CN102916405B - 预防变电站工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种预防变电站工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动的方法，至少包括以下3项措施：（1）减少电缆数量，降低杂散电容的指标；（2）将TBIJ保持电流提高到80%Ie=0．35A；（3）将跳跃闭锁继电器TBIJ的电流动作时间增加到20ms。若以上3项措施共同发挥作用，就能够更好地解决变电站工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动作的问题。运行结果证明，采取措施后变电站工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动作的问题得到彻底解决。由此避免了干扰导致的开关跳闸、设备大面积停电等故障，对保证电网的正常运行发挥了重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种预防变电站工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动的方法，属于电力系统变电站保护技术领域。
背景技术
500kV长清变电站是高电压枢纽变电站之一。2009年4月13日，500kV长清变电站出现了两次在一次系统无故障、保护未动作、人员未操作情况下的断路器大面积跳闸导致变电站全站停电的重大事故。事故的发生不仅给变电站造成了损失，还危及到了电网的安全运行。另外在德州发电厂等也出现过类似的问题，没有得到很好的解决。
断路器大面积跳闸导致变电站全站停电的重大事故问题非常突出，之前虽有相关的故障处理，但分析问题与解决的问题思路相差甚远。类似于上述实例所讲的运行变电站内出现的断路器无故障跳闸事故，尤其是系统无故障、保护未动作、人员未操作情况下，由干扰问题造成的断路器分相跳闸、重合闸动作、接着三相跳闸的系列问题，一直没有找到故障的原因以及处理方法。
发明内容
本发明针对运行变电站内出现的变电站工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动的问题，提供了一种能够杜绝变电站存在的工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动作、断路器误跳的方法。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案。
一种预防变电站工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动的方法，至少包括以下措施中的一项：
1、降低断路器控制回路杂散电容的指标
减少电缆数量，能够有效的降低杂散电容值。对双重化配置的保护，采取A柜跳第一跳圈、B柜跳第二跳圈的原则，使并联电缆的数量减少一半，由保护跳闸电缆产生的杂散电容指标降低1/2，以削弱传输干扰信号的幅度。
2、提高跳跃闭锁继电器TBIJ的保持电流
在规定的跳跃闭锁继电器TBIJ的保持电流范围内取上限，将TBIJ保持电流提高到80%Ie=0.35A，以提高TBIJ的抗干扰能力。
3、增加跳跃闭锁继电器TBIJ的动作时间
将跳跃闭锁继电器TBIJ的电流动作时间增加到20ms，以躲过暂态以及工频干扰对TBIJ的影响。
以上3项措施若共同发挥作用，就能够更好地解决变电站暂态以及工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动作的问题。由此有效地避免了保护误动、断路器误跳、信号误发、设备误停的一系列问题；从而避免了设备大面积停电对电网造成的冲击影响。因此，解决变电站暂态以及工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动作的方法的有效性得到证实。
本发明的有益效果是，通过降低断路器控制回路杂散电容的指标、提高跳跃闭锁继电器TBIJ的保持电流、增加跳跃闭锁继电器TBIJ的动作时间的措施，能够有效地预防并解决变电站暂态以及工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动作、断路器跳闸、变电站大面积停电的事故，从而增减少电网的不稳定因素。
附图说明
图1，500kV长清站一次系统结构图。
图2，跳闸时的故障录波图形。
图3，断路器的跳闸回路原理图。
图4，断路器跳跃闭锁继电器的接线图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
以500kV长清变电站为例，本实施例分析了解决变电站工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动作的方法的实例，展示了在寻找故障的检测方法，在确定干扰信号来源，干扰信号的传输造成跳跃闭锁继电器误动、断路器跳闸的原因，以及在建立合理的指标体系方面所做的工作。
在现场使用20MHz带宽录波器对操作干扰电压、电流进行了录波；对二次回路、断路器参数等进行了检查；对与杂散电容有关的布局问题进行了分析，从而确定了故障的原因。
通过研究500kV长清变电站断路器误跳的特殊性，确立了解决断路器抗干扰跳闸问题的历史突破要点：（1）断路器跳闸的主体不同，此地起动的是分相断路器跳闸；（2）干扰信号起动的对象不同，此地起动的是跳跃闭锁继电器TBIJ；（3）干扰信号流过的途径不同，此地流过的主要途径是1133跳闸回路对地杂散电容，使干扰信号避开了跳闸线圈。
2009年4月13日，500kV长清变电站运行方式如下。
500kV系统：济长Ⅰ线、济长Ⅱ线、聊长Ⅰ线、5022聊长Ⅱ线、#2主变5021断路器、#3主变5013断路器、500kV#1母线高抗运行，第一串、第二串、第三串、第四串并串运行。
