中心議題：

• 失靈保護的基本構成及作用
• 存在的主要問(wèn)題和改進(jìn)措施
• 電流判別元件靈敏度低的問(wèn)題
• 應用斷路器失靈保護應注意的幾個(gè)問(wèn)題

解決方案：

• 非電量保護作為斷路器失靈保護的啟動(dòng)量不合適
• 后備保護不能直接啟動(dòng)失靈保護
• 發(fā)變組失靈保護與線(xiàn)路失靈保護的不同

一、引 言

斷路器失靈保護是指故障電氣設備的繼電保護動(dòng)作發(fā)出跳閘命令而斷路器拒動(dòng)時(shí)，利用故障設備的保護動(dòng)作信息與拒動(dòng)斷路器的電流信息構成對斷路器失靈的判別，能夠以較短的時(shí)限切除同一廠(chǎng)站內其他有關(guān)的斷路器，使停電范圍限制在最小，從而保證整個(gè)電網(wǎng)的穩定運行，避免造成發(fā)電機、變壓器等故障元件的嚴重燒損和電網(wǎng)的崩潰瓦解事故。斷路器拒動(dòng)是電網(wǎng)故障情況下又疊加斷路器操作失靈的雙重故障，允許適當降低其保護要求，但必須以最終能切除故障為原則。在現代高壓和超高壓電網(wǎng)中，斷路器失靈保護作為一種近后備保護方式得到了普遍采用。

二、失靈保護的基本構成及作用

失靈保護由電莊閉鎖元件、保護動(dòng)作與電流判別構成的啟動(dòng)回路、時(shí)間元件及跳閘出口回路組成。啟動(dòng)回路是保證整套保護正確工作的關(guān)鍵之一，必須安全可靠，應實(shí)現雙重判別，防止單一條件判斷斷路器失靈，以及因保護觸點(diǎn)卡澀不返回或誤碰、誤通電等造成的誤啟動(dòng)。啟動(dòng)回路包括啟動(dòng)元件和判別元件;2個(gè)元件構成“與”邏輯，如圖1所示。
 

圖1 失靈保護電路圖

啟動(dòng)元件通常利用斷路器自動(dòng)跳閘出口回路本身，可直接用瞬時(shí)返回的出口跳閘繼電器觸點(diǎn)，也可與出口跳閘繼電器并聯(lián)的、瞬時(shí)返回的輔助中間繼電器觸點(diǎn)，觸點(diǎn)動(dòng)作不復歸表示斷路器失靈。判別元件以不同的方式鑒別故障確未消除?，F有運行設備采用相電流(線(xiàn)路)、零序電流(變壓器)的“有流”判別方式。保護動(dòng)作后，回路中仍有電流，說(shuō)明故障確未消除。時(shí)間元件是斷路器失靈保護的中間環(huán)節，為了防止單一時(shí)間元件故障造成失靈保護誤動(dòng)，時(shí)間元件應與啟動(dòng)回路構成“與”邏輯后，再啟動(dòng)出口繼電器。失靈保護的電壓閉鎖一般由母線(xiàn)低電壓、負序電壓和零序龜壓繼電器構成。當失靈保護與母差保護共用出口跳閘回路時(shí)，它們也共用電壓閉鎖元件。

三、存在的主要問(wèn)題和改進(jìn)措施

(一)線(xiàn)路失靈保護存在的問(wèn)題

常規的斷路器失靈保護都是采用能夠快速復歸的相電流元件作為斷路器未斷開(kāi)的判別元件，該判別無(wú)件繼電器的觸點(diǎn)與保護觸點(diǎn)配合分別構成單相跳閘和三相跳閘啟動(dòng)失靈回路，加裝判別元件就是為了防止保護出口觸點(diǎn)卡住不返回，或者誤碰、誤通電等情況時(shí)造成開(kāi)關(guān)失靈保護誤啟動(dòng)，進(jìn)而使失靈保護工作更安全可靠。但在實(shí)際整定過(guò)程中，由于要考慮系統運行方式以及母聯(lián)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后線(xiàn)路末端故障時(shí)相電流元件仍應有足夠的靈敏度，因此，其定值很難躲過(guò)正常運行的負荷電流，這就導致在線(xiàn)路正常運行時(shí)，電流判別元件一直處于動(dòng)作狀態(tài)，因而，并沒(méi)有起到防止誤動(dòng)的把關(guān)作用。

