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解析高压断路器拒分故障的隐含原因与微机差动

来源:美端电气   发布时间:2020-04-27 06:22


解析高压断路器拒分故障的隐含原因与微机差动

本文结合高压断路器拒分故障统计及造成电网火烧连营事变跟大面积长时光停电,解析了拒分故障中隐含有继电维护整定与原理误区的起因。针对维护方法/维护整定的时光/电流/抉择性/灵敏度等因素,定量剖析了其误症细节,理出并演绎了继电维护整定原理的更新要点。简单经济实用。
  要害词:高压断路器,拒分拒合故障,继电维护整定,电站火烧连营事变,差动维护。
  1高压断路器拒分故障与起因分解
  高压断路器的拒分故障影响电网的把持跟维护,特别是对电网短路维护的生效给电网带来的丧失是很大的,重大的甚至引起火烧连营事变造成大面积长时光停电。短路维护机能的好坏很难实地实战演习验证,轻易造成麻痹荣幸思维,平时很少短路都认为坦然无事,一旦短路失保就会出大事。资料显示全国电网每年仅火烧连营事变就有近百面开关柜被烧毁。2004年火烧连营事变又有回升趋势[2]。近年来世界多个按理说是技巧进步的发达国度也都有产生大面积长时光停电跟火烧连营事变。这就不是偶尔的景象了,其起因值得寻思跟细究。笔者认为这里面隐含更深层的继电维护整定与原理误区的起因,并非都演绎为高压断路器厂家制造品质这么简单。
  依据国度电网公司统计1998~2002年6~500kV高压断路器拒分故障占总故障的14.5%,排各类故障的第二位[1]。2004年6~500kV高压断路器拒分故障占总故障的15.2%,排各类故障的第三位[2]。2006年12kV以上高压断路器的拒分拒合故障,共占总故障的14.5%,排名各类故障的首位。40.5kV高压断路器拒分故障2004年占总故障的18.2%,2005年占总故障的29.6%[3]。可见其故障率还不小!
  电力部分在事变统计中个别都习惯将拒分故障的起因演绎为断路器,有时还以拒动故障来归类包含拒分与拒合故障。对短路维护来说拒分影响最大,应当离开统计拒分、拒合,是断路器故障拒分,还是继电装置主维护拒动或后备维护都拒动造成的拒分。后备维护还有低电压闭锁拒动、差动维护拒动、间隔维护拒动,有无火烧连营事变,等等。各占比例是多少,才便于剖析真正起因。在高压电网维护中,高压断路器与继电维护装置是离开制造选配装置的,最后由电力部分来组合整定,形成一个完全的维护体系。这两个局部都有可能造成拒分故障。从当初的统计中看不出继保装置拒动造成的拒分故障跟火烧连营故障的比例,也就找不出高压电网火烧连营事变回升的真正首恶。或者另有内部统计,通细致心剖析都应当能得出问题所在。
  履行开断任务的断路器拒分跟拒合是开关制造厂的问题,可由继保信号继电器有无发出动作信号来判断。有动作信号发出,就是断路器拒分;不动作信号发出,就是继保装置整定失保拒动,造成断路器无奈履行分断的拒分。二者是有实质差别的,不能一律而论。继保装置拒动有主维护拒动跟后备维护拒动,是继保装置跟电站整定的问题,与断路器制造厂无关。主/后备维护拒动跟维护时光过长往往带来火烧连营事变。而由断路器拒分造成火烧连营事变的机率很小,因为断路器的开断时光<0.1s,个别为0.06s,高初级断路器同时都呈现故障拒分的可能性不大。第三级断路器远后备维护的动作时光应当为0.5~0.7s时才不至于火烧连营。所以呈现火烧连营事变,个别都是继保装置拒动跟维护动作时光太长引起的,应当都是电站的装置整定问题跟义务。这一点或者连统计拒分故障的电站跟部分都不会想到,问题竟然会出在自己的继保体系。
