對比傳統三相不一致控制回路中存在的器件易老化、時(shí)間繼電器可靠性差等不足，本回路具有對器件依賴(lài)性低，防老化性能更好、可靠性更高的特點(diǎn)。同時(shí)針對電網(wǎng)故障排查中遇到的時(shí)間繼電器校準存在的步驟復雜、需要斷電等問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討和分析。

 

三相不一致運行是指電力系統中某一支路上三相中的單相或者兩相斷開(kāi)運行的情況。對于部分高壓和所有超高壓、特高壓的電壓等級的電網(wǎng)，出于對高壓絕緣、系統穩定性和系統繼電保護配置的考慮，系統大范圍的采用分相斷路器，并配置有單相重合閘保護且采用后加速保護。

 

同時(shí)由于裝置和人工操作等因素，系統在正常工作過(guò)程中會(huì )不可避免的處于三相斷路器分相狀態(tài)不一致的異常運行狀態(tài)，應配置可以反映斷路器非全相運行狀態(tài)的非全相保護，作用于跳開(kāi)已處于不正常狀態(tài)的斷路器。根據GB/T 14285—2006《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》，220～500kV斷路器三相不一致，應盡量采用斷路器的本體三相不一致保護，而不再另外設置同類(lèi)保護。

 

但是，在實(shí)際的工況運行下，斷路器控制回路的可靠性相對較低，主要原因是二次回路中采用的接觸器、繼電器等關(guān)鍵元件運行工況較差，斷路器的三相不一致保護控制回路中的時(shí)間繼電器需要定時(shí)的校檢，從而才能保證供電的可靠性。

 

關(guān)于三相不一致回路改進(jìn)的研究有很多，各有側重，文獻[7]提出的控制回路降低了對于器件的依賴(lài)性，提高了保護的可靠性，但是一定程度上增加了檢修的負擔。文獻[8-9]則提出改變回路拓撲結構以及增加繼電器數量實(shí)現防誤動(dòng)的功能，卻沒(méi)有考慮器件的運行工況對可靠性的影響。文獻[10]則通過(guò)增加觸點(diǎn)降低對運行工況的要求。

 

隨著(zhù)技術(shù)水平的進(jìn)步和對供電可靠要求的不斷提高，新的問(wèn)題在實(shí)際運行中不斷的被發(fā)現，綜合考慮并改進(jìn)保護原有存在的不足是很有必要的。

 

本文先介紹了傳統的經(jīng)典三相不一致保護控制回路，分析其中存在的問(wèn)題。針對這些接觸器、繼電器存在的隱患，提出了一種新型的三相不一致保護控制回路。通過(guò)對比發(fā)現，新型控制回路可以有效地解決回路的自保持問(wèn)題，實(shí)現防跳，并有效地降低了觸點(diǎn)損壞老化對保護回路的影響。

 

同時(shí)對于工程校檢時(shí)間繼電器存在的步驟復雜、安全風(fēng)險高等問(wèn)題，提出了一種新型的實(shí)時(shí)監測校檢裝置的設想，不僅可以減少工作人員的工作量，還能夠提供記錄歷史數據功能。

 

1 典型斷路器三相不一致保護

 

1.1 典型保護控制回路

 

目前電力系統三相不一致保護的跳閘回路如圖1所示。典型回路中的核心元件是時(shí)間繼電器TS和跳閘輔助繼電器K61。

 

圖1典型斷路器本體三相不一致保護回路

 

保護控制回路由斷路器的一組三相常開(kāi)觸點(diǎn)和一組三相常閉觸點(diǎn)串并聯(lián)組成。

 

當出現三相不一致運行的情況時(shí)，以上常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)各自至少有一相處于閉合狀態(tài)，于是形成了通路，使時(shí)間繼電器TS和跳閘繼電器K61處于通電狀態(tài)，跳開(kāi)故障的斷路器，以保證系統的安全運行。

 

1.2 典型三相不一致保護的缺陷

 

典型的三相不一致保護在實(shí)際使用中存在著(zhù)諸多的缺陷，其中最主要的問(wèn)題在于核心時(shí)間繼電器元件的可靠性問(wèn)題。如起動(dòng)回路中只使用了一個(gè)時(shí)間繼電器，可靠性較低，時(shí)間繼電器的整定時(shí)間需要滿(mǎn)足系統穩定性與繼電保護速動(dòng)性的要求，同時(shí)需要與單相重合閘的整定時(shí)間相配合，若時(shí)間繼電器的發(fā)生動(dòng)作時(shí)間偏移，則三相不一致保護可能會(huì )引起誤動(dòng)作。

 

