng)圖2中CZX-12G裝置的4Q2D8、4Q2D20、4Q2D23、4Q2D26端子無電壓。因線路保護(hù)為雙重化配置，本線路可在RCS-902G保護(hù)裝置下繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)線路出現(xiàn)故障，假設(shè)線路A相故障，線路對側(cè)保護(hù)正確動作跳A相斷路器，本側(cè)RCS-902G保護(hù)正確動作，通過圖2中接至CZX-12G的4Q2D8、4Q2D20跳A相出口斷路器。但因?yàn)?Q2D8、4Q2D20、4Q2D23、4Q2D26回路為CZX-12G的第2套保護(hù)操作回路的端子，而此回路因電源停電后導(dǎo)致無操作電壓，即使RCS-902G保護(hù)出口接點(diǎn)動作，但因?yàn)闊o操作電源，本側(cè)A相斷路器將拒動，故障不能隔離，故障電流仍流過A相所在CT，RCS-902G保護(hù)裝置起動“單跳失敗啟動三跳”，斷路器仍將拒動，故障電流不消除，將導(dǎo)致失靈保護(hù)動作出口起動跳相鄰斷路器，對本站而言，將跳本線路所在母線所有的斷路器。這會造成母線失電，擴(kuò)大停電范圍，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。在年檢過程中，模擬了單套裝置電源退出運(yùn)行，以校驗(yàn)另一套保護(hù)裝置保護(hù)出口情況，校驗(yàn)結(jié)果與上述分析一致，及時進(jìn)行了整改，排除了隱患。
2 斷路器與CZX-12R型操作箱防躍配合
2.1 防躍配置分析
某廠220 kV線路保護(hù)配備了CZX-12R型斷路器操作箱，該型操作箱帶防躍功能，且不能直接通過短接方式取消防躍功能，需要將裝置內(nèi)部線引出后才能實(shí)現(xiàn)。在出線斷路器改造后，改為ABB高壓設(shè)備廠LTB245E1型單相操作斷路器，該型開關(guān)機(jī)構(gòu)帶有防躍功能。LTB245E1型斷路器本體防躍原理為，當(dāng)開關(guān)合閘回路勾通后，本體防躍繼電器立即帶電，使合閘回路被閉鎖。而CZX-12R型斷路器操作箱防躍電路圖3所示，即需要有跳閘指令時才能使防躍繼電器1TBUJa、2TBUJa帶電。
按反措要求，優(yōu)先使用斷路器本體防躍回路。由于現(xiàn)場斷路器與保護(hù)裝置改造的不同時，易忽視對保護(hù)裝置操作箱防躍回路的取消，以至于斷路器本體防躍回路與操作箱防躍回路出現(xiàn)串接的“雙躍回路”。同時也忽視跳位監(jiān)視回路與防躍繼電器K3形成自保持回路的問題。
如圖3所示，CZX-12R型操作箱由于n181未引出，不能直接通過短接n6與n181達(dá)到取消斷路器操作箱的目的，使得操作箱的串接式防躍與機(jī)構(gòu)箱并接式防躍回路同時存在。
圖3 跳位監(jiān)視回路與斷路器機(jī)構(gòu)防躍回路直接聯(lián)接
2.2 隱患分析
圖3中，在斷路器完成合閘后，防躍繼電器K3回路帶電。K3又通過斷位監(jiān)視回路形成自保持，至使TWJ動作，造成斷路器實(shí)際在合位狀態(tài)，而保護(hù)顯示為斷開，由于斷路器在合位有電流通過，而保護(hù)判斷出斷路器在分位且有流，將會啟動保護(hù)，重合閘將被閉鎖等。
如圖3所示，斷路器一旦合閘讓K3帶電，即使斷路器跳開使輔助接點(diǎn)BG1返回，合閘指令1SHJ消失，由于斷路器操作箱跳位監(jiān)視回路TWJ與防跳繼電器K3簡單串接，將使K3持續(xù)帶電而不會返回，合閘回路被永久切斷。一方面，斷路器實(shí)際為合狀態(tài)，但因TWJ帶電，造成保護(hù)誤認(rèn)為斷路器在斷位；另一方面，當(dāng)斷路器跳閘后，因K3的持續(xù)帶電，將造成斷路器合閘回路不能再次被合上，將導(dǎo)致斷路器合閘投運(yùn)后，因系統(tǒng)瞬時故障而不能完成重合閘，從而擴(kuò)大停電范圍。
2.3 解決措施
可采取如圖4所示接線。
圖4 跳位監(jiān)視回路與斷路器機(jī)構(gòu)防躍回路加輔助接點(diǎn)聯(lián)接