  断路器的开断机能应当由厂家的型式实验跟出厂实验来保障,并出具实验讲演;继电维护装置及整定的各种主/后备维护时光电流安秒动作特点,应当在装置整定调试时进行二次回路通电验证,出具验证数据讲演。严格具体地讲必须保障主维护能在末端为最小单相短路电流时0.1s内动作,后备维护应在同样电流时0.3~0.5s内动作。国际电工IEC62271-200:2003内部故障电弧实验标准推荐的开关设备燃弧时光优选值为1s/0.1s[4],即远后备维护的动作时光都不能超过1s,最好把持在0.7s以内。否则极易造成烧毁开关设备跟火烧连营事变!事实上,我国跟世界上包含一些发达国度的很多电站目前都达不到这个请求。这就是继电维护整定原理之误区带来的结果[5]。
  国外资料显示开关设备的燃弧时光从0.1s每进步0.1s,开关柜的本钱要增加10%。进步到1s时,将增加开关柜的本钱100%。假如电网短路维护时光按当初的4s来请求,开关柜的本钱将无奈蒙受,用户也接收不了。假如维护时光再延长,那造价将是个地理数字!是不可能实现的。所以继电维护原理中用长延时来作短路主维护,那基本就是一个主观的误导跟天真的臆想!短路维护的准则应当尽量减少动作时光,故障电弧的烧损就小,供电的恢复时光也就短,利国利民利业。从前的短路维护原理缺乏与实际制造相结合的体系经济观点。
  低压断路器因为是跟继保装置整体系造整定,才由制造厂捕风捉影地找到了一个解决途径:整定简单实用的三段式维护,避免了低压体系火烧连营事变。而高压断路器与继保装置是离开制造,以致电力部分过于拘泥信赖继电维护整定原理的误区,其维护方法繁琐庞杂又不实用,整定值宽泛不精,才造成了火烧连营事变居高不下。发达国度目前也不走出这个怪圈,这从国际电工标准IEC60255-3、英国标准BS142跟美国标准ANSIC37.112以及中国国度标准GB/T14598.7-3的长延时转盘仿真特点还在利用于微机把持的短路维护,就能说明这一点。这样的微机维护只能叫作 ;危机 ;维护。不要认为有了微机维护就万事大吉、万事大吉了,微机把持又不是万能的神仙,它的原理也是由人来设计的,也还是要由人去整定的好,才干起到应有的维护作用。客观事实是冷淡的火烧连营事变跟造成大面积长时光停电,应当认真坚定地去杜绝它。是什么问题就解决什么问题,观点的转变才是最基本的转变。对洋技巧应当剖析消化跟扬弃。

2高压断路器拒分故障的隐含因素
  继电维护装置与整定达不到在末端最小单相短路电流时,主维护<0.1s/后备维护0.3~0.5s/远后备维护0.5~0.7s动作特点请求的起因是:继电维护整定原理始终采取长延时作短路主维护跟后备维护以致时光太长;并按最大短路电流来整定刹时维护与短延时维护,造成维护逝世区即是不刹时/短延时维护跟后备维护。绝缘测试仪采用嵌入式工业单片机和实时操作软件系统。自动化程度高、抗干扰能力强,智能双显绝缘电阻测试仪可自动计算吸收比和极化指数,无须人工干预。这就从时光跟电流两个参数上都丧失了短路维护的作用[5]。令人遗憾的是,目前与此有关的大学仍然还在教养这些内容,误人后辈。国内外的微机维护装置也都不具备这种明白的维护功能。短路时造成火烧连营事变跟大面积长时光停电也就不奇怪了。
