500KV并網(wǎng)電廠斷路器斷口閃絡(luò)保護(hù)誤動(dòng)作分析

 在大型發(fā)變組并網(wǎng)過程中，斷路器斷口電壓隨待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)等效發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)之間角度差δ的改變而不斷變化，當(dāng)δ=180°時(shí)其值最大，有兩倍運(yùn)行電壓作用于斷口上，形成斷口閃絡(luò)事故隱患，在發(fā)電機(jī)剛退出運(yùn)行時(shí)也可能發(fā)生此類事故。斷口閃絡(luò)不僅給斷路器本身造成損壞，并且還可能引起開關(guān)滅弧室絕緣水平降低而誘發(fā)接地故障，引起事故擴(kuò)大，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，斷口閃絡(luò)一般是在一相或兩相上發(fā)生，這不僅會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生有危害的沖擊轉(zhuǎn)矩，還會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流，在轉(zhuǎn)子上引起附加損耗，嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全。為迅速排除斷口閃絡(luò)故障，在大機(jī)組上裝設(shè)斷口閃絡(luò)保護(hù)（BREAK-ERFlashOVER PROTECTION）就變得十分迫切和必要。
斷路器斷口閃絡(luò)保護(hù)在國(guó)外已較為普遍，在國(guó)內(nèi)起步較晚，目前在實(shí)際應(yīng)用中還有待進(jìn)一步探討和總結(jié)，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)更是十分欠缺，本文將對(duì)在某電廠發(fā)生的一起發(fā)電機(jī)斷路器斷口閃絡(luò)閃絡(luò)保護(hù)誤動(dòng)作的動(dòng)作原因進(jìn)行分析。
1 事故經(jīng)過
該機(jī)組為單元接線方式，500KV站內(nèi)為3/2方式，發(fā)電機(jī)由5042、5043斷路器接入系統(tǒng)。5329線由5041、5042斷路器接入，構(gòu)成完整串。事故發(fā)生前，廠站側(cè)在進(jìn)行5031開關(guān)流變更換后啟動(dòng)調(diào)試。5011、5021、5041、5051開關(guān)及500KVI母線在冷備用。5329線路負(fù)荷由5042斷路器送至站內(nèi)。故障時(shí)5329線及#3機(jī)組突然跳閘，5041、5042及5043斷路器保護(hù)屏上4CKJ繼電器均動(dòng)作，發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作，主變第二套保護(hù)裝置上斷路器2閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作。
2 事故原因分析
2.1 保護(hù)配置情況 500KV斷路器保護(hù)配置為ABB公司REB551保護(hù)，斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作后跳開兩側(cè)5041、5043開關(guān)、遠(yuǎn)跳線路、聯(lián)跳發(fā)電機(jī)。5042斷路器閃絡(luò)保護(hù)配置在發(fā)變組保護(hù)屏內(nèi)，采用許繼WBF800系列保護(hù)裝置。因斷路器閃絡(luò)后基本特征為斷路器在斷開位置，且有電流流經(jīng)斷路器，故此閃絡(luò)保護(hù)邏輯由斷路器常開接點(diǎn)取反后與斷路器負(fù)序電流判據(jù)構(gòu)成。
其中斷路器常開接點(diǎn)信號(hào)由斷路器擴(kuò)展雙位置繼電器的接點(diǎn)提供，正常時(shí)經(jīng)斷路器常開、常閉接點(diǎn)共同作用以滿足信號(hào)的可靠性。對(duì)應(yīng)斷路器電流取自斷路器站內(nèi)單獨(dú)一組TA二次繞組，回路相應(yīng)獨(dú)立。
2.2 保護(hù)誤動(dòng)作分析 現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)動(dòng)作情況：保護(hù)小室內(nèi)檢查為5041斷路器保護(hù)屏RG41上4CKJ雙位置繼電器動(dòng)作、5042斷路器保護(hù)屏RG42上4CKJ雙位置繼電器動(dòng)作、5043斷路器保護(hù)屏RG43上斷路器保護(hù)動(dòng)作且4CKJ雙位置繼電器動(dòng)作；發(fā)變組保護(hù)屏內(nèi)檢查為主變第二套保護(hù)裝置上斷路器2閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作。
500KV線路故障錄波器錄波波形記錄，主變第二套保護(hù)裝置5042開關(guān)閃絡(luò)保護(hù)率先動(dòng)作，30ms后5329線路第一、二套線路保護(hù)發(fā)遠(yuǎn)跳命令，同時(shí)5042、5043開關(guān)跳閘。
