中心議題：

• 失靈保護(hù)的基本構(gòu)成及作用
• 存在的主要問題和改進(jìn)措施
• 電流判別元件靈敏度低的問題
• 應(yīng)用斷路器失靈保護(hù)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

解決方案：

• 非電量保護(hù)作為斷路器失靈保護(hù)的啟動(dòng)量不合適
• 后備保護(hù)不能直接啟動(dòng)失靈保護(hù)
• 發(fā)變組失靈保護(hù)與線路失靈保護(hù)的不同

一、引 言

斷路器失靈保護(hù)是指故障電氣設(shè)備的繼電保護(hù)動(dòng)作發(fā)出跳閘命令而斷路器拒動(dòng)時(shí)，利用故障設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作信息與拒動(dòng)斷路器的電流信息構(gòu)成對(duì)斷路器失靈的判別，能夠以較短的時(shí)限切除同一廠站內(nèi)其他有關(guān)的斷路器，使停電范圍限制在最小，從而保證整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，避免造成發(fā)電機(jī)、變壓器等故障元件的嚴(yán)重?zé)龘p和電網(wǎng)的崩潰瓦解事故。斷路器拒動(dòng)是電網(wǎng)故障情況下又疊加斷路器操作失靈的雙重故障，允許適當(dāng)降低其保護(hù)要求，但必須以最終能切除故障為原則。在現(xiàn)代高壓和超高壓電網(wǎng)中，斷路器失靈保護(hù)作為一種近后備保護(hù)方式得到了普遍采用。

二、失靈保護(hù)的基本構(gòu)成及作用

失靈保護(hù)由電莊閉鎖元件、保護(hù)動(dòng)作與電流判別構(gòu)成的啟動(dòng)回路、時(shí)間元件及跳閘出口回路組成。啟動(dòng)回路是保證整套保護(hù)正確工作的關(guān)鍵之一，必須安全可靠，應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙重判別，防止單一條件判斷斷路器失靈，以及因保護(hù)觸點(diǎn)卡澀不返回或誤碰、誤通電等造成的誤啟動(dòng)。啟動(dòng)回路包括啟動(dòng)元件和判別元件;2個(gè)元件構(gòu)成“與”邏輯，如圖1所示。
 

圖1 失靈保護(hù)電路圖

啟動(dòng)元件通常利用斷路器自動(dòng)跳閘出口回路本身，可直接用瞬時(shí)返回的出口跳閘繼電器觸點(diǎn)，也可與出口跳閘繼電器并聯(lián)的、瞬時(shí)返回的輔助中間繼電器觸點(diǎn)，觸點(diǎn)動(dòng)作不復(fù)歸表示斷路器失靈。判別元件以不同的方式鑒別故障確未消除?，F(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備采用相電流(線路)、零序電流(變壓器)的“有流”判別方式。保護(hù)動(dòng)作后，回路中仍有電流，說明故障確未消除。時(shí)間元件是斷路器失靈保護(hù)的中間環(huán)節(jié)，為了防止單一時(shí)間元件故障造成失靈保護(hù)誤動(dòng)，時(shí)間元件應(yīng)與啟動(dòng)回路構(gòu)成“與”邏輯后，再啟動(dòng)出口繼電器。失靈保護(hù)的電壓閉鎖一般由母線低電壓、負(fù)序電壓和零序龜壓繼電器構(gòu)成。當(dāng)失靈保護(hù)與母差保護(hù)共用出口跳閘回路時(shí)，它們也共用電壓閉鎖元件。

三、存在的主要問題和改進(jìn)措施

(一)線路失靈保護(hù)存在的問題

常規(guī)的斷路器失靈保護(hù)都是采用能夠快速復(fù)歸的相電流元件作為斷路器未斷開的判別元件，該判別無件繼電器的觸點(diǎn)與保護(hù)觸點(diǎn)配合分別構(gòu)成單相跳閘和三相跳閘啟動(dòng)失靈回路，加裝判別元件就是為了防止保護(hù)出口觸點(diǎn)卡住不返回，或者誤碰、誤通電等情況時(shí)造成開關(guān)失靈保護(hù)誤啟動(dòng)，進(jìn)而使失靈保護(hù)工作更安全可靠。但在實(shí)際整定過程中，由于要考慮系統(tǒng)運(yùn)行方式以及母聯(lián)開關(guān)跳開后線路末端故障時(shí)相電流元件仍應(yīng)有足夠的靈敏度，因此，其定值很難躲過正常運(yùn)行的負(fù)荷電流，這就導(dǎo)致在線路正常運(yùn)行時(shí)，電流判別元件一直處于動(dòng)作狀態(tài)，因而，并沒有起到防止誤動(dòng)的把關(guān)作用。