  例如[6]:2008.3.21日,北京电网220kV草桥变电站停电事变,导致该站跟下属3座110kV变电站全停,另外2座220kV变电站跟4座110kV变电站切换电源运行。波及16座开闭站跟2个重要用户,大面积停电,丧失负荷78MW。事变由并联运行的右电源侧断路器接地闪络引起,由上级A站跟N站都是全微机体系维护的间隔维护跟零序维护来切除故障,动作时光为0.546s+重合闸后加速维护0.061s,重合闸间隔1.117s。即开关烧损时光为0.607s,以致开关烧损重大只能调换。为什么间隔维护跟零序维护首次动作的时光是0.546s(比短延时后备维护的0.3s还长)?后加速维护时也才达到0.061s?主维护的时光这么长,后加速还有何意思?这是否 ;2套维护均正确动作 ;?按理两次动作的时光都应当是刹时0.06s才对,开关烧损时光应当是0.12s,对比一下0.607s,可减少4/5的烧损!或者稍加修复还能利用,不必调换。这对用户自己减小丧失恢复供电也是有利的。诚然事变起因演绎给厂家制造装置不当,但烧损的水平应当与电站维护体系整定原理有关。试想有哪一个厂家的开关设计能耐受0.607s的内部故障电弧不被烧毁?是否古代微机维护的整定原理就一定不问题?值得大家寻思细琢。
  继电维护整定原理对长延时/短延时/刹时维护的功能作用即谁管短路维护跟过载维护,谁应当是主维护跟后备维护都分界不清,对维护灵敏度的取值依据也不明白,对如何解决同线路首尾断路器的维护抉择性问题更是手足无策,这些都导致了维护整定原理的扭曲。
  长延时维护的时光很长,个别都>1s,基本不适合短路维护,只能用于过载维护,以避开电机的启动时光。电流整定为1倍额定电流In,动作倍数在1.2~6倍。它有后备维护的功能,但对短路维护的速断已失去作用。
  短延时维护延时0.2/0.4/0.6s的作用就是能高初级配合即保障抉择性,只能是用于短路后备维护,不能作主维护。它应当按额定电流来整定,不能按短路电流整定会造成维护逝世区。线路个别按3~4倍In整定,以避开尖峰涌流(个别为2~3倍In)。高初级电流整定值应错开至少1.1倍才干有抉择性,加上短延时来配合后备抉择性。
  刹时维护的速断时光<0.1s就决定了它才应当是短路的主维护,它也应按额定电流来整定以消除维护逝世区。线路个别按5倍In整定即可,以避开尖峰涌流。高初级电流整定值应错开至少1.25倍,才干保障高初级跟同线路首尾断路器有抉择性。
  维护的抉择性与继电器返回系数(个别0.85)跟继保装置元件的精度误差(个别≯5%)有关。综合取至少错开1.25倍,才干使下级维护动作后,上级维护能返回。
  维护灵敏度Sp的取值与继保装置精度误差有关,应当在末端最小单相短路电流时,远后备维护能达到1.1,即总的精度误差<10%,就能保障坚固动作。主维护的灵敏度天然越大越好。目前维护原理按最大短路电流来整定是达不到>1.1的,都是<1,即有逝世区跟拒分。
  其它的维护如差动维护跟低电压闭锁维护,都是因为维护原理的误区导致刹时维护有逝世区生效后增加的维护,实属多余。假如刹时维护不逝世区,它们也就失去了意思。这从整定值可能看出:差动维护整定在内部短路0.4~4.5倍In范畴,相称于外部加1倍In为1.4~5.5倍In时动作。咱们可能直接用刹时速断维护,整定5倍In动作不是更简单么。差动维护的整定值低于额定电流跟尖峰涌流以内时,其辨别装置很庞杂带来误动的危险也随之而来,时有报道差动维护产生误动。从前刹时维护整定为额定电流In的30倍左右(短路电流个别是额定电流的多少十倍),造成维护逝世区很大甚至延长到变压器内部,才发明了差动维护,觉得差动维护有上风。当维护原理被矫正后,刹时维护按避开尖峰涌流整定也在5倍In范畴,不维护逝世区了,差动维护当然就失去了优胜性跟存在的价值。
