某水電廠500kV系統(tǒng)線路－主變中間開關(guān)重合閘見解分析

吳家樂，于遠(yuǎn)鵬，高翠峰

(1.雅礱江水電開發(fā)有限公司錦屏水力發(fā)電廠，四川 西昌 615000;2.雅礱江水電開發(fā)有限公司二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000)

1 引言

水電廠500kV GIS廣泛采用3/2或者4/3接線方式向外輸電，因?yàn)榇藘煞N接線輸電方式運(yùn)行方式靈活、可靠性較高。特別是在此兩種接線方式下，水電廠500kV GIS輸電線路開關(guān)保護(hù)重合閘的配置，對(duì)于繼電保護(hù)和輸電運(yùn)行方式來說非常重要，特別是500kV高壓輸電線路－變壓器中間開關(guān)保護(hù)的重合閘，它會(huì)影響整個(gè)電廠發(fā)變組系統(tǒng)、GIS輸電系統(tǒng)，甚至整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。通過對(duì)某水電廠特殊運(yùn)行方式下，從主接線500kV高壓輸電線路－變壓器中間開關(guān)重合閘相關(guān)問題出發(fā)，從運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作的角度考慮，分析操作過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，進(jìn)而提出改進(jìn)方法，來說明改進(jìn)完善的優(yōu)越性。

2 500kV線路開關(guān)保護(hù)

500kV 3/2或4/3接線的線路保護(hù)采用雙重化配置，并且各帶重合閘裝置，在配置線路上兩開關(guān)先合后合及二次接線方面會(huì)很復(fù)雜，對(duì)設(shè)備運(yùn)維、操作調(diào)試方面也帶來諸多不便，進(jìn)而影響繼保裝置可靠運(yùn)行。通過配置合理的獨(dú)立的重合閘保護(hù)裝置來控制線路開關(guān)，配置的線路保護(hù)裝置是用來可靠跳開線路開關(guān)，即便是單相故障也給線路開關(guān)發(fā)三相跳閘令。至于是否重合閘、何條件下重合閘、重合閘動(dòng)作后果等問題，只與開關(guān)保護(hù)配置有關(guān)。配置獨(dú)立的開關(guān)重合閘裝置可簡(jiǎn)化二次接線，減少在運(yùn)維和調(diào)試工作中人為的失誤。

線路－主變中間開關(guān)的重合閘保護(hù)配置情況很重要，因?yàn)榫€路－變壓器中間開關(guān)即擔(dān)任對(duì)線路送電任務(wù)也擔(dān)任對(duì)變壓器送電任務(wù)，而在線路發(fā)生單相故障時(shí)，不允許中間開關(guān)重合于故障主變，所以該中間開關(guān)重合閘功能通常退出，但是若該中間開關(guān)單相重合閘保護(hù)退出，則可能導(dǎo)致該中間開關(guān)三相不一致運(yùn)行，對(duì)發(fā)變組和電力系統(tǒng)運(yùn)行均會(huì)造成嚴(yán)重危害。

3 分析某廠線路－主變中間開關(guān)重合閘裝置

3.1 某水電廠當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)

3.1.1 一次設(shè)備狀態(tài)

以某水電廠500kV線路－主變4/3單串接線為例，如圖1所示。下邊分析討論均以圖1為基礎(chǔ)，5041、5042 開關(guān)送出線 1，5042、5043 開關(guān)送 6#主變6B，5043、5044 開關(guān)送出線 2;5042、5043 開關(guān)為中間開關(guān)，5041、5044 為邊開關(guān)。正常運(yùn)行時(shí)，5041、5042、5043、5044開關(guān)合環(huán)運(yùn)行，出線1回線、出線2回線線路保護(hù)為雙重化配置，500kV開關(guān)均采用南瑞開關(guān)失靈保護(hù)及自動(dòng)重合閘裝置。5042開關(guān)的動(dòng)作既受線路保護(hù)控制，又受開關(guān)保護(hù)的控制。

圖1 某水電廠4/3單串接線圖

3.1.2 二次設(shè)備狀態(tài)

