500kV断路器失灵保护优化方案研究.docx

2013第十四届全国保护和控制学术研讨会500kV断路器失灵保护优化方案研究余江，周红阳，陈朝晖，徐光虎，李捷，张园（中国南方电网电力调度控制中心，广州广东）摘要：随着系统对故障极限切除时间要求不断提高，断路器拒动对系统稳定性的影响越来越大。本文分析了开关固有分闸时间、燃弧时间、失灵动作元件返回时间等影响断路器失灵保护动作延时取值的主要因素及其时间分布特性，提出了断路器失灵保护动作延 时及保护逻辑优化方案，分析了缩短失灵保护动作延时可能带来的风险。关键词：断路器失灵；机械动作时间；燃弧持续时间；CT拖尾0引言B、C相及末端2056开关的C相发生纵向击穿，此时断路器已在分位，只能依靠失灵保护动作 跳开相邻断路器。断路器失灵保护作为近后备保护，在断路 器拒动或再击穿等情况下，能够比对侧远后备 保护更快地切除故障，提高电网稳定水平。但 若逻辑或动作延时设置不当，失灵保护误动可 能多切除设备，反而不利于系统安全稳定[2][3]。 优化失灵保护的逻辑与定值，充分发挥失灵保 护近后备的作用，有很重要的现实意义。本文 从断路器失灵保护原理出发，分析了失灵保护 动作延时需要考虑的影响因素，并结合电网需 求提出了断路器失灵保护优化方案。随着电网规模的发展，变电站之间的电气距离越来越近，系统对故障极限切除时间的要 求越来越高。南方电网由于长距离、大容量、 交直流并列运行，稳定问题更加突出。以2013年丰大极限方式为例，500kV厂站单相故障的 极限切除时间最短已达0.36s，有9 个厂站三相故障单相断路器拒动的极限切除时间低于0.35s，一旦发生500kV断路器拒动或主保护拒 动，对系统稳定带来极大影响。近几年，南方电网发生过多起220kV及以 上断路器失灵的情况。2007 年 1 月 20 日某 500kV电厂机组MFT保护动作跳5021、5022断路器。在跳闸过程中，5022 断路器的B相拒 动，5022失灵保护动作过程中5023断路器C 相拒动。经检查，发现5022断路器的B相和 5023断路器的C相拒动的原因均由于一级阀卡 滞，最终导致断路器拒分故障[1]。2012 年3月 21日，某220kV线路C相故障，断路器C相 绝缘拉杆松动导致断路器失灵。除了机构本身 原因可能导致断路器拒动外，纵向击穿也将导 致失灵保护动作。为降低线路遭受雷击的概率， 不断开展线路的调爬工作，线路绝缘水平不断 提高，若线路避雷器配置不当，可能增加变电 站遭受雷击的概率，尤其是处于热备用的断路 器，断口之间容易被击穿，造成实质性的短接。2010 年08月3日，某220kV双回线同时发生AC 相故障，线路保护正确动作出口跳开相应 断路器，首端2056 开关的A相和2055开关的1失灵保护定位及原理1.1保护定位系统发生故障后保护装置正确动作出口， 断路器失灵导致故障无法快速切除，或者断路 器成功分断故障电流后再次击穿，从电网角度 看都是故障点电流一直持续，将极大地危害电 网安全，此时需要由断路器失灵保护动作出口 跳开相邻断路器并远跳线路对侧开关或变压器 各侧开关。为防止因现场回路问题，将故障相 跳令误发至非故障相的跳闸线圈，如A相故障跳开B 相开关导致故障未能及时切除的问题，失灵保护动作经过一短延时重跳本断路器三相，经过一长延时跳开相邻断路器。不作特殊 说明，文中所指失灵保护动作延时均指跳开相 邻断路器的动作延时。1500kV断路器失灵保护优化方案研究 余江 等1.2保护原理失灵保护动作需要同时满足以下两个条 件：1）失灵保护收到保护跳闸命令；2）失灵电流等判据条件满足。原理示意图如图1 所示。断路器，包括经回路断开对侧的断路器。也可经较短时限（约0.13s～0.15s）动作于跳本断路 器三相，经较长时限(约0.2s～0.25s）跳与拒动断路器相关联的所有断路器，包括经远方跳闸 通道断开线路对侧的断路器。”2影响动作延时的主要因素断路器失灵保护经相电流判别的动作时间（从启动失灵保护算起）应大于断路器动作时 间和保护返回时间之和，再考虑一定的时间裕 度。断路器失灵保护动作时序如图2所示。下 面着重分析断路器动作时间和保护返回时间的 取值范围。图1 断路器失灵保护原理示意图1.3整定原则行业标准《220kV～750kV 电网继电保护 装置运行整定规程》（DL/T 559-2007）中要求“一个半断路器接线方式下，可直接经一时限 跳本断路器三相及与拒动断路器相关联的所有图2 断路器失灵保护动作示意图2.1断路器动作时间断路器的全开断时间是指断路器接到分闸 命令瞬间起到各相电弧完全熄灭为止的时间间 隔，它包括断路器固有分闸时间tgf 和燃弧时间th。命令瞬间到各相触头刚刚分离的时间，按照行标《交流高压断路器参数选用导则》（DL/T 615-1997）要求应不大于