事實(shí)上，失靈保護(hù)在沒有加裝復(fù)合電壓閉鎖前，系統(tǒng)中會(huì)有傳動(dòng)保護(hù)時(shí)因忘記斷開啟動(dòng)失靈的連線(開關(guān)失靈電流判別元件處于動(dòng)作狀態(tài))等原因而造成失靈保護(hù)誤動(dòng)作的情況。如果正常運(yùn)行時(shí)，失靈保護(hù)相電流判別元件不動(dòng)作，則完全可以避免這些誤動(dòng)。另外，對(duì)于電磁型繼電器，當(dāng)負(fù)荷電流與定值接近時(shí)，將造成繼電器舌片和觸點(diǎn)的抖一動(dòng)，長時(shí)間運(yùn)行就會(huì)使繼電器的轉(zhuǎn)軸脫落，使失靈保護(hù)拒動(dòng)。

(二)發(fā)變組、變壓器失靈保護(hù)存在的問題及解決措施

由于在變壓器低壓側(cè)發(fā)生內(nèi)部故障(或者發(fā)變組高壓開關(guān)出現(xiàn)缺相運(yùn)行)時(shí)，裝設(shè)于母差保護(hù)中的只反應(yīng)220 kV側(cè)復(fù)合電壓的失靈保護(hù)電壓閉鎖元件往往不能開放，因而變壓器、發(fā)變組啟動(dòng)失靈保護(hù)除了要注意將瓦斯保護(hù)(或其他觸點(diǎn)會(huì)延時(shí)返回的保護(hù))出口和電氣量出口分開外，還應(yīng)注意復(fù)合電壓閉鎖元件的解鎖問題?？梢圆扇∫韵麓胧?。
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1.對(duì)220 kV發(fā)變組，可用“電流判別+保護(hù)出口+合閘位置“繼電器常開觸點(diǎn)”相串聯(lián)構(gòu)成與門的方式解鎖。電流判別元件可采用零序電流和相電流并聯(lián)的方式(或門)構(gòu)成;保護(hù)出口為跳高壓側(cè)開關(guān)的出口。此外，還可在解鎖回路中加人壓板，以備在某種特殊情況下發(fā)變組高壓開關(guān)檢修時(shí)，斷開該解鎖回路。

2.對(duì)于變壓器失靈保護(hù)，可用“電流判別+保護(hù)出口+復(fù)合電壓閉鎖觸點(diǎn)”相串聯(lián)構(gòu)成與門的方式解鎖。電流判別元件可采用零序電流和相電流并聯(lián)的方式(或門)構(gòu)成;保護(hù)出口為跳高壓側(cè)開關(guān)的出口;復(fù)合電壓閉鎖觸點(diǎn)應(yīng)為低壓側(cè)的復(fù)合電壓觸點(diǎn)，電壓觸點(diǎn)動(dòng)作后應(yīng)延時(shí)返回。電壓閉鎖觸點(diǎn)中包括低壓側(cè)電壓，主要是防止低壓側(cè)故障時(shí)高壓側(cè)復(fù)合電壓元件沒有靈敏度而不能開放失靈保護(hù);而延時(shí)返回主要是考慮如果變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作低壓開關(guān)跳開后，低壓母線的電壓可能會(huì)立即恢復(fù)正常(例如變壓器低壓側(cè)有小電源或變壓器低壓側(cè)并列運(yùn)行)，從而沒有起到開放閉鎖的作用。延時(shí)的時(shí)間應(yīng)保證即使是發(fā)生低壓側(cè)區(qū)內(nèi)故障，差動(dòng)保護(hù)或低壓側(cè)后備保護(hù)能有足夠的時(shí)向啟動(dòng)失靈保護(hù)跳開故障變壓器所在母線上的所有元件，即延時(shí)時(shí)間應(yīng)大于低壓側(cè)保護(hù)出口后跳低壓開關(guān)與跳三側(cè)開關(guān)的整定時(shí)間之差(一般為0.3 s～0. 5 s)，加上失靈保護(hù)啟動(dòng)后跳開故障變壓器母線上所有元件時(shí)間(一般為0.5s)，考慮留有一定的裕度，一般取3s即可。采用上述方式保證了誤傳動(dòng)時(shí)有電壓把關(guān)，而區(qū)外故障電壓開放時(shí)有“電流判別”和“保護(hù)出口”把關(guān)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在高壓開關(guān)三相失靈時(shí)也能解鎖。此外，變壓器低壓開關(guān)檢修時(shí)，低壓母線可能失去電壓，此時(shí)解鎖回路中的電壓閉鎖將開放，因此，還可在解鎖回路中串人壓板，以備斷開該解鎖回路。

