淺析沙灣水電站 220 kV斷路器非全相保護(hù)的完善

楊森林, 陳紅兵 , 劉 林

(1.四川圣達(dá)水電開發(fā)有限公司,四川 樂山 614900;2.四川電力送變電建設(shè)公司調(diào)試所,四川 成都 610051)

沙灣水電站位于四川省樂山市沙灣區(qū)葫蘆鎮(zhèn),為大渡河干流下游梯級開發(fā)中的第一級電站,總裝機(jī)容量為 4×120 MW。電站電氣主接線為兩機(jī)一變擴(kuò)大單元式接線,220 kV設(shè)單母線,兩回進(jìn)線,兩回出線,全部電能送入四川主網(wǎng)。220 kV線路配置雙重化主保護(hù)及后備保護(hù),線路斷路器除啟用本體非全相保護(hù)外,同時還啟用雙重化的斷路器非全相保護(hù);主變壓器除配置相應(yīng)的變壓器保護(hù)外,高壓側(cè)斷路器還啟用本體非全相保護(hù),但未啟用斷路器非全相保護(hù)。筆者重點(diǎn)針對沙灣水電站變壓器高壓側(cè)斷路器非全相保護(hù)進(jìn)行了介紹。

1 斷路器非全相運(yùn)行狀態(tài)及保護(hù)原理

在運(yùn)行中,當(dāng)斷路器(包括母聯(lián)斷路器)的一相斷開時,將出現(xiàn)斷路器非全相運(yùn)行。非全相運(yùn)行將在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)序電流,負(fù)序電流將危及發(fā)電機(jī)及電動機(jī)的安全運(yùn)行。因此,切除非全相運(yùn)行的斷路器(特別是發(fā)電機(jī)——變壓器組的斷路器),對確保旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的安全運(yùn)行具有重要意義。斷路器非全相運(yùn)行保護(hù)是根據(jù)非全相運(yùn)行時的特點(diǎn)(三相斷路器位置不一致及產(chǎn)生負(fù)序電流及零序電流)構(gòu)成的。發(fā)電機(jī)變壓器非全相運(yùn)行保護(hù)的邏輯框圖見圖 1。

圖1 發(fā)電機(jī)-變壓器斷路器非全相運(yùn)行保護(hù)邏輯圖

由圖 1可以看出:當(dāng)斷路器三相不一致(即出現(xiàn)非全相運(yùn)行)時,綜合觸點(diǎn) K閉合。此時,若流過斷路器的負(fù)序電流或零序電流大于整定值時,非全相保護(hù)動作,經(jīng)短延時 t1去跳非全相運(yùn)行斷路器;若斷路器未跳開,非全相運(yùn)行仍然存在,則保護(hù)以延時 t2去解除失靈保護(hù)的復(fù)合電壓閉鎖,并經(jīng)延時 t3去起動斷路器失靈保護(hù)。另外,為確保發(fā)電機(jī)的安全,在發(fā)現(xiàn)斷路器非全相運(yùn)行時,應(yīng)首先采取減少發(fā)電機(jī)出力的措施。特別需要指出的是,根據(jù)“反措”要求,斷路器非全相運(yùn)行保護(hù)應(yīng)優(yōu)先采用斷路器本體內(nèi)設(shè)置的非全相運(yùn)行保護(hù)[1]。

2 啟用保護(hù)裝置非全相保護(hù)的必要性

20世紀(jì) 60～70年代,非全相運(yùn)行保護(hù)及非全相失靈保護(hù)在國內(nèi)尚未達(dá)成共識。20世紀(jì) 80年代開始,電廠頻繁出現(xiàn)機(jī)組的非全相運(yùn)行并造成大型發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子嚴(yán)重?fù)p壞的事故[2]。2008年 9月 11日,四川電網(wǎng) 500 kV石棉變電站因 220 kV GIS內(nèi)部控制電纜(廠家配供)絕緣嚴(yán)重下降而導(dǎo)致 2#主變 220 kV側(cè) 202斷路器 A相偷跳,斷路器本體非全相保護(hù)未動作,由非全相運(yùn)行所引起的零序電流達(dá)到約 600 A,從而導(dǎo)致石棉變電站 1#、2#主變的公共繞組零序過電流保護(hù)(定值 250 A,3.5 s)動作使兩臺主變?nèi)齻?cè)斷路器跳閘。由于沙灣水電站 220 kV變壓器高壓側(cè)斷路器采用的是分相操作的斷路器,在短期內(nèi)無法改造為三相聯(lián)動操動機(jī)構(gòu)斷路器,從而大大增加了出現(xiàn)非全相運(yùn)行的機(jī)率。根據(jù)近年來對 220 kV及以上電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)計分析,三相操動機(jī)構(gòu)斷路器出現(xiàn)非全相運(yùn)行的事件也時有發(fā)生,如在操作過程中發(fā)生一相絕緣拉桿斷裂或某相液壓回路故障時,同樣會出現(xiàn)非全相運(yùn)行狀態(tài)。因此,針對沙灣水電站變壓器高壓側(cè)斷路器的現(xiàn)狀,對非全相運(yùn)行保護(hù)進(jìn)行完善是非常必要的。況且,在500 kV石棉變電站發(fā)生斷路器機(jī)構(gòu)本體非全相保護(hù)拒動引起兩臺主變跳閘的事故后,四川電網(wǎng)專門發(fā)出通知,要求:(1)220 kV及以上電壓等級分相操作的斷路器本體和線路(或斷路器)保護(hù)均應(yīng)配置非全相保護(hù)并同時啟用,動作時間應(yīng)整定相同;(2)220 kV以上的主變、母聯(lián)、分相等要求三相聯(lián)動的斷路器如果配置的是三相電氣聯(lián)動斷路器,其本體非全相保護(hù)動作時間應(yīng)整定為 0.5 s,變壓器保護(hù)配置的非全相保護(hù)應(yīng)同時啟用;對于配置了非全相保護(hù)的、但回路未接線的應(yīng)盡快完善并啟用。因此,對沙灣水電站兩臺主變高壓側(cè)斷路器非全相運(yùn)行保護(hù)進(jìn)行完善勢在必行。