事實(shí)上，失靈保護在沒(méi)有加裝復合電壓閉鎖前，系統中會(huì )有傳動(dòng)保護時(shí)因忘記斷開(kāi)啟動(dòng)失靈的連線(xiàn)(開(kāi)關(guān)失靈電流判別元件處于動(dòng)作狀態(tài))等原因而造成失靈保護誤動(dòng)作的情況。如果正常運行時(shí)，失靈保護相電流判別元件不動(dòng)作，則完全可以避免這些誤動(dòng)。另外，對于電磁型繼電器，當負荷電流與定值接近時(shí)，將造成繼電器舌片和觸點(diǎn)的抖一動(dòng)，長(cháng)時(shí)間運行就會(huì )使繼電器的轉軸脫落，使失靈保護拒動(dòng)。

(二)發(fā)變組、變壓器失靈保護存在的問(wèn)題及解決措施

由于在變壓器低壓側發(fā)生內部故障(或者發(fā)變組高壓開(kāi)關(guān)出現缺相運行)時(shí)，裝設于母差保護中的只反應220 kV側復合電壓的失靈保護電壓閉鎖元件往往不能開(kāi)放，因而變壓器、發(fā)變組啟動(dòng)失靈保護除了要注意將瓦斯保護(或其他觸點(diǎn)會(huì )延時(shí)返回的保護)出口和電氣量出口分開(kāi)外，還應注意復合電壓閉鎖元件的解鎖問(wèn)題?？梢圆扇∫韵麓胧?。
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1.對220 kV發(fā)變組，可用“電流判別+保護出口+合閘位置“繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)”相串聯(lián)構成與門(mén)的方式解鎖。電流判別元件可采用零序電流和相電流并聯(lián)的方式(或門(mén))構成;保護出口為跳高壓側開(kāi)關(guān)的出口。此外，還可在解鎖回路中加人壓板，以備在某種特殊情況下發(fā)變組高壓開(kāi)關(guān)檢修時(shí)，斷開(kāi)該解鎖回路。

2.對于變壓器失靈保護，可用“電流判別+保護出口+復合電壓閉鎖觸點(diǎn)”相串聯(lián)構成與門(mén)的方式解鎖。電流判別元件可采用零序電流和相電流并聯(lián)的方式(或門(mén))構成;保護出口為跳高壓側開(kāi)關(guān)的出口;復合電壓閉鎖觸點(diǎn)應為低壓側的復合電壓觸點(diǎn)，電壓觸點(diǎn)動(dòng)作后應延時(shí)返回。電壓閉鎖觸點(diǎn)中包括低壓側電壓，主要是防止低壓側故障時(shí)高壓側復合電壓元件沒(méi)有靈敏度而不能開(kāi)放失靈保護;而延時(shí)返回主要是考慮如果變壓器差動(dòng)保護動(dòng)作低壓開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，低壓母線(xiàn)的電壓可能會(huì )立即恢復正常(例如變壓器低壓側有小電源或變壓器低壓側并列運行)，從而沒(méi)有起到開(kāi)放閉鎖的作用。延時(shí)的時(shí)間應保證即使是發(fā)生低壓側區內故障，差動(dòng)保護或低壓側后備保護能有足夠的時(shí)向啟動(dòng)失靈保護跳開(kāi)故障變壓器所在母線(xiàn)上的所有元件，即延時(shí)時(shí)間應大于低壓側保護出口后跳低壓開(kāi)關(guān)與跳三側開(kāi)關(guān)的整定時(shí)間之差(一般為0.3 s～0. 5 s)，加上失靈保護啟動(dòng)后跳開(kāi)故障變壓器母線(xiàn)上所有元件時(shí)間(一般為0.5s)，考慮留有一定的裕度，一般取3s即可。采用上述方式保證了誤傳動(dòng)時(shí)有電壓把關(guān)，而區外故障電壓開(kāi)放時(shí)有“電流判別”和“保護出口”把關(guān)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在高壓開(kāi)關(guān)三相失靈時(shí)也能解鎖。此外，變壓器低壓開(kāi)關(guān)檢修時(shí)，低壓母線(xiàn)可能失去電壓，此時(shí)解鎖回路中的電壓閉鎖將開(kāi)放，因此，還可在解鎖回路中串人壓板，以備斷開(kāi)該解鎖回路。

