宁夏电网失灵保护原理接线存在的问题及改进意见

　　针对银川变失灵保护误动中反映出来的问题进行了较详细的分析。宁夏电网现运行的失灵保护中暴露出两个问题：一是失灵保护瞬跳本开关有可能造成单相重合闸拒动；二是失灵保护出口接分相操作箱的永跳端子TJR时，可能造成误动。对以上问题提出的改进意见是：(1)瞬跳本开关加一短延时；(2)失灵保护出口由接分相操作箱的端子TJR改为接手跳端子STJ；(3)电流继电器改型；(4)电压闭锁元件改型并与母差保护不共用。

　　为了防止开关拒动造成电网大面积瓦解事故，宁夏电网220　kV以上厂站均装有断路器失灵保护。从1990年迄今，宁夏电网失灵保护不正确动作3次，其中拒动1次，误动2次。对于失灵保护的不正确动作，组织有关部门进行了认真的分析及试验，针对其原理接线中存在的问题提出了改进意见。

1　失灵保护原理接线图(以D型晶体管保护为例)
　　宁夏电网失灵保护原理图如图1所示。当线路发生故障时，线路保护动作起动综重内的继电器TJa、TJb和TJc的接点闭合，一路经操作箱出口跳闸，另一路去起动失灵保护。如果开关跳开，则保护返回，TJa、TJb、TJc接点返回，电流闭锁接点LJa、LJb、LJc返回，电压闭锁接点1YZJ、2YZJ返回，失灵保护不动作。如果开关拒动，则TJa、TJb、TJc接点不返回，电流电压接点闭合，起动中间继电器1BZJ、1ZJ、2JZ和时间继电器SJ，通过电压切换接点来选择故障元件在Ⅰ母还是Ⅱ母，时间继电器SJ瞬动接点闭合瞬时将故障线路开关三跳1次，如果故障仍未切除，则SJ延时接点闭合，0.3s跳开母联开关，0.5s跳开拒动开关所在母线上的所有元件。

图1　失灵保护原理图
Fig.1　Schematic of protection against fault switching

2　失灵保护原理接线存在的问题
　　由于失灵保护瞬时出口跳闸的时间与TJa、TJb、TJc经分相操作箱出口跳闸的时间相差不多，当线路开关切除故障时间较长时，失灵保护瞬时跳闸回路可能出口。由于失灵保护瞬时跳闸回路出口，在运行中暴露出两个问题：一是宁夏电网220 kV线路投的是单相重合闸，当线路发生单相瞬时性故障时，由于失灵保护瞬时出口跳三相，造成开关不能重合，例如，青铜峡变、银川变各有1次在线路故障时，失灵保护瞬时出口信号掉牌；1999年7月27日，220 kV青坡线发生C相接地故障，开关约110 ms将故障切除，同时五里坡变失灵保护瞬时出口信号掉牌，五里坡变侧开关三跳未重合。二是由于失灵保护发出三跳命令，起动操作箱内永跳继电器TJR，TJR接点反过来又去起动失灵，当电流、电压接点因故不能返回时，则形成如图2所示的自保持回路，虽然线路故障已切除，线路保护已返回，但失灵保护仍处于动作状态，一直到将母联及母线上所有元件跳开，银川变失灵保护误动与此有关。

图2　自保持回路
Fig.2　Self-holding circuit

3　有关测试数据及银川变失灵保护误动原因分析
　　问题发现以后，与银川供电局有关人员在220 kV银川变进行了试验，试验结果如下：
　　(1)测试TJa经操作箱出口开关跳闸时间。
　　将失灵保护跳闸回路压板打开，用TJa起表，TWJa停表，结果如表1所示。

表1　分相出口跳闸时间测试结果
 
次数        1     2      3      4       5
时间/ms 92.6  92.0  90.9  91.2  91.6

　　(2)测试失灵保护瞬时出口开关跳闸时间。
　　将线路保护跳闸回路打开，短接电流、电压闭锁接点，对TJa起表，TWJa停表，结果如表2所示。

表2　失灵保护瞬时出口跳闸时间测试结果

次数       1        2          3         4          5
时间/ms 194.0   198.1   198.8   207.2   198.1

　　(3)线路保护、失灵保护跳闸压板均投入，短接电流、电压闭锁接点，用一付延时打开的常闭接点模拟线路保护动作、开关灭弧、保护返回时间，调整该接点时间观察保护动作情况，试验接线如图3所示，试验结果列于表3。
表3　模拟测试结果
 