圖4所示，將CZX-12R型操作箱n181端子引出至外部端子，通過短接n6與n181實(shí)現(xiàn)取消斷路器操作箱。同時取消跳閘監(jiān)視回路4D100與4D101的短接片。在監(jiān)視回路4D101串接斷路器輔助常閉接點(diǎn)、K3常閉接點(diǎn)，當(dāng)斷路器合閘脈沖使合閘線圈Y3帶電時，輔助接點(diǎn)接通，使K3動作并自保持，斷開合閘回路起到“防躍”作用。而因輔助接點(diǎn)BG1與K3常閉接點(diǎn)的串聯(lián)配合使用，將保證無合閘指令后，能夠斷開TWJ與K3回路形成的自保持，有效解決了跳閘監(jiān)視回路因與機(jī)構(gòu)防躍回路的串接產(chǎn)生的保持問題。
再次進(jìn)行開關(guān)防躍試驗(yàn)，斷路器本體防躍繼電器K3將長期帶電，有效閉鎖合閘回路，再跳閘等操作，斷路器本體與TWJ顯示狀態(tài)一致。
3 結(jié)論
通過以上兩個案例分析，在進(jìn)行斷路器保護(hù)裝置、斷路器改造時，一定要重點(diǎn)關(guān)注以下兩點(diǎn)，否則會遺留重大安全隱患，使電網(wǎng)存在某一母線失電導(dǎo)致線路跳閘或機(jī)組停運(yùn)的危。
（1）斷路器操作繼電器箱與保護(hù)裝置的配置，包括電源回路與跳閘回路要有一致性，避免出現(xiàn)“假雙重化”。
（2）對配備有斷路器本體防躍功能的，優(yōu)先使用斷路器本體的防躍功能，同時應(yīng)取消斷路器操作箱的防躍功能。若不能直接短接取消時應(yīng)請廠家進(jìn)行現(xiàn)場處理，即將裝置中的接線柱引至外部端子，如CZX-12R型操作箱的防躍回路的取消就需要進(jìn)行引線外接。同時，需要注意跳位監(jiān)視回路與機(jī)構(gòu)防躍回路共同作用易造成防躍繼電器帶電，從而造成TWJ與實(shí)際斷路器狀態(tài)不一致或者無法再合閘的情況，應(yīng)采取有效措施避免機(jī)構(gòu)防躍通過跳位監(jiān)視回路形成自保持。
［1］ 國家電力公司發(fā)輸電運(yùn)營部.電力工業(yè)技術(shù)監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)匯編（繼電保護(hù)監(jiān)督）［M］.北京：中國電力出版社，2003.
［2］ 張舉.微型機(jī)繼電保護(hù)原理［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.
［3］ 南京南瑞繼保電氣有限公司.CZX-12R型操作繼電器裝置技術(shù)說明書［M］.南京：南京南瑞繼保電氣有限公司，2007.
［4］ 國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答［M］.2版.北京：中國電力出版社，2000.
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此類情況在老變電站或老電廠的改造中尤為突出。本文結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場改造后發(fā)現(xiàn)的問題，針對線路保護(hù)雙重化配置，及南瑞繼保CZX-12R型操作箱與北京ABB高壓開關(guān)設(shè)備公司LTB245E1型斷路器防躍回路的配合進(jìn)行詳盡的分析說明。
1 線路保護(hù)雙重化問題
1.1 雙重化配置不合理現(xiàn)象
按繼電保護(hù)可靠性及反措要求，220 kV及以上電壓等級線路保護(hù)必須滿足雙重化配置，實(shí)現(xiàn)“兩套保護(hù)裝置與其他保護(hù)、設(shè)備配合的回路應(yīng)遵循相互獨(dú)立。兩套保護(hù)裝置不應(yīng)有任何電氣聯(lián)系，當(dāng)一套保護(hù)退出運(yùn)行不應(yīng)影響另一套保護(hù)運(yùn)行”的設(shè)計(jì)原則。
本站某條220 kV線路接受了兩套保護(hù)改造，在進(jìn)行日常圖紙查閱的過程中，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)單位在對兩套保護(hù)進(jìn)行分配時，定下保護(hù)柜I RCS-931為第1套保護(hù)裝置，保護(hù)柜II RCS-902為第2套保護(hù)裝置的分配原則。其中，RCS-902保護(hù)裝置與斷路器操作箱CZX-12G在同一屏柜。
圖1為本條220 kV線路雙重化的兩套保護(hù)裝置、斷路器操作箱的電源配置圖。
圖1 保護(hù)裝置電源配置圖