3.電流判別元件靈敏度低的問題

斷路器失靈保護(hù)的電流判別元件應(yīng)滿足在系統(tǒng)正常運(yùn)行及故障線路開關(guān)斷開后不動(dòng)作，同時(shí)在線路末端發(fā)生各種故障時(shí)有足夠的靈敏度，這樣才能使電流判別元件起到出口把關(guān)的作用?？梢圆扇∫韵?種方法：

1)用電流突變量啟動(dòng)元件對(duì)3個(gè)相電流元件從邏輯上進(jìn)行閉鎖;

2)用電流突變量啟動(dòng)元件控制失靈啟動(dòng)電流繼電器動(dòng)作的正電源。

這樣，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于電流突變量啟動(dòng)元件不動(dòng)作，開關(guān)失靈電流判別元件不會(huì)動(dòng)作;系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電流突變量啟動(dòng)元件動(dòng)作后展寬一個(gè)時(shí)間(大于后備保護(hù)的時(shí)間，例如7s)開放電流判別回路。電流突變量啟動(dòng)元件(由正序和負(fù)序電流組成)應(yīng)能保證本線路末端發(fā)生故障時(shí)有足夠的靈敏度，能可靠啟動(dòng)。按上述方法構(gòu)成的失靈保護(hù)電流判別回路，在正常運(yùn)行時(shí)由電流突變量元件保證其不會(huì)動(dòng)作，在開關(guān)斷開后由相電流元件保證其不會(huì)動(dòng)作，從而提高了系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)失靈保護(hù)的安全性。

當(dāng)斷路器失靈時(shí)，用于判別該斷路器失靈的電流判別元件必須可靠動(dòng)作才能保證失靈保護(hù)動(dòng)作出口。對(duì)于發(fā)電機(jī)、變壓器，當(dāng)發(fā)生內(nèi)部匝間短路故障時(shí)，盡管差動(dòng)保護(hù)可以動(dòng)作出口，但高壓側(cè)斷路器處的電流測量元件感受到的故障電流不太大，達(dá)不到斷路器失靈的“有流”電流判別元件動(dòng)作值。這樣，就無法保證高壓側(cè)斷路器失靈時(shí)失靈保護(hù)正確動(dòng)作。由于發(fā)電機(jī)、變壓器內(nèi)部匝間短路故障時(shí)，高壓側(cè)斷路器處的電流測量元件感受到的故障電流大小很不確定，與短路匝數(shù)的關(guān)系很大。因此，不太可能使“有流”判別方式的電流判別元件能靈敏地反應(yīng)這種故障并區(qū)別有故障與無故障。

因此，筆者認(rèn)為，此電流判別元件的定值應(yīng)整定得很小，只要斷路器有電流流過就動(dòng)作，在斷路器跳開后可靠返回。隨著微機(jī)保護(hù)應(yīng)用范圍的不斷拓展，斷路器失靈電流判別元件的定值精度會(huì)很高，而且、此電流判別元件用軟件實(shí)現(xiàn)，可以很好地避免類似于電流繼電器接點(diǎn)粘連造成的電流元件接點(diǎn)的不正確動(dòng)作狀態(tài)。失靈電流判別元件的定值應(yīng)與線路微機(jī)保護(hù)中習(xí)慣稱呼的“無流鑒別元件”具有相同的整定值，甚至可以不需要1用戶整定。