三相不一致保護的整定時(shí)間也應與零序和負序保護的整定時(shí)間相配合。據統計，由于時(shí)間繼電器的故障導致的誤動(dòng)作占三相不一致保護誤動(dòng)作的70%。而三相不一致保護的誤動(dòng)作會(huì )對電網(wǎng)、發(fā)電機、變壓器等重要電力設備產(chǎn)生諸多危害，嚴重危害電力系統的安全穩定運行。

 

另外，目前斷路器三相不一致保護的繼電器工作環(huán)境惡劣，特別是由于其長(cháng)期在戶(hù)外運行，內部精密器件易受影響。同時(shí)繼電器和觸點(diǎn)的設計與選型標準尚不完整，復雜的工作環(huán)境可能導致其常開(kāi)觸點(diǎn)老化或者氧化造成保護拒動(dòng)，或者由于受潮和絕緣降低存在著(zhù)誤動(dòng)的風(fēng)險。即使是ABB、OMRON的部分器件也存在此問(wèn)題。

 

綜上所述，目前典型的保護控制回路的優(yōu)點(diǎn)在于結構簡(jiǎn)單，使用元件較少。從保護原理角度，回路采用更簡(jiǎn)單的結構提高了保護的可靠性。然而，典型控制回路對于時(shí)間繼電器的依賴(lài)較高，不能很好解決繼電器的老化、氧化等問(wèn)題。

 

2 新型斷路器三相不一致保護

 

2.1 新型保護控制回路

 

為了保證系統的安全穩定運行，并且克服經(jīng)典回路存在的不足，本文提出了一種新型的保護控制回路，如圖2所示。

 

圖2新型斷路器本體三相不一致保護回路

 

新的控制回路包括改進(jìn)后的起動(dòng)回路、跳閘回路、自保持回路、防跳回路。起動(dòng)回路：由KT1和KT2時(shí)間繼電器相并聯(lián)，KT1-1、KT2-1、KT1-2、KT2-2分別是其對應的常開(kāi)觸點(diǎn)。只需要有一組時(shí)間繼電器動(dòng)作就能保證跳閘回路通電。避免了一個(gè)時(shí)間繼電器故障時(shí)的拒動(dòng)風(fēng)險，也很大程度上降低了由于某一個(gè)或者兩個(gè)時(shí)間繼電器觸點(diǎn)因工況不良造成的拒動(dòng)情況，提高了保護的可靠性，避免了采用單一觸點(diǎn)由于絕緣降低、受潮、臟污引起的保護誤動(dòng)。

 

自保持回路：在跳閘繼電器通電后，對應的常開(kāi)觸點(diǎn)KL-1，KL-2變?yōu)殚]合狀態(tài)，跳閘回路持續通電，形成自保持。補充了在目前現場(chǎng)應用中有部分國內廠(chǎng)家斷路器缺乏該的回路，同時(shí)也避免了采用單一觸點(diǎn)的缺點(diǎn)。

 

防跳回路：防跳回路的邏輯如圖3所示。

 

圖3防跳回路示意圖

 

在斷路器三相合閘回路前段和后段串聯(lián)三相不一致的跳閘繼電器KL所對應的觸點(diǎn)KL-3和KL-4。繼電器KL斷電后常閉觸點(diǎn)跳開(kāi)，令合閘回路斷電實(shí)現防跳功能。在現場(chǎng)應用的斷路器中50%不具備防跳功能，在具備防跳功能的斷路器中在負電側采用了單一觸點(diǎn)，圖3新型控制回路避免了直流接地造成的防跳失效的問(wèn)題。

 

除了原理上的分析，對于三相不一致保護繼電器的選型，還應關(guān)注其耐壓水平、電容元件、密封性等諸多方面，需要根據實(shí)際工況選擇合適型號的繼電器[15]。

 

2.2 新型保護控制回路的測試與分析

 

在某220kV變電站220kV備用線(xiàn)路間隔測試了新型保護回路與傳統控制回路，其結果見(jiàn)表1。

 

表1傳統控制回路與新型控制回路測試結果

 

該間隔斷路器為國內某廠(chǎng)家2004年生產(chǎn)。使用原控制回路測試了50次后更改為新型控制回路，又測試了50次。各項功能測試中模擬了絕緣降低、受潮、臟污、接點(diǎn)粘死、元件故障等缺陷。該間隔斷路器本體三相不一致保護未設計防跳功能，在斷路器本體三相不一致保護動(dòng)作后斷路器任能合閘，故合格率為0。將時(shí)間繼電器動(dòng)作時(shí)間整定為2s，計算標準差以衡量時(shí)間繼電器的時(shí)間離散程度。

 

通過(guò)測試，表明新型保護控制回路的主要優(yōu)點(diǎn)有：

 

1）時(shí)間繼電器離散程度低可靠性高，并且降低了由于工況惡劣導致繼電器觸點(diǎn)誤動(dòng)拒動(dòng)造成危害的幾率。

 

