一次断路器未经保护跳闸原因分析.pdf

2 0 0 8年 4月 第 3 6卷 第 2期( 总第 1 9 5期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c Po we r Ap r 2 0 0 8 Vo 1 3 6 No 2( S e r No 1 9 5 ) 一 次断路器未经保护跳闸原因分析 Ana l y s i s f o r Br e a ke r Tr i p p i n g W i t h o ut Pa s s i n g Thr o ug h Pr o t e c t i o n 吕项羽 ， 朱启贵 ， 林 海 ( 吉林省电力有限公司电力科学研 究院 ， 吉林长春1 3 0 0 2 1 ) 摘要： 针对北方联合电力公司临河热电厂调试中出现的2 2 0 k V母联断路器未经保护跳闸故障， 通过分析其 2 2 0 k V 电气接线 以及波形 ， 得 出跳 闸是 由于 电缆 沟中电缆间共模干 扰导致 。通过采取抑制 手段 ， 即在 原有跳闸 回路 中 加装 中间继电器进 行电气隔离 ， 隔离干扰源直接进入装置 ， 提 出了防止断路器未经保 护跳闸的几点 防范措施 ， 如在 施工的过程中要严格按照规程要求将 电缆分层敷 设 ， 避免 共模干扰 ， 非保护断路器跳 闸可能与干扰有关 ， 防止多重 因素汇集引发故障等 。 关键词 ： 断路器 ； 保护继电器 ； 故 障 ； 跳闸 ； 共 模干扰 中圈分类号 ： T M5 0 7 ； TM7 7 文献标识码 ： B 文章 编号： 1 0 0 9 5 3 0 6 ( 2 0 0 8 ) 0 2 0 0 3 3 0 3 近年来 ， 随着计算机技术 的飞速发展 ， 微机继电 保护技术也 日益发展成熟 ， 保护可靠性更高 ， 动作更 加快速准确 ， 经保护动作 的事件均有记录和报文 ， 为 事后 的事故分析提供了方便 ， 可以将事故快速定性 ， 形成初步结论 ， 提高恢复系统的效率 。然而 ， 在很多 时候出现 的未经保护跳闸而引起的事故 ， 在分析处 理中困难较大 ， 费时较多。 本文介绍 了一起未经保护 跳 闸故障 ， 在 以后处理类似 的情况能够得 以借鉴 。 现 将具体情况简述如下 。 1 故障经过 北方联合电力公司临河热电厂 2 2 0 k V 电气接 线采用双母线 ， 以发 电机一 变压器组( 以下简称发一 变 组) 的形式接人母线 向系统供 电( 见 图 1 ， 母 线上其 他元件略) 。2 0 0 6 年 5月 6日 2 2 ： 1 8 ， 该电厂在主变 倒送 电试验结 束后恢 复系统 时 ， 在 分散控 制 系统 D C S手动拉开 1 号发一 变组 出口高压断路器 2 0 1时， 引起 2 2 0 k V母联断路器 2 1 2跳闸 ， 经过现场检查 ， 直流系统 I 段正极接地 ， 母差保护装置和测控柜 的 母联断路器保护装置无任何动作报文和异常 ， 跳 未经保护跳开母联断路器 U、 W 相 ， 导致非全相运 行 ， 然后非全相保护动作 ， 由 I 跳跳开 V相。 母线 【 母 线 丰 。 。 I I 聿 圈 1 临河热电厂电气部分主接线圈 2 原因分析 查看 1 号发一 变组保护 A、 B 、 C柜上的各个保护 装置 ， 未发现任何动作报文 和异 常， 保 护跳闸灯没 亮 ， 表明此次跳闸属于非保护跳闸。 确定 了此次故障 不是由电气故 障量引起 的保护跳闸后 ， 将重点转移 到可以引起断路器误跳闸的跳闸回路上。断路器 的 跳闸回路由微机保护跳闸回路板和作用于跳闸线圈 的外 回路共 同构成 ， 如果是微机保护跳 闸回路板存 在 问题而错误地发 出跳闸指令 ， 跳 闸指令发 出后将 点亮保护装置的跳闸指示灯 。此次非保护跳闸各个 保护盘跳闸指示灯均未亮 ， 所以排除微机保护装置 内部跳闸回路板出现故障的可能 ， 最后将查找重点 集 中到直接作用于断路器跳 闸线 圈的外 回路 电缆 收稿 日期 ： 2 0 0 8 一 O l 一 2 9 作者 简介： 吕项羽( 1 9 8 1 一) ， 男， 工程 师 ， 从事励磁 与保护 专业技 术工作。 33 维普资讯 2 0 0 8年 4月 第 3 6卷 第 2期 ( 总 第 1 9 5 期 ) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Apr 20 0 8 Vo 1 3 6 No 2( S e r No 1 9 5 ) 上。