GIS電弧故障的繼電保護完善

　　各SF6 氣室氣壓的壓力傳感器所有常閉接點(diǎn)如K701.1、K701.2、K701.3（此3 對接點(diǎn)為五31 柜3個(gè)氣室的）串聯(lián)后，再與電弧故障啟動(dòng)繼電器KC14（KC15）（安裝在進(jìn)線(xiàn)五31 和五32 柜各1 組）的線(xiàn)圈串聯(lián)，該繼電器的常閉接點(diǎn)21、22 接入電源進(jìn)線(xiàn)（KC14）及母聯(lián)（KC15）開(kāi)關(guān)故障跳閘回路。

　　正常運行時(shí)，所有壓力傳感器常閉接點(diǎn)閉合，電弧故障啟動(dòng)繼電器線(xiàn)圈帶電動(dòng)作，繼電器常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，切斷開(kāi)關(guān)故障跳閘回路；當某一氣室發(fā)生電弧短路故障時(shí)，氣體壓力傳感器的檢測壓力達到190kPa 時(shí)，其常閉接點(diǎn)打開(kāi)，電弧故障啟動(dòng)繼電器線(xiàn)圈失電復歸，其繼電器常閉接點(diǎn)閉合，接通35kV進(jìn)線(xiàn)五31、五32 和母聯(lián)五33 開(kāi)關(guān)故障跳閘回路，使開(kāi)關(guān)動(dòng)作跳閘。

　　1.4 電弧故障保護運行問(wèn)題

　　由于電弧保護以保護開(kāi)關(guān)柜為優(yōu)先，以及受到該35kV 系統是雙母線(xiàn)運行方式及需要非常靈活地調整運行方式等設備限制，造成以下運行問(wèn)題：

　?。?）當35kV GIS 開(kāi)關(guān)柜進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)直流電源失電時(shí)，電弧故障啟動(dòng)繼電器KC14 和KC15 線(xiàn)圈失電復歸，繼電器常閉接點(diǎn)閉合，接通開(kāi)關(guān)故障跳閘回路，由于保護電源同時(shí)失電，開(kāi)關(guān)不會(huì )動(dòng)作；但此時(shí)如送上開(kāi)關(guān)柜直流電源，保護電源受電，而電弧故障啟動(dòng)繼電器常閉接點(diǎn)21、22 還來(lái)不及動(dòng)作打開(kāi)，開(kāi)關(guān)故障跳閘回路仍然接通，就造成開(kāi)關(guān)誤動(dòng)跳閘。

　?。?）出于保護設備的目的，發(fā)生電弧短路故障時(shí)，必須切斷所有可能的電源進(jìn)線(xiàn)及母聯(lián)開(kāi)關(guān)。用于檢測各SF6 氣室氣壓的壓力傳感器所有常閉接點(diǎn)串聯(lián)，在任一開(kāi)關(guān)的其中一個(gè)氣室發(fā)生電弧短路故障時(shí)，按設計要求，都會(huì )使35kV 進(jìn)線(xiàn)五31、五32和母聯(lián)五33 開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘，造成五七變35kV 系統全部失電，經(jīng)常是擴大了事故范圍。

　?。?）此保護未結合我廠(chǎng)電力系統的具體運行方式，按照五七變35kV 系統的電源只由主變35kV 側進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)提供的方式考慮，在設計電弧故障保護時(shí)，只設置了跳主變35kV 側進(jìn)線(xiàn)（五31、五32）和母聯(lián)開(kāi)關(guān)，而實(shí)際上，五七變35kV 系統也可能由丙烯變經(jīng)過(guò)五丙聯(lián)絡(luò )線(xiàn)五35、五39 回路作為電源進(jìn)線(xiàn)，我廠(chǎng)自備電站也經(jīng)常通過(guò)二變五34、五40 回路向五七變35kV 系統反送電。因此，在原設計情況下運行必然出現GIS 設備較長(cháng)時(shí)間面臨電弧故障的惡劣事故.因而必須對這些柜也增加電弧故障保護。具體見(jiàn)圖1 五七變電站35kV 一次主接線(xiàn)圖。

　　2 電弧故障保護改進(jìn)分析

　　2.1 改進(jìn)分析

　　為消除上述隱患，保證我廠(chǎng)電力系統今后的安全運行，對五七變35kV 系統電弧故障保護的設計進(jìn)行改進(jìn)。

　　每個(gè)電弧故障保護增設過(guò)流保護來(lái)起動(dòng)，在直流電源消失后重新送電時(shí),因為電流沒(méi)變化不會(huì )達到過(guò)流動(dòng)作條件,原來(lái)電弧故障保護的電源恢復誤跳就可以避免。

　　同時(shí)也可以利用電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)過(guò)流元件動(dòng)作與否來(lái)判斷故障范圍：即故障側電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)過(guò)流元件動(dòng)作，起動(dòng)電弧故障保護跳閘；非故障側電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)過(guò)流元件不動(dòng)作，也就不會(huì )起動(dòng)電弧故障保護。再采用過(guò)流無(wú)延時(shí)動(dòng)作保證快速保護的要求。

　　考慮丙烯變電站經(jīng)五35、五39 回路向五七變35kV 系統供電的可能，同時(shí)考慮我廠(chǎng)自備電站通過(guò)五34、五40 回路向五七變35kV 系統供電的可能，將以上四條回路也設置與五七變主變35kV 側進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)（五31、五32）同樣的電弧故障保護（利用進(jìn)線(xiàn)柜的K14、K15 的接點(diǎn)）。