  只有电流大于畸形容许值,刹时维护就动作,以能避开尖峰涌流为底线,整定值越小越有利,这也是维护的本意所在。设备线路是按额定电流设计的,短路电流十分大会烧毁设备线路,只能用维护来切除。假如短路电流或内部短路电流比额定电流还小,那就不须要维护动作。假如在尖峰涌流以内(个别≯4倍In),可能用短延时维护,整定值应有所差别,如:刹时5倍/短延时3~4倍/或第二套短延时1.5~3倍In(0.5~0.7s)。能用最简单的刹时维护解决短路问题不是很好么,不必要去舍简求繁地沿用原来就属于附加多余的差动维护,甚至将原本用于变压器内部短路的差动维护去作母线维护。母线的阻抗远远小于变压器阻抗,如此小的阻抗范畴,整定值如何来依据判断才是公道的?它相称于用最繁琐庞杂的差动维护去维护一个点,有不必要跟实用价值?而且差动维护的范畴仅限一段。

3继电维护整定原理的更新要点
  1)、推翻了百年来用长延时作短路维护跟按最大短路电流来整定刹时维护的原理误区。应以刹时跟短延时为短路的主/后备维护,依据额定电流来整定维护消除失世区。可能避免火烧连营事变,简单经济实用。
  2)、提出了依据额定电流来整定短路维护当前,低电压闭锁维护跟差动维护都成为多余,线路间隔维护的范畴会增加多少倍甚至全程。高压绝缘电阻测试仪一个电气系统就好比一个管道系统,电压好比是液体压力,电流好比是液体的流速,而电气绝缘就好比是管壁。绝缘防止电子从导体发生漏泄――其作用的大小是用绝缘电阻表示的。有效的绝缘电阻系统具有高的电阻值,通常大于几个兆欧。差的绝缘系统具有较低的绝缘电阻。
  3)、指出依据额定电流整定的另一优点:受体系运行方法变更的影响小,尤其在最小运行方法时,维护的坚固性高。
  4)、指明依据个别高初级额定电流的级差范畴来剖析,短延时后备维护只能是每两级配合。整定值要由下级的整定电流折算成上级In的倍数,个别为3~4倍。倡导设第二套短延时维护,整定值1.5~3倍/0.5~0.7s作第三级的远后备维护。
  5)、提出维护灵敏度Sp由原来按短路电流整定的1.25~2(还维护不到末端),可能降落到远后备维护为1.1,总的精度误差已为10%。由此也引定出:电流互感器不能利用10P的维护精度等级,应当≯5P。
  6)、提出短路冲击电流有效值Ish对维护灵敏度的坚固性有利,并盘算出在速断动作时光0.08s内的均匀值为1.22Ik。
  7)、指出返回系数Kre在整定盘算公式中有混淆,上级后备维护时要考虑,末端维护整定时不必。可进步后备维护的灵敏度。
  8)、弥补推导得出常用的低压TN-S体系最小单相短路电流的盘算值为:IK⑴min≈0.7IK⑶min。
  9)、弥补维护抉择性的电流请求为:高初级跟同线路首尾断路器的整定值应错开至少1.25倍。短延时维护可为1.1倍,可扩大维护到下级的范畴。
  10)、弥补短路冲击电流有效值Ish达到最大值1.5Ik的时光0.01s影响到抉择性的返回时光。绝缘测试仪采用嵌入式工业单片机和实时操作软件系统。自动化程度高、抗干扰能力强,智能双显绝缘电阻测试仪可自动计算吸收比和极化指数,无须人工干预。并以此推导盘算出上级的返回时光间隔Δt,作为判断依据。返回时光不充分,应配合重合闸功能。[5]
  以上浅见为引玉之砖,欲望我国高压电网短路刹时主维护能走在世界的前端。
 

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