变电站10kV开关拒动因素探讨.docx
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变电站10kV开关拒动因素探讨
变电站10kV开关拒动因素探讨
第3o卷第6期
7/3O7年l2月
四川电力技术
SichuanElectricPowerTechnology
V.30.No.6
Dee.,20昕
变电站10kV开关拒动因素探讨
黄客,张波张继承
(德阳电业局,四川德阳618000)
摘要:
当电力线路或运行设备出现故障时,开关的正确开断是保护电网能够正常运行的重要手段.然而在开关可
靠性已经颇高的今天,开关拒动的情况依然频繁出现.电网中运行设备的开关拒动以及保护的多重拒动或误动,都
可能引起电网事故,甚至可能迫使电网瓦解并造成大面积的停电事故.就引起变电站开关拒动的几点因素进行探
讨.并针对这几点因素提出防范措施.
关键词:
开关拒动;大电流;互感器饱和
Abstract:
Whenthefaultshappenedinthepowercircuitsortheelectricalpowerunits,thecorrectoperationofswitchgearsisqte
important80thatitcanprotectthenormaloperationofpowerd.Butsometimesafewoftheswitehgearsdon’toperateregularly
evennowadaysTilemisoperationofswitchgearscouldcausetheaccidentwhichwouldbreakdownthegrid.lefactorswhichcause
themalfunction0fs~qtchgearsareanaly~and8orIlecountermeasurestoimprovetherIgproblemsareputforward,
lwords:
switchgearmalfunctionextra—highcurrent;saturation0fcurrenttI’ansfol’met
中图分类号:
文献标识码:
B文章编号:
1003—6954(2007106—0028—05
造成变电站开关拒动的因素很多,但结合实际工
作中经常出现情况来看,造成开关拒动的主要原因有
以下几种:
1)机械原因引起的开关拒动.①开关操作机构
卡塞;②开关操作机构动力不足;③开关本身存在缺
陷;
2)保护装置故障造成开关拒动.①保护装置各
功能模块损坏;②保护出口压板未投;
3)回路故障造成的开关拒动.①控制回路有接
地现象存在或二次保险熔断;②直流系统发生接地
(负极);③双跳闸线圈均烧坏;
4)电流互感器在大电流作用下饱和引起的开关
拒动.
下面将分别对以上因素进行探讨.
1机械因素引起的开关拒动
1.1操作机构动力不足
常见的由于操作机构动力不足因素造成的开关
拒动故障主要发生在较早建造的变电站内,以老式的
CT8型弹簧操作机构最为常见.由于使用年限已久,
尤其是安装在电容器开关柜,用于投切电容器的
型弹簧操作机构,由于长期频繁操作,其分闸搭扣板
弹簧,弹性减弱,分闸搭扣板接触点非常小,使得机构
上分闸搭扣板脱落,造成开关拒动.
?
28?
1.2机械卡塞
机械卡塞也是造成开关拒动的因素之一.常见
的机械卡塞出现在机构的半轴转动处.当接分闸
信号后,由于半轴转动部位卡塞,脱扣板在正常整定
电流下不能被迅速向上顶起,使扇型板无法解除半轴
的约束,造成开关拒动.
半轴与掣子扣接量的增大,造成脱扣阻力的增
加,也会造成开关拒动.实际工作中,曾发现有的半
轴其表面硬度达不到要求,经过多次操作后,被掣子
冲磨出凹痕,使脱扣阻力增加,造成了开关拒动.
2保护装置故障造成开关拒动
近年来系统微机保护的运行情况是比较好的,正
确动作率都逐年在提高.但还是不可避免地会出现
由它引起的开关拒动的情况.其主要问题是软件功
能不全,程序设计不合理,CPU出错,逻辑混乱,新版
本不能及时装入装置.因而可能造成保护拒动.在
运行维护管理上也存在问题,主要有运行维护不良,
误碰误操作,误接线等;制造问题方面有制造质量不
良和原理缺陷等,如:
插件方面的问题有插件绝缘击
穿,插件损坏,插件松动等;元器件方面的问题有芯片
损坏(有时甚至几个芯片同时损坏),VFC板上的耦合
电容击穿,启信接点接触不良,造成发不出闭锁信号,
导致保护误动.装置抗干扰性能差,躲不过高频干
第3O卷第6期
2007年12月
四川电力技术
SichuanElectricPowerTechnology
V01.30.No.6
Dec.,2007
扰,电源不稳定等也可能造成开关拒动.
3回路故障造成的开关拒动
施工过程中开关柜未接地或接地不良,事故时高
压串入控制回路造成直流熔丝熔断,导致开关拒动,
无法切断故障.