次数 ZJ延时
时间/ms 动作情况                                   备注
1 80     开关跳闸，失灵瞬时信号未发出 
2 88     开关跳闸，失灵瞬时信号未发出     做5次
3 98     开关跳闸，失灵瞬时信号未发出     第1次
　 98    开关跳闸，失灵瞬时延时信号发出  第2次
4 102   开关跳闸，失灵瞬时延时信号发出
5 168   开关跳闸，失灵瞬时延时信号发出

图3　模拟试验接线
Fig.3　Scmulation test connection

　　从表1、表2可以看出，银川变失灵保护瞬时出口比线路保护经分相操作箱出口慢大约100　ms。从表3可以看出，如跳闸接点TJa闭合时间超过98　ms，失灵保护的瞬时跳闸回路将动作，当电流、电压闭锁接点不能返回时，则形成自保持，此时即使线路保护跳闸接点TJa返回，失灵保护仍然动作，一直到延时信号出口。以上测试结果可以从银川变1994年12月31日线路故障，失灵保护误动作的故障录波图上得到证实。
　　1994年12月31日，银川变的220 kV武银乙线发生C相断线永久性接地故障，两侧线路保护动作正确。从故障录波图上可以看到，银川变426开关故障后70 ms将武银乙线C相断开，重合闸动作，重合在故障上，经105 ms将武银乙线三相跳开，武银乙线三相跳开后340 ms银川变失灵保护误动作将220 kV母联开关跳开，经过560 ms将武银乙线所在的Ⅱ母上的所有元件跳开。
　　第一次故障70 ms切除，减去线路保护动作时间10 ms(零序Ⅰ段按说明书要求<10 ms)，小于失灵保护瞬时出口需要延时98 ms，因此，失灵保护瞬时跳闸没有出口，重合闸进行了重合。重合以后，105 ms将故障切除，从此105 ms中减去线路保护动作时间10 ms，再加上返回时间7 ms，TJ节点闭合时间有可能超过102 ms，因该闭合时间大于失灵保护瞬时出口要求的98 ms，因此失灵保护瞬时跳闸出口 动作，并与线路保护一起去起动永跳继电器TJR，当银川变失灵保护电流、电压闭锁接点由于粘住等原因不能返回时，将形成图2所示的自保持回路，此时虽然线路故障已被切除，线路保护已返因，但失灵保护仍处于动作状态，一直到将母联开关及Ⅱ母上所有元件切除。

4　失灵保护的改进意见
　　(1)失灵保护的瞬时跳闸改为延时跳闸
　　考虑当线路发生故障，线路保护正确动作，但开关拒动时，即使失灵保护瞬时跳闸动作，开关仍然不能跳开。当线路保护拒动，开关正常时，因为没有起动元件，失灵瞬时跳闸回路将无法动作，因此，该回路瞬时跳闸意义不大，建议改为延时跳闸，如图4所示。

图4　失灵保护瞬跳加延时回路

　　瞬时跳闸回路的延时时间1SJ应大于T1、T2、T3和T4时间之和。T1为继电器TJa、TJb、TJc、TJR、TJQ经操作箱发出跳闸命令的时间；T2为开关跳闸及灭弧的时间；T3为保护返回时间；T4为继电器TJa、TJb、TJc、TJR和TJQ的返回时间。
　　建议宁夏电网统一增加100 ms延时，加上原来的固有延时约100 ms，因此，瞬时跳闸回路的总延时约200 ms，远大于要求时间。
　　(2)为了避免失灵保护形成自保持回路，失灵保护的出口由接分相操作箱的TJR端子改为接手跳端子STJ，如图5所示。

图5　失灵保护经手跳端子跳闸

　　(3)电磁式电流继电器应改型
　　由于电流继电器的定值要考虑在最小运行方式下有足够的灵敏度，因此定值较小，在大方式或某些方式下可能频繁起动，电磁式电流继电器振动比较厉害，容易出现机械故障(银川变失灵保护误动作，其故障相C相的电流继电器接点粘住，不能返回，检查其它线路电流继电器也发现有不同程度的机械损坏)，因此，在加强失灵保护电流判别元件维护的同时，应将电磁式电流继电器更换为适当的静态电流继电器。
　　(4)母差和失灵保护的电压闭锁元件分开，不共用
　　①应实测不平衡电压，定值应可靠躲过。
　　②低电压继电器按部颁反措更换为无抖动接点继电器。
　　③为提高保护的安全性，应将母差和失灵保护的电压闭锁元件分开，不能共用。