2）自保持回路的可靠跳閘，避免了采用一副觸點(diǎn)時(shí)由于受潮和絕緣降低，造成繼電器KL誤動(dòng)的風(fēng)險。

 

3）防跳回路避免了斷路器跳閘后再次合閘給電網(wǎng)帶來(lái)的二次傷害，避免跳閘回路的觸點(diǎn)粘死或直接接地導致的防跳回路失效。

 

綜上所述，斷路器三相不一致保護的新型控制回路，通過(guò)對起動(dòng)回路和跳閘回路的改進(jìn)，改變設備的拓撲結構以及增減繼電器與觸點(diǎn)的數量，減少了設備之間的相互影響，很大程度上降低了設備工況問(wèn)題對電網(wǎng)的危害，間接提高了保護的可靠性，并且仍能保證良好的經(jīng)濟效益。

 

3 對新型三相不一致保護的展望

 

斷路器三相不一致保護新型控制回路從原理上克服了傳統典型的三相不一致保護控制回路存在的不足與弊端。通過(guò)增加了元件數目提高了保護控制回路的可靠性，但與此同時(shí)也不可避免地增加了保護裝置校檢的步驟，其中，校檢觸點(diǎn)的老化與氧化工作相對簡(jiǎn)單，更為復雜和重要的是對于時(shí)間繼電器的校檢工作。

 

根據研究表明，時(shí)間繼電器的故障主要源于老化后設備的硬件故障和計時(shí)偏移的缺陷。同時(shí)，目前繼電保護工作人員在對時(shí)間繼電器的整定值進(jìn)行校檢時(shí)仍有不少的麻煩。

 

目前，可將主流的校檢的方式分為以下兩類(lèi)。

 

第一類(lèi)：斷電以后將三相不一致電路拆下用專(zhuān)業(yè)儀器進(jìn)行校檢。此方法在測量全過(guò)程中需要在保證斷電，同時(shí)拆除以及安裝接線(xiàn)可能造成接線(xiàn)的錯誤。該過(guò)程需要花費大量的時(shí)間與人力。

 

第二類(lèi)：將實(shí)驗臺搬至斷路器機構箱處進(jìn)行校檢。此方法同樣需要斷電進(jìn)行，可以直接利用實(shí)驗儀測試線(xiàn)對時(shí)間繼電器加動(dòng)作電壓進(jìn)行測量。該方法較第一類(lèi)方法的優(yōu)點(diǎn)在于避免了拆線(xiàn)安裝的繁瑣與接線(xiàn)錯誤的風(fēng)險，很好減輕了人工的負擔。但是由于需要外加電壓，所以可能存在設備損壞的風(fēng)險。

 

目前斷路器三相不一致保護監測存在的主要矛盾是校檢的步驟過(guò)于復雜或者校檢的附加儀器過(guò)于繁多，并且許多新型保護方案增加了需校驗的儀器和校驗的步驟。一種能夠在保護通電狀態(tài)下實(shí)時(shí)監測校檢的配套系統或者裝置成為了探索的方向。這種裝置既可以避免拆線(xiàn)接線(xiàn)的復雜步驟，又可以有效避免接線(xiàn)發(fā)生錯誤對電網(wǎng)安全穩定運行的危害。同時(shí)這套附加設備必須是精簡(jiǎn)且成本不高的。

 

為解決以上問(wèn)題，本文提出了一種新型實(shí)時(shí)監測校檢裝置的工作原理圖，如圖4所示。實(shí)時(shí)采集并記錄斷路器三相不一致時(shí)間繼電器起動(dòng)信號以及跳閘輔助繼電器動(dòng)作信號，通過(guò)對于時(shí)間繼電器的實(shí)時(shí)監測，極大減小了保護校檢的工作，令更復雜可靠的新型控制回路的使用成為了可能。

 

圖4實(shí)時(shí)監測校檢裝置的工作原理圖

 

新型的斷路器三相不一致回路可以與其配套的實(shí)時(shí)監測校檢系統相互搭配使用。既能從原理上克服原有傳統典型控制回路存在的缺陷，又可以在運行維護的過(guò)程中降低人力成本，提高時(shí)間繼電器的可靠性，滿(mǎn)足電網(wǎng)創(chuàng )新發(fā)展的需求。

 

結論

 

針對斷路器三相不一致保護控制回路，本文在分析了傳統二次回路的缺陷之后，提出了新的三相不一致控制回路。新的回路較之原來(lái)改進(jìn)了控制回路拓撲結構，改進(jìn)了自保持和防跳的功能，以保證保護可以有效地跳開(kāi)并切除故障，使系統恢復到三相對稱(chēng)運行狀態(tài)。并在設計時(shí)考慮了硬件工作工況的問(wèn)題，從邏輯上降低了硬件故障的危害。

 

文章來(lái)源： 柏文健、岑榮佳 電氣技術(shù)

 

 

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