引言
电力系统中每年都有很多新设备投入运行,新设备投运时,常出现故障。在新设备投运前,需要对新设备及已运行系统进行必要的试验,以保证运行安全。另外,考虑到新设备的不确定性和系统运行方式的临时变动,还要从继电保护方面保证新设备的安全和原有系统的安全。这些新考虑的二次新设备同样也有不确定性,还需要考虑另外的临时保护和后备开关。在投运过程中,因临时保护方式不当,可能使保护不必要动作,甚至在故障时扩大事故。本文总结了河北电网以往新设备投运过程中的一些经验。
1 线路投运
线路投运是最常见的新设备投运,一般需要进行冲击合闸、核相、二次定相、保护相量检查、高频参数测试等工作。对充电时系统方式、保护方式、设备状态等的确定,经验和教训都较多。
1997 年8 月14 日,某网500 kV 安保线投运,进行A 相冲击线路时(电压484 kV) ,中性点电抗器过流保护动作跳开线路开关。经保护检查和录波分析,原因是分相充电时中性点电抗器电流达90 A 以上,超过按正常过负荷整定的过流保护定值(42 A ,6s) 。从设备安全的角度出发,此时就应短接中性点电抗器,避免中性点电抗器过流,不宜采取改变保护定值的方法来满足投运时的临时方式。
2000 年3 月24 日,某网500 kV 廉保线投运时,当用保北站5022 开关对线路A 相充电时,保北侧高压并联电抗器匝间保护动作跳线路开关。经分析,动作原因是A 相充电时为防止过流而短接中性点电抗器后,B , C 两相因平行谐振产生过电压(1. 8 倍A 相电压) ,匝间保护电压变换器饱和,导致保护非预期动作。这次教训告诉我们,分相充电短接中性点电抗器后,同时需要注意是否可能因参数匹配问题产生平行谐振过电压。
在线路分相充电及三次冲击合闸时,新线路本身的保护应投入运行,一方面可以考验保护装置,另一方面也可在线路故障时起到第1 重保护的作用,但是否有必要改临时定值则值得探讨。1996年10 月13 日,某网220 kV 于姚Ⅱ线C 相故障时,姚官屯侧的一套微机保护拒动,原因就是保护仍在运行投运时的临时定值,未改回正式定值,而临时定值中高频方向保护也被不恰当地退出。由于投运时线路保护尚未进行相量检查,以前电网中较多的处理方式是临时改定值,退出零序保护的方向元件,相量检查完毕后,再恢复方向元件。从实践看,此举增加了操作,增大了不正确动作概率,在有可靠的后备保护的前提下,也可考虑不改变投运时的保护方式。重合闸方式与此类似,按正常方式投入可以检验相关回路的正确性,传统的处理方式是改投停用方式,意在减少故障对系统的冲击,但实际上,在采用线路开关向线路充电时,手合后加速保护会动作三跳,并闭锁重合闸。另外,由于后备快速保护的跳闸,一般情况下,该开关重合与否都不会再次冲击系统。还需要注意线路开关配备的非全相保护,由于分相充电时,开关实际状态三相不一致,如果非全相保护没有电流闭锁,将造成不必要的跳闸,需要退出。
线路充电时,还必须有快速的后备保护和可靠的后备开关。双母线接线的一般可利用母联开关及其充电保护来完成后备任务,但需要注意: ①充电保护的定值应保证对充电线路末端各类型故障有足够灵敏度,同时还要躲过线路的充电电容电流; ②有些微机型的充电保护有自动投退功能,仅在对应开关合闸时短时投入,不能起到后备作用,这需要引起注意并设法解决。③3/ 2 接线的线路保护虽可先做相量检查(断路器成串运行) ,然后再对线路充电,但先做的相量检查是不全面的,不应该作为可靠保护使用,仍应有后备保护。此时可利用断路器保护中的充电保护或短引线保护,并事先进行相量检查。如果该线路开关已成串运行过,可以不再设后备开关,如首次带电,也需要后备开关和后备保护。
充电侧为双母线接线的变电站时,如果新线路电流互感器尚未接入母差保护或虽已接入而相量无法保证正确时,在由母联开关串带被充线路开关方式下,母差保护应投“选择”方式,以防止因差动元件在该线路故障时的误动导致母差保护误跳运行母线;若考虑工作的方便性、连续性、安全性,也可将母差保护停用,以便接入新线路电流互感器,母差保护做相量检查后再投入[1 ] 。
被充电侧的新线路保护充电时不宜投入(该侧纵联保护的收发信机可关闭直流电源) ,在线路带负荷前再投入,以免充电时线路保护可能的不必要的误动,同时有益于送电侧纵联保护的快速动作。被充电侧为已运行的变电站时,考虑系统运行的安全性,其母差保护应当投入运行,而新线路电流互感器不宜先接入母差,否则,充电到新线路电流互感器有电流流过的故障时(与一次充电方式有关) ,母差差动元件(大差) 会误动作,可能导致母差保护误出口。
对母联电流相位比较式母差,母差保护此时投“非选择”方式,故障时电压闭锁很可能开放,母差保护将误动作;对微机型母差保护,大差计算用电流不经过刀闸位置闭锁,大差元件会动作,需要充电侧保护快速动作切除故障,以防母差保护误动。这一点在被充电侧开关或刀闸更换后投运或线路检修恢复运行时也需要注意,一般应避免由线路直接向一运行站的空母线充电。