如圖1所示，設(shè)計(jì)者在對保護(hù)電源、操作箱電源進(jìn)行配置時，將CZX-12G第一路操作電源與RCS-902G共用，CZX-12G第二路操作電源與RCS-931G共用，即從電源接線反映的是RCS-902G為第1套保護(hù)裝置，RCS-931G為第2套保護(hù)裝置，與其最初方案中的兩套保護(hù)分配原則相反。
圖2所示為雙重化的兩套保護(hù)裝置跳閘出口與CZX-12G型斷路器操作箱的匹配。
圖2 保護(hù)裝置與操作箱配合
由圖2可以看出，設(shè)計(jì)時將RCS-931G按第1套保護(hù)裝置進(jìn)行了跳閘出口配置，RCS-902G按第2套保護(hù)裝置進(jìn)行跳閘出口配置，在接入CZX-12G型斷路器操作箱時，RCS-931G作為第1套保護(hù)跳閘出口接斷路器第1組跳閘線圈，RCS-902G為第2套保護(hù)跳閘出口接斷路器第2組跳閘線圈。這說明跳閘出口的配置與預(yù)先既定原則一致，但與保護(hù)裝置電源分配時正好相反。
1.2 危害分析
在正常情況下，兩套保護(hù)裝置均能正確動作并出口。但是，在其中一路電源因本回路裝置電源卡故障、直流母線失壓或本回路裝置停電檢修，按雙重化配置的線路保護(hù)在停運(yùn)一套保護(hù)時，線路可繼續(xù)運(yùn)行。但若按以上接線方式進(jìn)行接線，遇線路故障需要跳開出口斷路器時，將會出現(xiàn)斷路器拒動，導(dǎo)致母差失靈保護(hù)動作，使相鄰斷路器跳閘，造成對側(cè)線路斷路器、本側(cè)母線失電，擴(kuò)大事故范圍。
如圖1所示，當(dāng)由110 V直流1屏來電源因本回路裝置檢修停電后，RCS-931G、CZX-12G型斷路器操作箱第2路跳閘操作回路將失電。即圖1中CZX-12G裝置的4Q2D1、4Q2D31端子無電壓，對應(yīng)圖2中CZX-12G裝置的4Q2D8、4Q2D20、4Q2D23、4Q2D26端子無電壓。因線路保護(hù)為雙重化配置，本線路可在RCS-902G保護(hù)裝置下繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)線路出現(xiàn)故障，假設(shè)線路A相故障，線路對側(cè)保護(hù)正確動作跳A相斷路器，本側(cè)RCS-902G保護(hù)正確動作，通過圖2中接至CZX-12G的4Q2D8、4Q2D20跳A相出口斷路器。但因?yàn)?Q2D8、4Q2D20、4Q2D23、4Q2D26回路為CZX-12G的第2套保護(hù)操作回路的端子，而此回路因電源停電后導(dǎo)致無操作電壓，即使RCS-902G保護(hù)出口接點(diǎn)動作，但因?yàn)闊o操作電源，本側(cè)A相斷路器將拒動，故障不能隔離，故障電流仍流過A相所在CT，RCS-902G保護(hù)裝置起動“單跳失敗啟動三跳”，斷路器仍將拒動，故障電流不消除，將導(dǎo)致失靈保護(hù)動作出口起動跳相鄰斷路器，對本站而言，將跳本線路所在母線所有的斷路器。這會造成母線失電，擴(kuò)大停電范圍，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。在年檢過程中，模擬了單套裝置電源退出運(yùn)行，以校驗(yàn)另一套保護(hù)裝置保護(hù)出口情況，校驗(yàn)結(jié)果與上述分析一致，及時進(jìn)行了整改，排除了隱患。
2 斷路器與CZX-12R型操作箱防躍配合
2.1 防躍配置分析
某廠220 kV線路保護(hù)配備了CZX-12R型斷路器操作箱，該型操作箱帶防躍功能，且不能直接通過短接方式取消防躍功能，需要將裝置內(nèi)部線引出后才能實(shí)現(xiàn)。在出線斷路器改造后，改為ABB高壓設(shè)備廠LTB245E1型單相操作斷路器，該型開關(guān)機(jī)構(gòu)帶有防躍功能。LTB245E1型斷路器本體防躍原理為，當(dāng)開關(guān)合閘回路勾通后，本體防躍繼電器立即帶電，使合閘回路被閉鎖。而CZX-12R型斷路器操作箱防躍電路圖3所示，即需要有跳閘指令時才能使防躍繼電器1TBUJa、2TBUJa帶電。
按反措要求，優(yōu)先使用斷路器本體防躍回路。由于現(xiàn)場斷路器與保護(hù)裝置改造的不同時，易忽視對保護(hù)裝置操作箱防躍回路的取消，以至于斷路器本體防躍回路與操作箱防躍回路出現(xiàn)串接的“雙躍回路”。同時也忽視跳位監(jiān)視回路與防躍繼電器K3形成自保持回路的問題。