出線1線路兩套保護(hù)均正常投入運(yùn)行，合閘開關(guān)的失靈保護(hù)、三相不一致保護(hù)正常投入運(yùn)行，且合閘的線路開關(guān)重合閘功能正常投入運(yùn)行，該電廠投運(yùn)單相重合閘功能(5041開關(guān)延時(shí)0.5s先重合閘、5042開關(guān)延時(shí)1.0s后重合閘)，重合閘裝置溝通三跳功能退出運(yùn)行，“溝通三跳”壓板停用。線路的兩套主保護(hù)定值都要求本裝置重合閘退出，采用開關(guān)保護(hù)重合閘。5042開關(guān)保護(hù)定值整定為:開關(guān)重合閘退出，三相不一致保護(hù)、不一致經(jīng)零序、不一致經(jīng)負(fù)序電流開放;不一致零序、負(fù)序過流定值均為0.1A。保護(hù)裝置采集自產(chǎn)零序電流，即通過矢量運(yùn)算3I0=IA+IB+IC來動(dòng)作。在正常情況下，零序電流3I0和負(fù)序電流值均很小，整定定值要考慮躲過該值，所以不會(huì)影響保護(hù)判斷;在三相不一致運(yùn)行情況下，當(dāng)零負(fù)序電流值大于整定值時(shí)，不一致保護(hù)會(huì)動(dòng)作。

3.1.3 三相不一致保護(hù)邏輯

如圖2開關(guān)三相不一致保護(hù)邏輯圖所示，開關(guān)三相不一致保護(hù)動(dòng)作邏輯為:當(dāng)開關(guān)三相不一致保護(hù)功能投入時(shí)，TWJA、TWJB、TWJC(TWJA、TWJB、TWJC 分別表示A、B、C三相的跳閘位置繼電器的接點(diǎn)輸入信號(hào))中任一相動(dòng)作并且無流時(shí)，邏輯會(huì)認(rèn)為此相開關(guān)已跳閘，若開關(guān)三相中任一相在跳閘位置但是三相又不全在跳閘位置，則邏輯會(huì)認(rèn)為開關(guān)三相不一致。開關(guān)三相不一致即可經(jīng)零序電流又可經(jīng)負(fù)序電流動(dòng)作，由三相壓板分別控制其功能的投退。線路CT采集三相電流，分別通過4000/1變比降流后送入保護(hù)裝置，其中In=1A，當(dāng)A、B、C三相電流中某一相電流大于0.06In時(shí)，則判斷開關(guān)該相有流。

圖2 開關(guān)三相不一致保護(hù)邏輯圖

3.2 檢修內(nèi)容及停電范圍

6#廠高變26B調(diào)整分接頭(由3檔調(diào)至2檔)，拉開6#主變6B高壓側(cè)50426刀閘，拉開6B高壓側(cè)開關(guān)5042及兩側(cè)刀閘，6#主變6B停電，6#機(jī)組停運(yùn)。在特殊運(yùn)行方式下，該水電廠5042開關(guān)處于臨界狀態(tài)下，各個(gè)方向的保護(hù)均不會(huì)動(dòng)作。

3.3 故障風(fēng)險(xiǎn)分析

3.3.1 線路單相瞬時(shí)故障

當(dāng)出線1回線路發(fā)生單相瞬時(shí)故障時(shí)，由出線1回線線路保護(hù)動(dòng)作發(fā)出單相跳閘令，5042開關(guān)、5041開關(guān)單相跳閘，5041開關(guān)單跳后重合成功。此時(shí)，雖然5042開關(guān)保護(hù)重合閘充好了電，但單相重合閘壓板退出且重合閘裝置“溝通三跳”壓板也退出，造成5042開關(guān)非全相運(yùn)行，此時(shí)，5042開關(guān)只有依靠三相不一致保護(hù)動(dòng)作跳閘，但是不能保證其可靠動(dòng)作。因?yàn)楫?dāng)運(yùn)行負(fù)荷小于180萬千瓦即流過5042開關(guān)單相的電流小于400A，二次電流值小于不一致零負(fù)序過流定值(400/4000=0.1A)，所以在單相瞬時(shí)故障時(shí)，三相不一致保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，將導(dǎo)致5042開關(guān)非全相運(yùn)行，會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。若5042開關(guān)非全相時(shí)的不一致零負(fù)序過流值大于定值0.1A，將由三相不一致保護(hù)出口跳5042開關(guān)。

在5041邊開關(guān)檢修或者5044開關(guān)和5043開關(guān)分閘時(shí)，出線1回線線路單相瞬時(shí)故障時(shí)，線路保護(hù)動(dòng)作發(fā)出單相跳閘令，5042開關(guān)跳開故障相，因重合閘退出，若三相不一致保護(hù)不能啟動(dòng)，使5042開關(guān)非全相運(yùn)行，對(duì)6#主變6B及電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行有影響。