根據(jù)5041斷路器保護(hù)內(nèi)部動(dòng)作記錄，觸發(fā)的條件為BFP-BLOCK-AR（失靈保護(hù)閉鎖重合閘），從接線原理圖上可以看出為主變第二套保護(hù)裝置5042開關(guān)閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)。因?yàn)閿嗦菲髟谕＿\(yùn)位置，所以保護(hù)沒有出口。
根據(jù)5042斷路器保護(hù)內(nèi)部動(dòng)作記錄，最先觸發(fā)條件為BFP-BLOCK-AR（失靈保護(hù)閉鎖重合閘），40ms后5042斷路器三相跳閘，再5ms后斷路器保護(hù)裝置收到TRAN-ST-BFP（發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)5042開關(guān)失靈），無5042斷路器保護(hù)裝置出口動(dòng)作信息。
根據(jù)5043斷路器保護(hù)內(nèi)部動(dòng)作記錄，最先觸發(fā)的條件為TRAN-ST-BFP（發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)5043開關(guān)失靈），約5ms后5043斷路器三相跳閘，再20ms后斷路器保護(hù)動(dòng)作重跳本開關(guān)。
根據(jù)發(fā)變組保護(hù)內(nèi)部動(dòng)作記錄，5042開關(guān)閃絡(luò)保護(hù)首先動(dòng)作，45ms后收到5042斷路器失靈啟動(dòng)信號(hào)；主變保護(hù)二CPU2、主變保護(hù)一CPU1、主變保護(hù)一CPU2都只有收到一次5042斷路器失靈啟動(dòng)信號(hào)的記錄。從主變保護(hù)二CPU1錄波圖中發(fā)現(xiàn)5042開關(guān)輔助接點(diǎn)一直在斷開位置，5042負(fù)序電流達(dá)到0.4249，達(dá)到動(dòng)作定值0.42，故保護(hù)出口動(dòng)作。
綜合上述所有信息后，可以看出，第二套5042開關(guān)閃絡(luò)保護(hù)率先動(dòng)作，啟動(dòng)5042斷路器失靈保護(hù)出口，動(dòng)作閉鎖5042、5041斷路器重合閘、動(dòng)作跳5042、5043斷路器、啟動(dòng)5329線路保護(hù)遠(yuǎn)方跳閘（兩套）、啟動(dòng)發(fā)變組保護(hù)出口。
事件后，對(duì)第二套5042開關(guān)閃絡(luò)保護(hù)裝置和5042開關(guān)失靈保護(hù)裝置進(jìn)行了裝置定值校驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常。根據(jù)錄波分析對(duì)5042斷路器至閃絡(luò)保護(hù)輔助接點(diǎn)及電流回路進(jìn)行重點(diǎn)檢查，發(fā)現(xiàn)在5042斷路器分控箱內(nèi)用于發(fā)變組閃絡(luò)保護(hù)識(shí)別斷路器狀態(tài)的輔助接點(diǎn)電纜未接線，故雙位置繼電器無法正確反映斷路器狀態(tài)，閃絡(luò)保護(hù)裝置一直識(shí)別為斷路器在分位，閃絡(luò)保護(hù)開放。在5042就地TA端子箱內(nèi)，閃絡(luò)保護(hù)用TA回路B、C相短接，故A相電流如實(shí)的流入保護(hù)裝置，裝置識(shí)別正確，但B、C相間接觸，故保護(hù)裝置識(shí)別B、C相電流值小于A相電流值且與A相電流相角相差180°，保護(hù)裝置分解出負(fù)序分量。當(dāng)裝置識(shí)別的負(fù)序分量為0.4249大于定值0.42且保持300ms以上時(shí)，閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作出口。
綜合分析認(rèn)為：導(dǎo)致5042、5043開關(guān)及5329線路跳閘的原因是第二套5042開關(guān)閃絡(luò)保護(hù)誤動(dòng)作，而保護(hù)誤動(dòng)的原因是回路接線錯(cuò)誤。
3 整改措施及實(shí)施方案
將發(fā)現(xiàn)的接線錯(cuò)誤進(jìn)行修改并試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)運(yùn)行機(jī)組的閃絡(luò)保護(hù)邏輯及采樣值進(jìn)行檢查，確保閃絡(luò)保護(hù)啟動(dòng)及判據(jù)環(huán)節(jié)無異常。
因只有當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)或跳閘過程中才有可能會(huì)發(fā)生斷路器斷口閃絡(luò)故障，故可以從閃絡(luò)保護(hù)邏輯上進(jìn)行完善。見圖3，采用發(fā)電機(jī)兩出口開關(guān)常閉接點(diǎn)的與門作為閃絡(luò)保護(hù)的允許條件，在單一開關(guān)負(fù)序電流達(dá)到動(dòng)作值時(shí)經(jīng)短延時(shí)跳開磁場(chǎng)開關(guān)，此時(shí)發(fā)電機(jī)出口電壓將消失，斷路器斷口兩側(cè)壓差將降低部分閃絡(luò)故障將消除。當(dāng)閃絡(luò)故障依舊存在時(shí)，經(jīng)較長(zhǎng)延時(shí)出口啟動(dòng)對(duì)應(yīng)閃絡(luò)斷路器的失靈出口，將閃絡(luò)斷路器隔離，從電網(wǎng)中切除故障點(diǎn)。