通过查阅图纸 ， 1号发一 变组保护与母联断路器 相关的控制 回路只有发一 变组保护 A、 B柜至母联测 控柜( 发一 变组保护跳母联断路器) 的 2 根电缆 ， 所以 将重点检查对象集中到这 2根跳闸控制 电缆上 ( 见 图 2 ) 。 第1 组跳闸线1 0 1 、I 3 3 保护柜与母联测控柜间为1 5 m 控制电缆线，长约5 0 0 m 第 2 组 跳闸线 1 0 1 、1 3 3 围 2发一 变 组保 护柜 与母 联 测 控 柜 电 缆联 系 围 通过对电缆线的重新校验和绝缘试验 ， 没有发 现任何问题 ， 因此 ， 解下发一 变组保护柜侧 A、 B柜 2 根电缆的 4 组跳 闸线 ， 然后通知主控制室再次合上 断路器 2 1 2和 2 0 1 ， 手动拉开 2 0 1 ， 2 1 2断路 器仍联 跳 ， 由此表 明这不 是随机 现象 。 在此期 间直流 系统 I 段正极接地仍存在 ， 继续查找接地点。排除接地点 后， 再次试验手动拉开断路器 2 0 1 ， 在母联测控柜处 发现操作箱 内继电器有响动 ， 但 出口继 电器未跳闸。 于是解下对端母联测控柜的电缆， 重复试验未发现 联跳现象 ， 因此 ， 初步断定是电缆传输的干扰信号导 致 的联 动跳 闸 ， 故在 母联 测 控柜 跳 闸侧 接人 录 波装 置 ， 录取不 同情况 下 的波 形 。 图 3中， f d 、 - a 分别为发一 变组保 护 A、 B柜至 母联测控柜的 2组 跳 回路在直流 I 段正极接地条 件下的电压， 拉开断路器 2 0 1 ， 在这 2组 跳回路中 同时录到 2个尖峰波 峰值最高达到 2 0 1 V( D C) ， 波形宽度 1 6 ms 。查找断路器跳闸线 圈的动作值发 现 ， 跳 闸线圈额定电压为 2 2 0 V( DC) ， 8 5 额定电 压作用于跳闸线圈即能可靠动作， 干扰量的电压峰 值 为 2 0 1 V( D C) ， 超过 8 5 额定 电压 动作值 。 由此 可见 ， 这是一个干扰源产生的波形， 正是这个波形的 干扰源引起的母联断路器跳 闸。干扰源是电缆沟中 断路器 2 0 1 控制回路电缆与发一 变组保护 A、 B柜至 母联测控柜间的跳母联的控制电缆( 长达 5 0 0 m左 右) 在分闸时电缆间产生的共模干扰 。 为了证实直流系统中直流正极接地是否对该干 扰源有影响 ， 在排除直流系统正极接地的故障点后 ， 又对这 2组 跳回路再次录波( 见图 4 ) 。 可以看出， 直流系统正极接地消失后 ， 干扰源的 波形峰值明显下降 ， 只有 5 1 V( D C ) 左右 ， 所 以接好 回路后 ， 在没有正极接地的情况下进行拉合断路器 3 4 2 0 1试验 ， 母联测控柜的操作箱 中只有继 电器的响 动 ， 并没有引起真正的跳闸。由此可以断定 ， 干扰的 大小与直流系统正极接地有关 。一般 电厂中控制直 流系统采用不接地系统 ， 直流正极对地为额定电压 的 1 2 ， 直 流 负极 对地 也 为额 定 电压 的 1 2 ， 正 负极 某一极出现接地 ， 另一极 电压对地则升高 1 倍 ， 恰巧 干扰量的电压是以对地为基准的， 同一基准的出现 ， 使高达 2 0 1 V 的直流电压干扰量触发断路器跳闸线 圈动作 。对发一 变组保护 A、 B柜至母联测控柜的 2 组 I 跳回路录波 ， 无论是否存在正接地 ， 都没有明显 的干扰波形出现( 见图 5 ) 。最后 ， 分别接 I 跳、 跳 回路， 在正接地的条件下录制波形 ， 发现 I 跳和 跳 回路不存在相互间的干扰( 见图 6 ) 。 t j f d l I d 围 3 直 流 系 统 正极 接 地 的 干 扰 信 号 波 形 t j f d I d ： ： ? 鼻 j 囊 鲁 ： - - ： ； 1 - ： ： ： ： ： ： ： ： ： ? 件 拳 篇 。 。 ， ： ： ： ； ： = ： 薯 ； ： ： ： ：； ： ； j t 一 - I ， 勰； ； - ， 一、t_ ，” - I - t ， p t x + | d 围 4 直流 系统正极接地消失后 的干扰信号波形 Ul d 围 5 跳 闸后的干扰信 号波形 图 6 接 I跳 、跳 回路 后 正 极 接 地 时 的 干 扰信 号 波形 纛 曩 要 鍪 篓 黧 一 篓 翼 豢 蕾 羞 菱 焉 麓 蠹 拳 誊 ；l； 誊 誊 薹 囊 鎏 薹 曼 曩 三 强 蒸 豢 豢 囊 一 强 鼍 曩 譬 臻 篷 墨 囊 盈 曩 越 善 强 黧 焉 量 誊 臻 焉 童 |1 4 噜 曩 基 鬟 黧 薏 维普资讯 2 0 0 8年 4月 第 3 6 卷 第 2期( 总第 1 9 5期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Ap r 2 00 8 Vo 1 3 6 No 2 ( S e r No 1 9 5 ) 通过 以上 4个波形的录制和分析 ， 发现确实在 跳 回路中存在干扰 ， 而且干扰 只有在拉合 断路器 2 0 1时出现 ， 在直流系统正极接地存在的情况下 ， 干 扰较大， 引起母联断路器 2 1 2 跳闸。 干扰量最大时是 一 个宽度为 1 6 ms 、 幅值为直流 2 0 1 V 的脉冲， 脉冲 是 由于拉断路器 2 0 1时通过 电缆间共模干扰产生， 由于长电缆的对地分布电容较大 ， 在直流系统正极 接地 时 使直 流 负极 对 地 电压 升高 1 倍 ， 使 尖 峰波 的 幅值增大。 3 解 决方法 对于干扰的解决方法 ， 一般排除干扰源的可能 性很小 ， 只能采取抑制手段 ， 包括 电气隔离 、 电缆屏 蔽、 在 回路中加入电阻吸收元件等。 。 此次抗干扰 的 解决采用了母联测控柜厂家 的意见 ， 在原有跳 闸回 路 中加装 中间继 电器 进行 电气 隔 离 ， 隔 离 干扰 源 直 接进入装置 ， 但 由于中间继电器的加装会影 响真正 跳闸时保护动作的快速性 ， 所以并不值得提倡。 在分 析处理这次无故跳 闸的过程 中， 分别试 验了电缆两 端 同时接地 、 一端接地等方式 ， 对已存的干扰量没有 影响。 咨询 了厂家技术人员后 ， 在跳闸回路中并联一 定大小 的吸收电阻也可以解决类似的干扰问题。 4 结 束语 通过对此次母联断路器未经保护跳 闸的分析 ， 总结出以下几条经验： a 在施工的过程 中要严格按照规程要求敷设电 缆， 电缆分层敷设 ， 避免共模干扰的形成 ； b 分析断路器跳 闸原 因时应首先确定是保护 跳 闸还是非保护跳 闸， 非保护断路器跳闸除断路器 操作机构有 问题偷跳外一般与干扰有关 ， 或者跳闸 回路存在寄生 回路 ； C 电气故障的发生往往是诸多因素积聚在一起 而产生 ， 如本次跳 闸事件就是在直流系统存在正极 接地 的条件下发 生的， 如不接地 ， 则 干扰量幅值较 小 ， 没有达到继 电器的动作值 ， 不会引起跳闸， 所以， 在今后的电气运行工作中， 应尽力排除现有的隐患 ， 防止多重因素汇集引发故障。 参 考 文 献 ( 1 3 吴 国沛 继 电保 护装置 的电磁 干扰 实例分 析 J 继 电 器 ， 2 0 0 6 ， 3 4( 5 ) ： 7 6 7 9 ( 2 3 罗 玲 一次 电网事故 的继电保护 动作分 析 ( J 电力 自动化设备， 2 0 0 2 ， 2 2 ( 9 ) ： 8 0 8 1 ( 编 辑李健 平) ( 上接 第 9页) 从方式 和方式 的 比较可 以发现， 由于方式 的断路器设备故障率从方式 的 0 0 0 5次 a增 长到 0 0 1次 a ， 即故 障 率 增 加 了 1倍 。从 而 以 6 4 0 0 0 元的投 入使停 电损 失减少 1 6 5 6 6 4元 ， 约为 不设置断路器的年平均停电损失的 5 1 9 5， 收益率从 方式 噩的 3 2 2 0A 降低为 2 5 9 ， 可见断路器设备 的 可靠性是影响配电网供电可靠性的重要因素。 总之 ， 在馈线适当位置设置联络、 分段断路器， 是提高配网 可靠性 的有效措施 ， 同时为实现馈线 自动化创造条 件。 该供电区域算例表明， 本文提出的数学模型能够 反映断路器操作的复杂过程， 运用遗传算法是解决 非线性优化问题的有效方法 。 本文从提高配电 自动化可靠性出发， 对一次设 备的选择与配置进行 了研究 ， 并提 出了开关 优化定 位的数学模型 ； 对配电 自动化系统的分层结构、 功能 结构、 硬件结构、 软件以及与其他系统的关系和信息 流向进行了设计 ， 并给出了详细的框图； 对配电 自动 化的应用和效益进行了分析讨论。提出了断路器优 化定位 的数学模型，