直流系统负极发生接地时同样可以造成开关拒
动.如,在系统中直流电源负极与跳闸线圈前一点同
时接地时(如图1所示).图中如果A,B两点同时接
地,则当跳闸命令发出的时候,电流流经直流电源+
极一KK开关6,7接点一KCF—QF—B—A一直流电源
一
极.跳闸线圈YT因被短路而不能动作,所以开关
在跳闸信号来的时候会拒动.
圈
圆
图1接地故障引起开关拒动原理图
另外,分闸线圈烧毁,分闸辅助开关转换不良,分
闸回路并联二极管击穿等原因也可能造成开关拒动.
4电流互感器在大电流作用下饱和引
起的开关拒动
回路遭受大电流冲击等特殊因素,造成开关拒动
的可能性正随着系统容量的增大而日显突出.
在电力系统中,各回路的最大故障短路电流和额
定工作电流的比值应在合理的范围内,以保证保护用
电流互感器(TA)的工作精度,但由于系统容量增大
或因系统结构等原因,某些回路在某些情况下的最大
故障短路电流远远超过了正常范围.如近距离传输
的大负荷用户专用线路,这些线路由于线路短,导线
粗,所以回路阻抗小.如果在这些回路中发生相问直
接短路等严重故障时,流过相应TA一次侧的故障电
流可能达到TA额定工作电流的100倍以上,大大超
过了保护用TA的10%误差容许倍数,将使TA严重
饱和,从而影响相关的保护设备的动作性能.下面将
就广汉某110kV变电站10kV馈线的一次开关拒动
故障进行分析.
4.1情况简介
此条10kV馈线属某钢铁厂专用线路,地处变电
站附近.距离近,负荷大,线路阻抗小,在用户进线侧
发生相间直接短路故障,变电站馈线保护因电流互感
器饱和而拒动,引起主变低后备动作.
4.2原因分析
4.2.1电流互感器的工作原理
圈2电流互感器的等值电路
图2中:
z.为电流互感器原方漏抗,为电流
互感器副方漏抗,为电流互感器二次回路的负载
阻抗.其中,,,z,z,E1为归算到二次侧
的参量.
电流互感器的工作原理与变压器基本相同,因此
可以使用变压器的等值电路分析电流互感器.电流
互感器的等值电路如图2所示.
正常运行时,漏抗z1和Z2很小,负载阻抗
也很小,而励磁阻抗z因为电流互感器铁芯磁通
不饱和而很大.因此,可忽略励磁电流,.根据磁
势平衡原理,原,副方电流成固定的比例关系为,.Ⅳ.
+,2N2=0,其中Ⅳ1和2分别为原,副方绕组匝数.
当铁芯磁通密度增大至饱和时,励磁阻抗z
会随着饱和的程度而大幅下降.此时,已不可忽
略,即,I与,2不再是线性的比例关系.TA的误差随
着铁芯磁通密度的饱和而越来越大,二次侧电流幅值
被削顶,波形严重畸变,产生各种高次谐波.高次谐
波的剧烈增加,导致基波幅值相应减小,甚至可能低
于保护的整定值.而随着微饥保护装置中滤波装置
将高次谐波过滤后,由于波幅值低于保护的整定
值,保护装置将识别为非故障,不发跳闸命令,造成开
关拒动.
4.2.2波形图分析
?
29?
+一
~一
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四川电力技术
SichuanElectricPowerTechnology
Vo1.30.No.6
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正常运行下电流互感器一,二次侧电流波形图
(图3)如下:
电流互感器二次电流随着一次侧电流的
变化而变化.
l网冈
.
图3正常运行下TA一,二次侧电流波形图
当相间短路故障时,在短路的暂态过程中,短路
电流中有非常大的非周期分量存在,导致此l0kV馈
线柜柜内电流互感器二次电流产生畸变,如图4所
示.虽然一次电流非常大,但二次电流只有瞬时增
大,之后迅速下降,其峰值虽然有可能达到过流I段
或过流Ⅱ段整定值的情况,但是微机保护装置采用
A/D转换,一般普通的微机保护装置数据采样频率平
均为l62o点/N波,采样频率比较低,而且都是利
用一定长度数据窗内的若干个采样数据计算电流的
大小,如果波形变成很窄的尖脉冲,在一个数据窗内
可能仅采样到很少几个点(甚至采样不到)的真实故
障数据,其他各点采样值接近于零,这样计算出来的
故障电流肯定偏小,失去了动作的选择性,造成开关
在短路瞬间拒动.
图4短路暂态二次电流畸变波形
随着短路电流的非周期性分量的衰减,暂态过程
结束,进入短路稳态状态,大电流造成电流互感器迅
速饱和.如图5所示.由以上数学推导结论可知,电
?
3O?
