500KV并網電廠斷路器斷口閃絡保護誤動作分析

 在大型發(fā)變組并網過程中，斷路器斷口電壓隨待并發(fā)電機與系統(tǒng)等效發(fā)電機電動勢之間角度差δ的改變而不斷變化，當δ=180°時其值最大，有兩倍運行電壓作用于斷口上，形成斷口閃絡事故隱患，在發(fā)電機剛退出運行時也可能發(fā)生此類事故。斷口閃絡不僅給斷路器本身造成損壞，并且還可能引起開關滅弧室絕緣水平降低而誘發(fā)接地故障，引起事故擴大，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。此外，斷口閃絡一般是在一相或兩相上發(fā)生，這不僅會對發(fā)電機產生有危害的沖擊轉矩，還會產生負序電流，在轉子上引起附加損耗，嚴重威脅發(fā)電機的安全。為迅速排除斷口閃絡故障，在大機組上裝設斷口閃絡保護（BREAK-ERFlashOVER PROTECTION）就變得十分迫切和必要。
斷路器斷口閃絡保護在國外已較為普遍，在國內起步較晚，目前在實際應用中還有待進一步探討和總結，運行經驗更是十分欠缺，本文將對在某電廠發(fā)生的一起發(fā)電機斷路器斷口閃絡閃絡保護誤動作的動作原因進行分析。
1 事故經過
該機組為單元接線方式，500KV站內為3/2方式，發(fā)電機由5042、5043斷路器接入系統(tǒng)。5329線由5041、5042斷路器接入，構成完整串。事故發(fā)生前，廠站側在進行5031開關流變更換后啟動調試。5011、5021、5041、5051開關及500KVI母線在冷備用。5329線路負荷由5042斷路器送至站內。故障時5329線及#3機組突然跳閘，5041、5042及5043斷路器保護屏上4CKJ繼電器均動作，發(fā)變組保護動作，主變第二套保護裝置上斷路器2閃絡保護動作。
2 事故原因分析
2.1 保護配置情況 500KV斷路器保護配置為ABB公司REB551保護，斷路器失靈保護動作后跳開兩側5041、5043開關、遠跳線路、聯(lián)跳發(fā)電機。5042斷路器閃絡保護配置在發(fā)變組保護屏內，采用許繼WBF800系列保護裝置。因斷路器閃絡后基本特征為斷路器在斷開位置，且有電流流經斷路器，故此閃絡保護邏輯由斷路器常開接點取反后與斷路器負序電流判據構成。
其中斷路器常開接點信號由斷路器擴展雙位置繼電器的接點提供，正常時經斷路器常開、常閉接點共同作用以滿足信號的可靠性。對應斷路器電流取自斷路器站內單獨一組TA二次繞組，回路相應獨立。
2.2 保護誤動作分析 現場保護動作情況：保護小室內檢查為5041斷路器保護屏RG41上4CKJ雙位置繼電器動作、5042斷路器保護屏RG42上4CKJ雙位置繼電器動作、5043斷路器保護屏RG43上斷路器保護動作且4CKJ雙位置繼電器動作；發(fā)變組保護屏內檢查為主變第二套保護裝置上斷路器2閃絡保護動作。
500KV線路故障錄波器錄波波形記錄，主變第二套保護裝置5042開關閃絡保護率先動作，30ms后5329線路第一、二套線路保護發(fā)遠跳命令，同時5042、5043開關跳閘。
根據5041斷路器保護內部動作記錄，觸發(fā)的條件為BFP-BLOCK-AR（失靈保護閉鎖重合閘），從接線原理圖上可以看出為主變第二套保護裝置5042開關閃絡保護動作啟動。因為斷路器在停運位置，所以保護沒有出口。
根據5042斷路器保護內部動作記錄，最先觸發(fā)條件為BFP-BLOCK-AR（失靈保護閉鎖重合閘），40ms后5042斷路器三相跳閘，再5ms后斷路器保護裝置收到TRAN-ST-BFP（發(fā)變組保護動作啟動5042開關失靈），無5042斷路器保護裝置出口動作信息。
根據5043斷路器保護內部動作記錄，最先觸發(fā)的條件為TRAN-ST-BFP（發(fā)變組保護動作啟動5043開關失靈），約5ms后5043斷路器三相跳閘，再20ms后斷路器保護動作重跳本開關。
根據發(fā)變組保護內部動作記錄，5042開關閃絡保護首先動作，45ms后收到5042斷路器失靈啟動信號；主變保護二CPU2、主變保護一CPU1、主變保護一CPU2都只有收到一次5042斷路器失靈啟動信號的記錄。從主變保護二CPU1錄波圖中發(fā)現5042開關輔助接點一直在斷開位置，5042負序電流達到0.4249，達到動作定值0.42，故保護出口動作。