3.電流判別元件靈敏度低的問(wèn)題

斷路器失靈保護的電流判別元件應滿(mǎn)足在系統正常運行及故障線(xiàn)路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后不動(dòng)作，同時(shí)在線(xiàn)路末端發(fā)生各種故障時(shí)有足夠的靈敏度，這樣才能使電流判別元件起到出口把關(guān)的作用?？梢圆扇∫韵?種方法：

1)用電流突變量啟動(dòng)元件對3個(gè)相電流元件從邏輯上進(jìn)行閉鎖;

2)用電流突變量啟動(dòng)元件控制失靈啟動(dòng)電流繼電器動(dòng)作的正電源。

這樣，系統正常運行時(shí)，由于電流突變量啟動(dòng)元件不動(dòng)作，開(kāi)關(guān)失靈電流判別元件不會(huì )動(dòng)作;系統發(fā)生故障時(shí)，電流突變量啟動(dòng)元件動(dòng)作后展寬一個(gè)時(shí)間(大于后備保護的時(shí)間，例如7s)開(kāi)放電流判別回路。電流突變量啟動(dòng)元件(由正序和負序電流組成)應能保證本線(xiàn)路末端發(fā)生故障時(shí)有足夠的靈敏度，能可靠啟動(dòng)。按上述方法構成的失靈保護電流判別回路，在正常運行時(shí)由電流突變量元件保證其不會(huì )動(dòng)作，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后由相電流元件保證其不會(huì )動(dòng)作，從而提高了系統正常運行時(shí)失靈保護的安全性。

當斷路器失靈時(shí)，用于判別該斷路器失靈的電流判別元件必須可靠動(dòng)作才能保證失靈保護動(dòng)作出口。對于發(fā)電機、變壓器，當發(fā)生內部匝間短路故障時(shí)，盡管差動(dòng)保護可以動(dòng)作出口，但高壓側斷路器處的電流測量元件感受到的故障電流不太大，達不到斷路器失靈的“有流”電流判別元件動(dòng)作值。這樣，就無(wú)法保證高壓側斷路器失靈時(shí)失靈保護正確動(dòng)作。由于發(fā)電機、變壓器內部匝間短路故障時(shí)，高壓側斷路器處的電流測量元件感受到的故障電流大小很不確定，與短路匝數的關(guān)系很大。因此，不太可能使“有流”判別方式的電流判別元件能靈敏地反應這種故障并區別有故障與無(wú)故障。

因此，筆者認為，此電流判別元件的定值應整定得很小，只要斷路器有電流流過(guò)就動(dòng)作，在斷路器跳開(kāi)后可靠返回。隨著(zhù)微機保護應用范圍的不斷拓展，斷路器失靈電流判別元件的定值精度會(huì )很高，而且、此電流判別元件用軟件實(shí)現，可以很好地避免類(lèi)似于電流繼電器接點(diǎn)粘連造成的電流元件接點(diǎn)的不正確動(dòng)作狀態(tài)。失靈電流判別元件的定值應與線(xiàn)路微機保護中習慣稱(chēng)呼的“無(wú)流鑒別元件”具有相同的整定值，甚至可以不需要1用戶(hù)整定。