3.3.2 線路單相永久性故障

在出線1回線線路發(fā)生單相永久性故障時(shí)，由出線1回線線路保護(hù)發(fā)出單相跳閘令，使5042開關(guān)、5041開關(guān)單相跳閘，5041開關(guān)經(jīng)延時(shí)0.5s后重合閘，重合于故障后，線路保護(hù)發(fā)三跳令，加速跳開5042開關(guān)、5041開關(guān)三相，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行并無大的影響。在5041邊開關(guān)檢修時(shí)，出線1回線線路發(fā)生單相永久性故障時(shí)，由出線1回線線路保護(hù)發(fā)出單相跳閘令，5042開關(guān)跳故障相，因重合閘退出，不重合，對(duì)側(cè)開關(guān)重合不成功再次跳閘，此時(shí)，本側(cè)三相不一致保護(hù)不可能啟動(dòng)，使5042開關(guān)非全相運(yùn)行送空線路。

3.3.3 線路兩相及以上故障

在出線1回線線路發(fā)生兩相及以上故障時(shí)，線路保護(hù)直接發(fā)出三跳令，不會(huì)出現(xiàn)單相跳閘情況。

3.3.4 變壓器故障

6B故障時(shí)，無論主保護(hù)還是后備保護(hù)動(dòng)作，均發(fā)永跳令，閉鎖重合閘。使5043、5042開關(guān)三相永跳，不會(huì)出現(xiàn)非全相運(yùn)行的情況，對(duì)變壓器和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行均無影響。

3.5 原因分析

先停運(yùn)5042開關(guān)重合閘功能，再拉開5042開關(guān)，然后拉開50426、50421、50422刀閘。在停運(yùn)5042開關(guān)重合閘功能之后，若此時(shí)出線1發(fā)生單相(例如A相)瞬時(shí)接地故障時(shí)，由出線1保護(hù)動(dòng)作發(fā)出單相跳閘命令，此時(shí)，5041、5042開關(guān)A相均跳閘;重合閘功能動(dòng)作啟動(dòng)，5041開關(guān)A相跳閘后重合閘動(dòng)作成功，5041開關(guān)A相重合成功。此時(shí)，雖然5042開關(guān)保護(hù)重合閘充好電了，但是5042開關(guān)重合閘退出運(yùn)行，并且重合閘裝置溝通三跳功能也退出運(yùn)行，造成5042開關(guān)缺相運(yùn)行(B、C兩相運(yùn)行)，此時(shí)，5042開關(guān)只有依靠三相不一致保護(hù)動(dòng)作跳閘，但是不能保證5042開關(guān)三相不一致保護(hù)可靠動(dòng)作跳閘。

4 改進(jìn)及處理方法

綜上分析，線路－主變中間開關(guān)保護(hù)重合閘退出后，在線路發(fā)生單相故障時(shí)，可能對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行造成不良影響。根據(jù)開關(guān)保護(hù)邏輯及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，提出改進(jìn)方法。

4.1 改進(jìn)方法一

在中間開關(guān)保護(hù)定值基礎(chǔ)上，投入重合閘裝置“溝通三跳”壓板，保護(hù)動(dòng)作發(fā)出單相跳閘令時(shí)，直接使中間開關(guān)三相跳閘不重合;而線路邊開關(guān)5041開關(guān)按照原方式加用重合閘，單相跳閘后單相重合閘，若重合于永久故障時(shí)三跳不重合。此時(shí)可根據(jù)邊開關(guān)5041的重合后果，人為決定是否合上中間開關(guān)5042。若邊開關(guān)5041開關(guān)重合成功，則可以合上中間開關(guān)5042，若線路為單相永久性故障時(shí)，邊開關(guān)5041開關(guān)重合不成功，則中間開關(guān)5042就不需再合閘。

4.2 改進(jìn)方法二

在中間開關(guān)5042保護(hù)原定值的基礎(chǔ)上，將控制字投入不一致保護(hù)和不一致經(jīng)零負(fù)序整定為“0”，使不一致不經(jīng)零序電流或負(fù)序電流開放的控制。在線路單相故障時(shí)，任一項(xiàng)TWJ動(dòng)作，且無電流時(shí)，確認(rèn)為該相開關(guān)在跳閘位置，當(dāng)任一相在跳閘位置而三相不全在跳閘位置時(shí)，不一致保護(hù)動(dòng)作使中間開關(guān)5042三相跳閘不重合，邊開關(guān)按原來的情況跳合，此時(shí)，避免了中間開關(guān)5042的非全相運(yùn)行。根據(jù)邊開關(guān)5041開關(guān)重合的情況，人為決定是否合上中間開關(guān)5042。