流互感器在饱和时高次谐波剧增,相应的基波幅值减
小,进入微机保护装置后高次谐波被低通滤波器过
滤,低幅值的基波不能达到过流I段或过流Ⅱ段整定
值,所以,保护装置判断不出电流互感器一次侧流过
大电流,始终认为一次侧电流在过流I段或过流Ⅱ段
整定值以下,不会发出跳闸信号,造成开关在线路发
生故障时拒动.开关拒动后,只能由上一级保护动作
切除故障.此次广汉某110kV变电站主变低后备动
作的原因便是由此产生.
4.3类似事件
无独有偶,在翻阅历史档案时,发现德阳城区某
110kV变电站l0kV出线同样也发生过类似由于’rA
饱和,导致微机保护拒动,进而造成开关在故障发生
时拒动的案例.分析发现,这两个变电站惊人相似,
都是在离变电站200~300m远的地方有钢铁厂,距
离近,负荷大,线路阻抗小,馈线发生相间直接短路故
障,直接导致变电站馈线保护因电流互感器饱和而拒
动,从而导致开关拒动,事故扩大.所以,电流互感器
在大电流作用下饱和造成开关拒动事件,已不再是?
个偶然事件.在系统容量增大,短路电流增大的客观
实事面前,馈线短路引起电流互感器饱和,从而造成
开关拒动的可能性将日显突出.
5防范及改进措施
前车之鉴,后事之师.针对以上的引起开关拒动
的原因,必须做出正确的防范,合理的改进,才能减少
甚至杜绝此类故障的发生.
5.1针对机构故障
对于CT8,CT10等型号的弹操机构,充分利用计
划停电时间对机构进行检查和维护.仔细检查半轴
与掣子的扣接量是否增加,半轴表面是否由于硬度不
够而变形;检查半轴转动部位是否卡塞;检查主轴是
否窜位,垂直拉杆的连接轴销是否断裂或脱落以及上
下间隙位置是否合适,分闸铁芯间隙,锁闭杆是否顶
起等..
①若是由上下间隙引起断路器拒动,则按说明书
提供的数据进行调整.所谓上间隙,是指断路器在合
闸位置时,合闸滚轮轴与托架问的距离,标准是1~2
mm.而下间隙则指断路器在分闸位置时,铁芯顶杆
与滚轮之间的距离,标准是1~5mln.这两者间的间
隙过大,那会使紧急分闸装置失去应有的作用.所
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图5短路稳态二次电流波形(饱和)
以,在检修中,应将分闸铁芯顶杆与紧急分闸顶杆之
间的间隙调整至3~5mm.
②若半轴表面变形应及时进行更换;
③若是半轴转动部位卡塞应在转动轴承处加适
量润滑剂;对使用年限已久的分闸搭扣板弹簧应进行
检验,确定弹簧是否形变或弹力不足,对不能满足要
求的弹簧进行更换.
早期的CT8,CT10型弹操机构配合少油式断路
器由于使用时间较长,可靠性较低,机构故障较多,将
其更换为一体化的断路器(如ZN18,VD4,VM1,VS1),
将有效的提高系统的可靠性,降低开关拒动的可能
性.
5.2针对保护装置
致力于健全软件功能,设计合理程序,更新软件
版本,提高装置抗干扰性将是保护装置生产厂家的主
要努力方向.
其次,提高装置的采样频率及滤波技术,使其满
足在陡脉冲,窄带波出现时采样波形不出现失真,输
出更可靠,也是降低开关拒动可能性的有效途径.
第三,插件方面.提高插件绝缘强度,预防插件
松动,防止芯片损坏和VFC版上的耦合电容击穿也
是提高微机保护装置可靠性,预防开关拒动的有效措
施.
5.3针对回路故障
施工结束后须检查开关柜接地是否良好,以预防
高压串入低压,引起熔丝熔断,元件损坏等回路故障.
在一,二次回路间采用光隔离器,能够有效防止高压
串入低压的危险.
提高系统绝缘能力,实时检测直流系统负极接地
情况,经常检测跳闸线圈是否烧毁,对烧坏的跳闸线
圈进行及时更换也是防范开关拒动的重要措施.
5.4针对电流互感器在大电流作用下饱和引起的开
关拒动
5.4.1限制短路电流
国家为了取得合理的经济效益,要求城网各级电
压的短路电流应从网络的设计,变压器容量,阻抗,运
行方式等方面控制短路电流.《城市电力网规划设计
导则(能源电[1993]228号)》中规定110kV/20kA;35
kV/16kA;10kV/16kA.建议短路电流大于20kA的
变电站,lOkv采取分列运行.分列运行后造成的供
电可靠性的降低可通过备用电源自动投入等方式补
救.