　　由于雙母線(xiàn)的運行方式非常靈活，任一氣室電弧故障保護動(dòng)作時(shí)，為故障氣室供電的電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)還不能再設計出簡(jiǎn)單的區分故障范圍的方案,故全部滿(mǎn)足條件的開(kāi)關(guān)都跳閘，因此故障氣室的停電不再同時(shí)跳開(kāi)35kV 母聯(lián)開(kāi)關(guān)（原來(lái)用于母聯(lián)的K15改為給其他柜用）。

　　為保證同時(shí)滿(mǎn)足上述要求，對五七變35kV 系統電弧故障保護的設計進(jìn)行以下改進(jìn)：電弧故障跳閘回路中，增設不帶延時(shí)的過(guò)流保護來(lái)起動(dòng)電弧故障保護。原理圖如圖3 電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)電弧故障跳閘回路。

圖3 電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)電弧故障跳閘回路

　　該圖為電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)電弧故障跳閘回路改進(jìn)方案。五31、五32、五35、五39、五34、五40 開(kāi)關(guān)獨立設置于各二次回路，圖中OUT 為不帶延時(shí)的過(guò)流保護出口接點(diǎn)，由各線(xiàn)路自身現有的綜合保護繼電器SEL 提供（五35、五39 為SEL-351 繼電器，五34、五40 為SEL-311L 繼電器，五31、五32 為SEL-351A 繼電器），在該電源開(kāi)關(guān)保護繼電器檢測到過(guò)流時(shí)閉合。

　　2.2 改進(jìn)的再分析

　　經(jīng)過(guò)上述方案改進(jìn), 增設不帶延時(shí)的過(guò)流保護后,解決了電弧故障保護運行缺陷中所需要解決的問(wèn)題 。但經(jīng)過(guò)考慮我廠(chǎng)實(shí)際情況，如變壓器容量不夠大，經(jīng)常出現滿(mǎn)負荷運行，35kV 運行方式經(jīng)常出現負荷不平衡等，如直流電源消失后重新送電的同時(shí)，恰好有裝置大電機啟動(dòng)，將會(huì )造成過(guò)流保護動(dòng)作，仍會(huì )誤起動(dòng)電弧故障保護。電網(wǎng)中的過(guò)負荷電流與短路電流有時(shí)差異不大，因而按躲過(guò)最大負荷電流整定的過(guò)電流保護在有些情況下不能滿(mǎn)足靈敏性要求，但由于在過(guò)負荷和短路兩種情況下，負載阻抗和短路阻抗性質(zhì)不同，即電壓幅值會(huì )發(fā)生變化。因此利用現有綜保SEL 都有電壓元件的條件，在電弧故障跳閘回路中再增加低電壓閉鎖，當有低電壓滿(mǎn)足時(shí)才允許動(dòng)作。這些在現有綜保SEL 產(chǎn)品中都可以很容易實(shí)現?，F在OUT 為低電壓閉鎖不帶延時(shí)的過(guò)流保護出口，用來(lái)起動(dòng)電弧故障保護，接線(xiàn)和前面一樣，增加的邏輯方程在SEL 繼電器中直接設置。

　　分析前面的情況我們發(fā)現，增加低電壓閉鎖后的保護在對各種情況下都能繼續保持速動(dòng)性和選擇性，同時(shí)大大提高了靈敏性和可靠性。

　　3 五七變電站35kV 系統電弧故障保護改進(jìn)方案

　　3.1 回路構成

　　所有氣室壓力傳感器36 個(gè)串聯(lián)連接，再與五31、五32 柜電弧故障啟動(dòng)繼電器KC14、KC15 的線(xiàn)圈串聯(lián)（4 個(gè)該繼電器為并聯(lián)關(guān)系）；六個(gè)可能電源進(jìn)線(xiàn)綜保SEL 都獨立設置過(guò)流保護，其OUT 出口分別連接KC14 和KC15 的不同接點(diǎn)組，再接入各自的跳閘回路。

　　3.2 計算并設定GIS 電弧保護過(guò)流啟動(dòng)值

　　3.3 動(dòng)作分析

　　當某一氣室發(fā)生電弧短路故障時(shí)，氣體壓力傳感器的檢測壓力達到190 kPa 時(shí)，其常閉接點(diǎn)打開(kāi)，所有電弧故障啟動(dòng)繼電器線(xiàn)圈失電復歸，其繼電器常閉接點(diǎn)閉合，即分別接通35kV 進(jìn)線(xiàn)五31、五32、二變五34、五40、丙稀變五35、五39 相應跳閘回路接點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)各自的過(guò)電流判斷是否滿(mǎn)足動(dòng)作條件，即如果是供電到該氣室的開(kāi)關(guān)就啟動(dòng)故障跳閘回路，使該開(kāi)關(guān)動(dòng)作跳閘。

　　4 結論

　　“低電壓閉鎖無(wú)延時(shí)過(guò)流”和電弧故障保護“與”關(guān)系配合使用，充分利用了現場(chǎng)條件，方案合理，接線(xiàn)簡(jiǎn)單、比較好地解決了電弧故障保護在雙母線(xiàn)多電源系統的運用問(wèn)題，也解決了電弧故障保護控制電源恢復時(shí)開(kāi)關(guān)誤跳的問(wèn)題。