4.3 改進(jìn)方法三

投入中間開關(guān)5042保護(hù)的重合閘功能，在線－變串合環(huán)運(yùn)行時(shí)，5042開關(guān)保護(hù)整定為:“投重合閘”、“投TWJ起動(dòng)單相”、“投單重方式”以及“后合固定”(使中間開關(guān)5042固定遲后于邊開關(guān)5041重合)控制字均置“1”，當(dāng)線路單相故障時(shí)，線路保護(hù)發(fā)單跳令，邊開關(guān)、中間開關(guān)跳閘后，可進(jìn)行重合。邊開關(guān)5041開關(guān)(延時(shí)0.5s)先重，若成功，則中間開關(guān)5042(延時(shí)1.0s)隨即重合，避免中間開關(guān)5042的非全相運(yùn)行。

4.4 運(yùn)行操作方法

在整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行中存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)隱患，若進(jìn)一步發(fā)展，其后果會(huì)很嚴(yán)重;為了避免這樣的風(fēng)險(xiǎn)隱患，需要采取正確合理的操作步驟，從操作方法上加以改進(jìn)，這對(duì)于該水電廠的運(yùn)行人員來說提出了更高的要求。

6#機(jī)組及6#主變6B停電，運(yùn)行人員操作順序改進(jìn)為:

①拉開5042開關(guān);

②拉開50426刀閘;

③拉開50421、50422刀閘;

④加用出線1開關(guān)重合閘“溝通三跳”壓板;

⑤停用5042開關(guān)重合閘。

5 優(yōu)點(diǎn)好處

停用5042開關(guān)重合閘方式，重合閘出口壓板退出運(yùn)行，投入重合閘裝置溝通三跳功能，即投入重合閘裝置“溝通三跳”壓板。在線路發(fā)生單相瞬時(shí)故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作發(fā)單相跳閘命令，直接使5042開關(guān)三相跳閘不重合，而線路邊開關(guān)5041開關(guān)按照原方式加用重合閘，單相跳閘后單相重合閘，若重合于永久性故障時(shí)三跳不重合。先投“溝通三跳”壓板，后退出重合閘，防止在操作期間發(fā)生故障，線路保護(hù)動(dòng)作跳閘造成非全相運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)的沖擊。

6 結(jié)論

電站是整個(gè)電力系統(tǒng)輸送電力的源頭，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、保證人民安居樂業(yè)的關(guān)鍵所在，作為電站運(yùn)行維護(hù)先鋒軍的運(yùn)行人員來說，則提出了更高的要求，如何采取優(yōu)化合理的操作方式，盡量減少人為因素影響，確保電廠正常運(yùn)行。改進(jìn)方法一、二較簡(jiǎn)單，不受主變運(yùn)行方式限制，線路邊開關(guān)重合成功后需人為合上中開關(guān)，電廠須有人員值班。方法三簡(jiǎn)單可行，邊開關(guān)重合成功后保護(hù)自動(dòng)后合中間開關(guān)，不需人為干預(yù)，但對(duì)主變運(yùn)行方式有限制，當(dāng)主變邊開關(guān)因故停電時(shí)，應(yīng)避免經(jīng)中間開關(guān)供6B運(yùn)行，防止線路單相故障時(shí)，中開關(guān)單相跳閘后主變?nèi)嗖灰恢逻\(yùn)行。在水電廠“無人值班、少人值守”趨勢(shì)下，建議采用改進(jìn)方法三，因?yàn)槠淇尚行愿鼜?qiáng)，便于統(tǒng)一管理、維護(hù)。

［1］張志竟，黃玉錚.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與運(yùn)行分析［M］.中國電力出版社，1995，11.

［2］李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析［M］.水利電力出版社，1984.10.

［3］斷路器本體三相位置不一致保護(hù)的應(yīng)用［J］.農(nóng)村電氣化，2008.

［4］機(jī)電設(shè)備運(yùn)行規(guī)程［S］.二灘水力發(fā)電廠發(fā)布，2008.

［5］四川電力系統(tǒng)電氣設(shè)備停修申請(qǐng)書［Z］.某電站6機(jī)廠高變調(diào)整分接頭，2011.