线路充电核相正确后,接带负荷,进行保护的相量检查。微机保护的相量检查一般仅需要进行采样值的检查,比较简单。对仍需要检查外接零序电压的,要尽量避免采用破坏电压互感器原接线方式来取得零序电压的方式。扩建站可用开口三角的试验心;对新建站可考虑在分相充电时充至母线,连同二次定相及检查开口三角各电压。在相量检查时,优先安排母差保护、纵联保护等快速保护,检查期间,根据负荷大小,尽量保留充电保护运行。
1986 年12 月3 日某电网曾发生过一次系统稳定事故,起因就是因电厂母差保护退出做相量检查而临时投入了母线分段开关的充电保护,区外故障时该充电保护动作,最终导致该电厂与系统解列,又由于其他原因扩大为系统事故[2 ] 。这个事故说明,在合环运行方式下,充电保护的应用需要充分考虑系统的运行方式,不能单纯以快速切除故障为目的。相量检查完毕,各保护正常投入运行后,充电保护应退出运行,系统恢复正常方式。
2 变压器投运
新投变压器应进行5 次冲击合闸,充电时变压器中性点应接地(投入后可按系统需要决定中性点是否断开) ,变压器并列前要进行二次定相,接带负荷后即可进行保护相量检查。
线路充电时的注意事项同样适用于变压器,但考虑变压器充电时的特点,如励磁涌流、中性点接地问题等,还需要注意以下几点。
与线路充电需要考虑电容电流不同的是,变压器充电时需要考虑躲过励磁涌流,还要考虑对变压器其他侧引线短路有足够灵敏度。充电保护一般构成比较简单,仅靠电流数值难以同时满足上述两个条件,需要考虑用短延时躲励磁涌流。我们一般可采用0. 2 s 的延时,此时励磁涌流一般都能衰减至变压器额定电流以下,对其他侧引线短路的灵敏度可以得到保证。
2001 年9 月7 日某网普定站2 号主变投运,用旁路开关对主变充电时,手合后加速距离保护动作跳开关,保护报告显示AB 相间故障。检查主变等一次设备无问题后,再次充电,保护再次动作跳开关,动作行为与第1 次相同,报告显示CA 相间故障。经检查分析,动作原因是励磁涌流较大,导致比较灵敏的距离后加速段动作。因此,变压器充电时,当尽量采用电流加延时的充电保护,若使用距离保护,要充分注意励磁涌流的影响。
变压器纵差和重瓦斯等保护均应投入跳闸,对内部故障,还需要更多依赖变压器的保护,上述的充电保护不能保证对内部故障的灵敏度。变压器充电时,要注意搜集励磁涌流的有关数据,考察差动保护躲励磁涌流的能力。
1997 年8 月12 日保北变电站投运,第2 次用主变220 kV 开关冲击主变时,220 kV Ⅱ母差动作,跳220 kV 各线路开关,造成省网与主系统解网。Ⅱ母差动作原因为:第1 次冲击主变时,因励磁涌流Ⅰ母差动作(出口压板已退) ,经0. 3 s 延时封母联电流互感器回路。第2 次冲击时,励磁涌流使Ⅱ母差动作,211 开关三相不同期合闸使电压闭锁开放,母差误动跳闸[2 ] 。励磁涌流对母差属于穿越性电流,但在电流互感器尚未接入或接入不正确时,可能引起差动元件动作。综合考虑,变压器充电时,母差宜退出,进行交、直流回路接入,相量检查正确后再投入。
由于变压器充电时中性点要接地,导致系统接地阻抗的变化,引起系统某些保护的配合关系被破坏,甚至误动或拒动,如零序Ⅰ段保护等,因此要进行补充计算,确定是否需要修改部分保护的定值,或临时退出某些保护的运行。
3 结语
以上所述总结了我们在新设备投运过程中遇到的问题和处理经验。实际系统中,往往是许多新设备陆续投运,如新建一个变电站,有由系统充电到线路、母线、变压器再到其他侧母线、其他线路等很多过程,都需要考虑可靠的后备保护和后备开关,可以把它们分解为几个基本类型,根据各种类型采取相应的措施。
参考文献
1 常风然( Chang Fengran) . 母差保护应用中的若干问题分析(Analysis of Some Problem in Application of Bus2bar Protection) . 电网技术( Power System Technology) ,2000 ,24 (9)
2 国家电力调度通信中心( National Power Dispatching andCommunication Center ) . 电力系统继电保护典型故障分析( Typical Fault Analysis of Electric Power System Protection) . 北京:中国电力出版社(Beijing :China Electric Power Press) ,2001
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