綜合上述所有信息后，可以看出，第二套5042開關閃絡保護率先動作，啟動5042斷路器失靈保護出口，動作閉鎖5042、5041斷路器重合閘、動作跳5042、5043斷路器、啟動5329線路保護遠方跳閘（兩套）、啟動發(fā)變組保護出口。
事件后，對第二套5042開關閃絡保護裝置和5042開關失靈保護裝置進行了裝置定值校驗，未發(fā)現異常。根據錄波分析對5042斷路器至閃絡保護輔助接點及電流回路進行重點檢查，發(fā)現在5042斷路器分控箱內用于發(fā)變組閃絡保護識別斷路器狀態(tài)的輔助接點電纜未接線，故雙位置繼電器無法正確反映斷路器狀態(tài)，閃絡保護裝置一直識別為斷路器在分位，閃絡保護開放。在5042就地TA端子箱內，閃絡保護用TA回路B、C相短接，故A相電流如實的流入保護裝置，裝置識別正確，但B、C相間接觸，故保護裝置識別B、C相電流值小于A相電流值且與A相電流相角相差180°，保護裝置分解出負序分量。當裝置識別的負序分量為0.4249大于定值0.42且保持300ms以上時，閃絡保護動作出口。
綜合分析認為：導致5042、5043開關及5329線路跳閘的原因是第二套5042開關閃絡保護誤動作，而保護誤動的原因是回路接線錯誤。
3 整改措施及實施方案
將發(fā)現的接線錯誤進行修改并試驗驗證，對運行機組的閃絡保護邏輯及采樣值進行檢查，確保閃絡保護啟動及判據環(huán)節(jié)無異常。
因只有當發(fā)電機并網或跳閘過程中才有可能會發(fā)生斷路器斷口閃絡故障，故可以從閃絡保護邏輯上進行完善。見圖3，采用發(fā)電機兩出口開關常閉接點的與門作為閃絡保護的允許條件，在單一開關負序電流達到動作值時經短延時跳開磁場開關，此時發(fā)電機出口電壓將消失，斷路器斷口兩側壓差將降低部分閃絡故障將消除。當閃絡故障依舊存在時，經較長延時出口啟動對應閃絡斷路器的失靈出口，將閃絡斷路器隔離，從電網中切除故障點。
采用此邏輯后，斷路器狀態(tài)影響兩臺斷路器的閃絡投入功能，故保證可靠、準確的斷路器輔助接點更加重要，但對于提高正常運行方式下閃絡保護運行可靠性有較大意義。需要注意的是當其中一個斷路器在檢修狀態(tài)下，此斷路器實際已經隔離刀與系統(tǒng)隔離，當進行分合試驗時可能會造成運行斷路器閃絡的誤判斷，故在保護設計時需增加斷路器檢修壓板，進行對應斷路器檢修時的投推保護操作。保護出口方式的變化可以有選擇的切除故障，避免事故引起的擴大范圍停電，有效的提高了保護的選擇性。
3.1 斷口閃絡保護的出口方式 參考各設計院出口方式設計，目前主要有如下兩種：①一時限作用于滅磁，二時限作用于啟動失靈。②一時限作用于滅磁，二時限作用于啟動失靈保護出口。其中第一種方式考慮到了機組直跳保護經就地電氣量保護判別，增加了保護動作的可靠性，不過也產生了幾點問題，如下以3/2接線方式進行闡述。
3.2 失靈保護中負序過流定值配合問題 目前電網系統(tǒng)失靈保護均有負序電流輔助判據，但一般整定定值較高，需要對失靈定值、閃絡負序定值與機組允許負序電流之間進行校驗。
3.3 失靈保護動作時間與機組允許承受負序電流時間配合問題 由于失靈保護一般均經延時出口，整定閃絡保護動作時需同時考慮。另因負序電流判據的失靈保護動作時間又較一般的失靈保護動作時間長，某些系統(tǒng)甚至整定為秒級，這就需要對保護整組動作時間與機組承受負序電流時間之間進行校驗。
3.4 舉例 如下以某600MW及機組為例
取小方式下系統(tǒng)阻抗，閃絡時角差180°，計算發(fā)電機的負序電流為：
閃絡保護動作電流為：
若失靈保護負序電流啟動電流值大于此值則閃絡保護靈敏度將會大大降低。
以單相閃絡負序電流為例進行時間驗算：
可見，閃絡保護與失靈保護整組出口時間應小于此時間?？紤]到自并勵機組固有滅磁時間，此時間不宜超過1.5s。若失靈保護中負序判據電流值與時間均能滿足要求，則閃絡保護二時限出口宜采用啟動失靈保護方式，否則宜采用啟動失靈出口的方式出口。
4 結語
目前針對斷路器斷口閃絡保護配置的研究已趨于定型，各保護廠家有著不同的配置原理，需要現場工作人員對所使用的閃絡保護進行深入研究，熟悉其原理。整定計算過程中對相關保護配合關系進行驗算，檢修期間對啟動量和保護開放量進行檢查及試驗，運行期間加強各保護量的在線監(jiān)視，確保保護裝置工作在正常、健康狀態(tài)。