四、應用斷路器失靈保護應注意的幾個(gè)問(wèn)題

1.非電量保護作為斷路器失靈保護的啟動(dòng)量不合適。主變重瓦斯、壓力釋放、發(fā)電機斷水保護出口不應啟動(dòng)失靈保護。因為非電量保護接點(diǎn)動(dòng)作和返回時(shí)間均較慢，啟動(dòng)失靈保護可靠性差;非電量保護動(dòng)作時(shí)，有時(shí)電流不會(huì )快速增加很多，達不到失靈啟動(dòng)電流值，此時(shí)失靈保護不會(huì )啟動(dòng)。發(fā)電機斷水保護出口設計為啟動(dòng)失靈保護的建議取消。

2.后備保護不能直接啟動(dòng)失靈保護。將發(fā)電機反時(shí)限對稱(chēng)過(guò)負荷保護、反時(shí)限不對稱(chēng)過(guò)負荷保護、過(guò)激磁保護設計成出口啟動(dòng)失靈，這是不合適的，是原理上的錯誤。“程序跳閘”的概念是，保護動(dòng)作出口時(shí)先關(guān)汽輪機主汽門(mén)，待發(fā)電機發(fā)生逆功率并達，到逆功率定值且主汽門(mén)關(guān)閉接點(diǎn)閉合，通過(guò)程序逆功率保護完成解列滅磁。汽輪機主汽門(mén)關(guān)閉和發(fā)電機發(fā)生逆功率是一個(gè)復雜的物理過(guò)程，一般超過(guò)1s。而失靈保護動(dòng)作時(shí)間一般整定0. 3 s跳母聯(lián)，0.5s跳主斷路器。因此，用保護啟動(dòng)程序跳閘的同時(shí)去啟動(dòng)失靈的做法，一旦發(fā)生發(fā)變組故障必然引起失靈保護誤動(dòng)跳閘，擴大事故推圍。

3.輔助保護不應啟動(dòng)失靈保護。如主變冷卻器全停保護作為主變壓器的輔助保護，該保護一旦動(dòng)作解列滅磁，在短時(shí)間內保護接點(diǎn)不會(huì )返回，必須人為恢復冷卻器工作或備用電源后，保護接點(diǎn)才能返回，易引起保護誤動(dòng)。因此，此類(lèi)保護不要啟動(dòng)失靈。有些電廠(chǎng)設計為啟動(dòng)失靈保護，建議改正。

4.別發(fā)變組失靈保護與線(xiàn)路失靈保護的不同。首先，由于大型發(fā)變組保護啟動(dòng)失靈保護的種類(lèi)繁多，各種保護的原理不相同，因此，各種保護動(dòng)作和返回時(shí)間均不相同，有快有慢。其次，發(fā)變組一般采用三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)，比線(xiàn)路分相操作開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間長(cháng)，如LW6-220型SF6三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間不大于38 ms，LW6-220型SF6分相操作開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間不大于28 ms,因此，實(shí)際應用時(shí)應對元件啟動(dòng)失靈保護與線(xiàn)路啟動(dòng)失靈保護加以區別，以提高保護的可靠性。

五、結 語(yǔ)

大機組斷路器失靈保護投人率較低的原因是多方面的，其中斷路器失靈保護設計不規范引起失靈保護動(dòng)作可靠性低是造成失靈保護不能正常投人的主要原因。對失靈保護的要求是：

1.某斷路器的保護確已啟動(dòng)而不返回;

2.判斷該斷路器確實(shí)未被斷開(kāi);

3.增加故障判別元件，同時(shí)，為了提高可靠性，判別元件的接點(diǎn)應接于出口跳閘回路中，并采取“一對一”的接線(xiàn)方式，即每一跳閘回路串有一對判別元件觸點(diǎn)，避免一對判別元件觸點(diǎn)控制幾個(gè)跳閘回路;

4.失靈保護動(dòng)作后應閉鎖重合閘，避免再重合于故障。