3 啟用保護(hù)裝置非全相保護(hù)的可行性和完善方案

根據(jù)對沙灣水電站主變高壓側(cè)斷路器進(jìn)行核實(shí),發(fā)現(xiàn)斷路器匯控柜內(nèi)具有備用的斷路器輔助接點(diǎn)信號端子,同時發(fā)現(xiàn)由許繼電氣提供的 WFB-802微機(jī)變壓器保護(hù)裝置具有非全相保護(hù)功能,但尚未啟用和完成接線。從以上保護(hù)裝置和斷路器具有的條件看,已有裝置滿足啟用保護(hù)裝置非全相保護(hù)的可行性要求。因此,按圖 2的方式將主變高壓側(cè)斷路器輔助接點(diǎn)組合為三相不一致綜合接點(diǎn)接入保護(hù)裝置非全相開入端子 5X22,并整定計算非全相零序電流定值、負(fù)序電流定值和時間定值,啟用了針對主變高壓側(cè)分相操作斷路器的非全相保護(hù)。

3.1 非全相保護(hù)零序電流 3I0.OP的計算

主變壓器非全相運(yùn)行時,3I0約為正常相電流的 2倍(主變壓器中性點(diǎn)直接接地且單相運(yùn)行或兩相運(yùn)行時)。當(dāng)使用零序電流判據(jù)時,零序過電流動作元件動作電流為:

圖2 沙灣水電站主變高壓側(cè)分相操作斷路器非全相運(yùn)行保護(hù)完善方案邏輯框圖

3.2 非全相保護(hù)負(fù)序電流 I2.OP的計算

(1)按變壓器兩相運(yùn)行具有足夠的靈敏度計算。變壓器中性點(diǎn)接地全負(fù)荷運(yùn)行時,斷路器斷開一相后,負(fù)序電流僅為額定電流的 23.4%,發(fā)電機(jī)在 50%負(fù)荷兩相運(yùn)行時的最小負(fù)序電流僅為 11.7%,因此有:

(2)按躲過正常允許最大負(fù)荷電流計算,即:

式中 I*2∞為發(fā)電機(jī)長期運(yùn)行負(fù)序電流允許的相對值;Krel為可靠系數(shù),一般取 1.15;Kre為返回系數(shù)(微機(jī)保護(hù)一般取 Kre=0.95,模擬型保護(hù)取Kre=0.85);Ig.n為發(fā)電機(jī)額定二次電流(A)[2]。

沙灣水電站非全相運(yùn)行保護(hù)按躲過正常運(yùn)行時最大負(fù)序電流及非全相時有足夠的靈敏度計算:

3.3 跳本斷路器的時間

主變高壓側(cè)分相操作斷路器非全相運(yùn)行保護(hù)動作跳本斷路器時間按照四川電網(wǎng)要求,取:

4 結(jié) 語

對 220 kV及以上電壓等級斷路器而言,不管是分相操作斷路器,還是三相聯(lián)動操作斷路器都有發(fā)生非全相運(yùn)行的機(jī)率。由于非全相運(yùn)行會危及發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的安全運(yùn)行,也會影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,必須對其給予足夠的重視,在做到斷路器本體和保護(hù)裝置同時啟用斷路器非全相運(yùn)行保護(hù)的情況下,合理的保護(hù)定值整定也是保證電網(wǎng)及設(shè)備安全的重要因素。

[1]江蘇省電力公司,編著.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與實(shí)用技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2006.

[2]高春如,編著.大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計算與運(yùn)行技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2005.