如圖3所示，CZX-12R型操作箱由于n181未引出，不能直接通過短接n6與n181達(dá)到取消斷路器操作箱的目的，使得操作箱的串接式防躍與機(jī)構(gòu)箱并接式防躍回路同時存在。
圖3 跳位監(jiān)視回路與斷路器機(jī)構(gòu)防躍回路直接聯(lián)接
2.2 隱患分析
圖3中，在斷路器完成合閘后，防躍繼電器K3回路帶電。K3又通過斷位監(jiān)視回路形成自保持，至使TWJ動作，造成斷路器實(shí)際在合位狀態(tài)，而保護(hù)顯示為斷開，由于斷路器在合位有電流通過，而保護(hù)判斷出斷路器在分位且有流，將會啟動保護(hù)，重合閘將被閉鎖等。
如圖3所示，斷路器一旦合閘讓K3帶電，即使斷路器跳開使輔助接點(diǎn)BG1返回，合閘指令1SHJ消失，由于斷路器操作箱跳位監(jiān)視回路TWJ與防跳繼電器K3簡單串接，將使K3持續(xù)帶電而不會返回，合閘回路被永久切斷。一方面，斷路器實(shí)際為合狀態(tài)，但因TWJ帶電，造成保護(hù)誤認(rèn)為斷路器在斷位；另一方面，當(dāng)斷路器跳閘后，因K3的持續(xù)帶電，將造成斷路器合閘回路不能再次被合上，將導(dǎo)致斷路器合閘投運(yùn)后，因系統(tǒng)瞬時故障而不能完成重合閘，從而擴(kuò)大停電范圍。
2.3 解決措施
可采取如圖4所示接線。
圖4 跳位監(jiān)視回路與斷路器機(jī)構(gòu)防躍回路加輔助接點(diǎn)聯(lián)接
圖4所示，將CZX-12R型操作箱n181端子引出至外部端子，通過短接n6與n181實(shí)現(xiàn)取消斷路器操作箱。同時取消跳閘監(jiān)視回路4D100與4D101的短接片。在監(jiān)視回路4D101串接斷路器輔助常閉接點(diǎn)、K3常閉接點(diǎn)，當(dāng)斷路器合閘脈沖使合閘線圈Y3帶電時，輔助接點(diǎn)接通，使K3動作并自保持，斷開合閘回路起到“防躍”作用。而因輔助接點(diǎn)BG1與K3常閉接點(diǎn)的串聯(lián)配合使用，將保證無合閘指令后，能夠斷開TWJ與K3回路形成的自保持，有效解決了跳閘監(jiān)視回路因與機(jī)構(gòu)防躍回路的串接產(chǎn)生的保持問題。
再次進(jìn)行開關(guān)防躍試驗(yàn)，斷路器本體防躍繼電器K3將長期帶電，有效閉鎖合閘回路，再跳閘等操作，斷路器本體與TWJ顯示狀態(tài)一致。
3 結(jié)論
通過以上兩個案例分析，在進(jìn)行斷路器保護(hù)裝置、斷路器改造時，一定要重點(diǎn)關(guān)注以下兩點(diǎn)，否則會遺留重大安全隱患，使電網(wǎng)存在某一母線失電導(dǎo)致線路跳閘或機(jī)組停運(yùn)的危。
（1）斷路器操作繼電器箱與保護(hù)裝置的配置，包括電源回路與跳閘回路要有一致性，避免出現(xiàn)“假雙重化”。
（2）對配備有斷路器本體防躍功能的，優(yōu)先使用斷路器本體的防躍功能，同時應(yīng)取消斷路器操作箱的防躍功能。若不能直接短接取消時應(yīng)請廠家進(jìn)行現(xiàn)場處理，即將裝置中的接線柱引至外部端子，如CZX-12R型操作箱的防躍回路的取消就需要進(jìn)行引線外接。同時，需要注意跳位監(jiān)視回路與機(jī)構(gòu)防躍回路共同作用易造成防躍繼電器帶電，從而造成TWJ與實(shí)際斷路器狀態(tài)不一致或者無法再合閘的情況，應(yīng)采取有效措施避免機(jī)構(gòu)防躍通過跳位監(jiān)視回路形成自保持。
［1］ 國家電力公司發(fā)輸電運(yùn)營部.電力工業(yè)技術(shù)監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)匯編（繼電保護(hù)監(jiān)督）［M］.北京：中國電力出版社，2003.
［2］ 張舉.微型機(jī)繼電保護(hù)原理［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.
［3］ 南京南瑞繼保電氣有限公司.CZX-12R型操作繼電器裝置技術(shù)說明書［M］.南京：南京南瑞繼保電氣有限公司，2007.
［4］ 國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答［M］.2版.北京：中國電力出版社，2000.
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