四、應(yīng)用斷路器失靈保護(hù)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

1.非電量保護(hù)作為斷路器失靈保護(hù)的啟動(dòng)量不合適。主變重瓦斯、壓力釋放、發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)出口不應(yīng)啟動(dòng)失靈保護(hù)。因?yàn)榉请娏勘Ｗo(hù)接點(diǎn)動(dòng)作和返回時(shí)間均較慢，啟動(dòng)失靈保護(hù)可靠性差;非電量保護(hù)動(dòng)作時(shí)，有時(shí)電流不會(huì)快速增加很多，達(dá)不到失靈啟動(dòng)電流值，此時(shí)失靈保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)。發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)出口設(shè)計(jì)為啟動(dòng)失靈保護(hù)的建議取消。

2.后備保護(hù)不能直接啟動(dòng)失靈保護(hù)。將發(fā)電機(jī)反時(shí)限對(duì)稱過負(fù)荷保護(hù)、反時(shí)限不對(duì)稱過負(fù)荷保護(hù)、過激磁保護(hù)設(shè)計(jì)成出口啟動(dòng)失靈，這是不合適的，是原理上的錯(cuò)誤。“程序跳閘”的概念是，保護(hù)動(dòng)作出口時(shí)先關(guān)汽輪機(jī)主汽門，待發(fā)電機(jī)發(fā)生逆功率并達(dá)，到逆功率定值且主汽門關(guān)閉接點(diǎn)閉合，通過程序逆功率保護(hù)完成解列滅磁。汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉和發(fā)電機(jī)發(fā)生逆功率是一個(gè)復(fù)雜的物理過程，一般超過1s。而失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般整定0. 3 s跳母聯(lián)，0.5s跳主斷路器。因此，用保護(hù)啟動(dòng)程序跳閘的同時(shí)去啟動(dòng)失靈的做法，一旦發(fā)生發(fā)變組故障必然引起失靈保護(hù)誤動(dòng)跳閘，擴(kuò)大事故推圍。

3.輔助保護(hù)不應(yīng)啟動(dòng)失靈保護(hù)。如主變冷卻器全停保護(hù)作為主變壓器的輔助保護(hù)，該保護(hù)一旦動(dòng)作解列滅磁，在短時(shí)間內(nèi)保護(hù)接點(diǎn)不會(huì)返回，必須人為恢復(fù)冷卻器工作或備用電源后，保護(hù)接點(diǎn)才能返回，易引起保護(hù)誤動(dòng)。因此，此類保護(hù)不要啟動(dòng)失靈。有些電廠設(shè)計(jì)為啟動(dòng)失靈保護(hù)，建議改正。

4.別發(fā)變組失靈保護(hù)與線路失靈保護(hù)的不同。首先，由于大型發(fā)變組保護(hù)啟動(dòng)失靈保護(hù)的種類繁多，各種保護(hù)的原理不相同，因此，各種保護(hù)動(dòng)作和返回時(shí)間均不相同，有快有慢。其次，發(fā)變組一般采用三相聯(lián)動(dòng)開關(guān)，比線路分相操作開關(guān)動(dòng)作時(shí)間長，如LW6-220型SF6三相聯(lián)動(dòng)開關(guān)分閘時(shí)間不大于38 ms，LW6-220型SF6分相操作開關(guān)分閘時(shí)間不大于28 ms,因此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)對(duì)元件啟動(dòng)失靈保護(hù)與線路啟動(dòng)失靈保護(hù)加以區(qū)別，以提高保護(hù)的可靠性。

五、結(jié) 語

大機(jī)組斷路器失靈保護(hù)投人率較低的原因是多方面的，其中斷路器失靈保護(hù)設(shè)計(jì)不規(guī)范引起失靈保護(hù)動(dòng)作可靠性低是造成失靈保護(hù)不能正常投人的主要原因。對(duì)失靈保護(hù)的要求是：

1.某斷路器的保護(hù)確已啟動(dòng)而不返回;

2.判斷該斷路器確實(shí)未被斷開;

3.增加故障判別元件，同時(shí)，為了提高可靠性，判別元件的接點(diǎn)應(yīng)接于出口跳閘回路中，并采取“一對(duì)一”的接線方式，即每一跳閘回路串有一對(duì)判別元件觸點(diǎn)，避免一對(duì)判別元件觸點(diǎn)控制幾個(gè)跳閘回路;

4.失靈保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)閉鎖重合閘，避免再重合于故障。