新建系统中,只要变电站主变为两圈变(110/10
kv),容量达到31.5MVA,并列运行时短路电流都将
超过2OkA,如确实不能采用分列运行方式时,可考虑
采取串联电抗器的做法来限制短路电流.
5.4.2增大保护级TA的变比
按《城市电力网规划设计导贝4》中的要求短路电
流应控制在16kA以下.建议1OkV系统短路电流按
16kA控制,系统短路电流16kA以上者,变电站1O
kv出线电流互感器变比选择400~800/5A,最低按
400/5A选择,保护装置采用知名厂家.对于由于增
加TA变比造成的计量不精确的情况,可以采用加装
专用计量器的方法解决.
在数字化互感器技术较为成熟的当前,采用无铁
芯,不饱和的数字式互感器将有效克服电磁式互感器
易饱和的弊病.
5.4.3采用对电流饱和不敏感保护原理或保护判据
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四川I电力技术
SiehuanEleelfiePowerTechnology
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例如,采用相位判别原理的继电器比采用幅值判
别原理的继电器的抗TA饱和的性能要好,因为即使
在严重饱和状态,正确地恢复电流的相位还是比较容
易的;又如,采用负序过电流判据比采用相过电流判
据的抗饱和性能要好,因为饱和状态下剩余电流的负
序分量相对于灵敏的负序电流整定值是足够大的.
所以必要时可以采用相位判别原理的继电器或采用
负序过电流为判据.
5.4.4采用对TA饱和不敏感的数字式保护装置
由于瞬时值判别比平均值判别或有效值判别的
抗TA饱和的性能要好.对于带时限的保护,电流的
非周期分量对继电器的动作正确性和准确性的影响
不大,采用全电流判别比采用工频分量判别的抗TA
饱和性能要好.
5.4.5有效地利用电流不饱和段的信息
TA在电流换向后的一段时间内不饱和,在短路
开始的1/4周期内也不饱和,可以有效地加以利用.
采用快速保护判据,在电流饱和前就正确地做出判断
(例如高阻抗电流差动继电器)是一种典型的抗TA
饱和做法.采用贮能电容或无源低通滤波器对饱和
电流波形进行削峰填谷以缩小电流波形的间断角也
是一种简单有效的办法.
6结语
总结实际工作中遇到的几种l0kV开关拒动的
情况,并进行了简要的探讨.文中针对德阳电业局发
生的电流互感器在大电流作用下饱和引起开关拒动
的情况做了较详细的分析并提出了几点防范措施,以
期望通过此总结经验及制定措施,减少类似故障的再
度发生,进一步提高开关切断故障的可靠性.
参考文献
[1]张方元.GL型感应式电流继电器时限特性分析[J].继
电器,1998,26(6).
[2]张荣华,王笑然,宋从矩,等.抗CI’饱和的静态电流继
电器的原理[J].电力自动化设备,1998
(1).
[3]葛荣尚,胡家为,黄慎仪.特大电流下电流互感器传变特
性探讨[J].电力系统自动化.2000(5).
[4]徐方林,沈从树.继电保护用电流互感器的饱和问题
[J].安徽电气工程职业技术学院,2006
(1).
[5]王东.关于我局1Okv系统短路电流增大带来的影响
[c].德阳电业局科技信息网科技论文汇编.2005年l1
月.
(收稿日期:
20D7—09—25)
(上接第ll页)
25o
2oo
幅值l50
l00
50
O
4结论
图5幅频特性图
改进的基8FFF和基12F1;T算法具有很高的时间
效率和准确性,能够快速准确地分析多通道的数据
量,并且可以快速准确地处理2的非整数次幂长度的
?
32?
数据.该算法运用于电能质量检测后,能够较好地解
决多通道,大数据量的问题,符合实时性的要求,具有
较高的运用价值.
参考文献
[1]郑君里,应启珩,杨为理.信号与系统(下册)[M】.北京:
高等教育出版社,2000,110—111,130—131.
[2]胡广书.数字信号处理理论,算法与实现[M].北京:
清华
大学出版社,2003,169—175.
[3]ZI-IANGQi,YIQirIg—mlns,ZHOUWei—xian,HUANGJun
—
kai.ANewBase一6FFYAtsorlthm【J].Semiconductor
PhotoniesandTechnology,2003,9
(1):
23—25.
[4]吕武,申萍,王小方.FFr在机车故障检测记录系统中的
应用[J].电力机车与城轨车辆,2006,29
(1):
38—40.
[5]王荣杰,胡清.改进的分裂基一2/SFFI’算法[J].国外电
子测量技术,2006,25(4):
14—15.
作者简介
方洁(1983一),女,硕士研究生,主要研究方向为电能质
量,信号处理.
《收稿日期-’2007—08—12)
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