采用此邏輯后，斷路器狀態(tài)影響兩臺(tái)斷路器的閃絡(luò)投入功能，故保證可靠、準(zhǔn)確的斷路器輔助接點(diǎn)更加重要，但對(duì)于提高正常運(yùn)行方式下閃絡(luò)保護(hù)運(yùn)行可靠性有較大意義。需要注意的是當(dāng)其中一個(gè)斷路器在檢修狀態(tài)下，此斷路器實(shí)際已經(jīng)隔離刀與系統(tǒng)隔離，當(dāng)進(jìn)行分合試驗(yàn)時(shí)可能會(huì)造成運(yùn)行斷路器閃絡(luò)的誤判斷，故在保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)需增加斷路器檢修壓板，進(jìn)行對(duì)應(yīng)斷路器檢修時(shí)的投推保護(hù)操作。保護(hù)出口方式的變化可以有選擇的切除故障，避免事故引起的擴(kuò)大范圍停電，有效的提高了保護(hù)的選擇性。
3.1 斷口閃絡(luò)保護(hù)的出口方式 參考各設(shè)計(jì)院出口方式設(shè)計(jì)，目前主要有如下兩種：①一時(shí)限作用于滅磁，二時(shí)限作用于啟動(dòng)失靈。②一時(shí)限作用于滅磁，二時(shí)限作用于啟動(dòng)失靈保護(hù)出口。其中第一種方式考慮到了機(jī)組直跳保護(hù)經(jīng)就地電氣量保護(hù)判別，增加了保護(hù)動(dòng)作的可靠性，不過也產(chǎn)生了幾點(diǎn)問題，如下以3/2接線方式進(jìn)行闡述。
3.2 失靈保護(hù)中負(fù)序過流定值配合問題 目前電網(wǎng)系統(tǒng)失靈保護(hù)均有負(fù)序電流輔助判據(jù)，但一般整定定值較高，需要對(duì)失靈定值、閃絡(luò)負(fù)序定值與機(jī)組允許負(fù)序電流之間進(jìn)行校驗(yàn)。
3.3 失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與機(jī)組允許承受負(fù)序電流時(shí)間配合問題 由于失靈保護(hù)一般均經(jīng)延時(shí)出口，整定閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作時(shí)需同時(shí)考慮。另因負(fù)序電流判據(jù)的失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間又較一般的失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)，某些系統(tǒng)甚至整定為秒級(jí)，這就需要對(duì)保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間與機(jī)組承受負(fù)序電流時(shí)間之間進(jìn)行校驗(yàn)。
3.4 舉例 如下以某600MW及機(jī)組為例
取小方式下系統(tǒng)阻抗，閃絡(luò)時(shí)角差180°，計(jì)算發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流為：
閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作電流為：
若失靈保護(hù)負(fù)序電流啟動(dòng)電流值大于此值則閃絡(luò)保護(hù)靈敏度將會(huì)大大降低。
以單相閃絡(luò)負(fù)序電流為例進(jìn)行時(shí)間驗(yàn)算：
可見，閃絡(luò)保護(hù)與失靈保護(hù)整組出口時(shí)間應(yīng)小于此時(shí)間?？紤]到自并勵(lì)機(jī)組固有滅磁時(shí)間，此時(shí)間不宜超過1.5s。若失靈保護(hù)中負(fù)序判據(jù)電流值與時(shí)間均能滿足要求，則閃絡(luò)保護(hù)二時(shí)限出口宜采用啟動(dòng)失靈保護(hù)方式，否則宜采用啟動(dòng)失靈出口的方式出口。
4 結(jié)語
目前針對(duì)斷路器斷口閃絡(luò)保護(hù)配置的研究已趨于定型，各保護(hù)廠家有著不同的配置原理，需要現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)所使用的閃絡(luò)保護(hù)進(jìn)行深入研究，熟悉其原理。整定計(jì)算過程中對(duì)相關(guān)保護(hù)配合關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)算，檢修期間對(duì)啟動(dòng)量和保護(hù)開放量進(jìn)行檢查及試驗(yàn)，運(yùn)行期間加強(qiáng)各保護(hù)量的在線監(jiān)視，確保保護(hù)裝置工作在正常、健康狀態(tài)。