220kV系统：长文线、长兴Ⅰ线、石长Ⅲ线运行于#1A母线；石长Ⅱ线、石长Ⅳ线、长兴Ⅱ线、#2主变202断路器运行于#2A母线；石长Ⅰ线、长许Ⅰ线、#3主变203断路器运行于#1B母线；长许Ⅱ线、长党线运行于#2B母线；#1A、#1B、#2A、#2B母线并列运行。
#2主变负荷49MW，#3主变负荷39MW。长清变电站一次系统结构见图1，图1中5023 50115012 200A 200B 5041 5042 5031 5032均代表断路器开关编号。
一、故障现象
1、白天的跳闸
2009年4月13日14时27分，5022断路器、21F断路器、22F断路器跳闸。监控后台显示多个间隔失去遥信和遥测；5022、21F、22F断路器非法位置且无电流指示；SOE报出很多错误信号。
保护信号，5022、21F、22F保护没有动作报文，但在三个断路器的操作箱上有不同的跳闸指示：5022断路器保护屏，CH灯亮；21F分段断路器操作箱，Ⅰ路跳闸的TA、TB、TC灯亮，Ⅱ路跳闸的TA灯亮，TB、TC灯不亮；22F分段断路器操作箱，Ⅰ路跳闸的TA、TB、TC灯亮，Ⅱ路跳闸的，TA、TB、TC灯亮。
其他保护屏上没有动作信号。故障录波器无故障录波图形。直流绝缘监察装置有异常报警。
2、晚上的跳闸
2009年4月13日22时56分，5021断路器、5022断路器、21F断路器、22F断路器跳闸，SOE报出很多错误信号。
保护信号，5021、5022、21F、22F断路器保护没有动作报文，但在四个断路器的操作箱上有不同的跳闸指示：5021断路器保护屏，TA、TB、TC灯亮；5022断路器保护屏，TA、TB、TC灯亮，CH灯亮；继电器屏分段Ⅰ21F断路器操作箱，Ⅰ路跳闸的TA、TB、TC灯亮，Ⅱ路跳闸的TA、TB、TC灯亮；继电器屏分段Ⅱ22F断路器操作箱，Ⅰ路跳闸的TA、TB、TC灯亮；Ⅱ路跳闸的TA、TB灯亮，TC灯不亮。
其他保护屏上没有动作信号。故障录波器波形显示#2主变中压220kV侧A相电压波形有明显的畸变现象，跳闸时的故障录波图形见图2。直流绝缘监察装置有异常报警。
跳闸前进行的工作，监控人员检查并更换上次损坏的插件板。
二、检查过程
事故后在现场分别对各跳闸断路器控制回路的保护、监控等能够起动跳闸的设备及回路进行了全面检查，其静态特性均正常，绝缘情况良好，没有找到跳闸的起因。最后对能够反应其动态特性的指标进行了检查。包括出口继电器动作电压、动作功率参数测试；跳闸回路分布电容测试；5022断路器分相控制回路TBIJ的动作电流测试；5022断路器跳闸线圈的动作电压测试等，这些参数的结果能够分析跳闸断路器的跳闸的原因。
1、动作功率参数测试
断开上述四个断路器两侧的刀闸，断开断路器的控制电源，并做好安全措施，测试出口继电器的动作功率。断路器的跳闸回路见图3，图3中，TJRA、TJRB、TJRC为跳闸出口继电器，C断路器控制回路的杂散电容。动作功率测试数据如下。
5021断路器第一控制回路11TJR
A相，动作电压110V，动作电流5.3mA，动作功率0.58W；
B相，动作电压110V，动作电流5.3mA，动作功率0.58W；
C相，动作电压119V，动作电流5.8mA，动作功率0.69W；
5021断路器第二控制回路21TJR
A相，动作电压110V，动作电流5.3mA，动作功率0.58W；
B相，动作电压110V，动作电流5.3mA，动作功率0.58W；
C相，动作电压119V，动作电流5.8mA，动作功率0.69W；
5022断路器第一控制回路11TJR
A相，动作电压115V，动作电流5.4mA，动作功率0.62W；
B相，动作电压113V，动作电流5.3mA，动作功率0.60W；
C相，动作电压113V，动作电流5.3mA，动作功率0.60W；
5022断路器第二控制回路21TJR
A相，动作电压123V，动作电流5.8mA，动作功率0.71W；
B相，动作电压121V，动作电流5.7mA，动作功率0.69W；
C相，动作电压120V，动作电流5.7mA，动作功率0.68W；
21F断路器第一控制回路TJRI
动作电压120V，动作电流2.9mA，动作功率0.35W；
21F断路器第二控制回路TJRII
动作电压138V，动作电流3.4mA，动作功率0.47W；
22F断路器第一控制回路TJRI
动作电压128V，动作电流3.1mA，动作功率0.40W；
22F断路器第二控制回路TJRII
动作电压139V，动作电流3.4mA，动作功率0.47W。
2、杂散电容参数测试
四个断路器控制回路杂散电容的测试数据如下。
5021断路器第一控制回路，101对133之间的杂散电容为50.4nf；
5021断路器第二控制回路，201对233之间的杂散电容为40.3nf；
5022断路器第一控制回路，101对133之间的杂散电容为45nf；
5022断路器第二控制回路，201对233之间的杂散电容为44nf；
21F断路器第一控制回路，101对R133之间的杂散电容为95nf；
21F断路器第二控制回路，201对R233之间的杂散电容为64nf；
22F断路器第一控制回路，101对R133之间的杂散电容为92nf；
22F断路器第二控制回路，201对R233之间的杂散电容为71nf。
3、5022断路器分相控制回路TBIJ的动作电流测试
断路器跳闸线圈与跳跃闭锁继电器的接线见图4。图4中，TBIJ为断路器跳跃闭锁继电器的电流自保持线圈，TXJ为信号继电器。
A相，动作电流0.33A,动作电压1.20V，动作功率0.40W；
B相，动作电流0.33A,动作电压1.19V，动作功率0.39W；
C相，动作电流0.34A,动作电压1.24V，动作功率0.42W。
4、5022断路器跳闸线圈的动作电压测试
A相，动作电压80V，动作电流为0.16A，动作功率12.80W；
B相:动作电压75V，动作电流为0.14A，动作功率10.50W；
C相:动作电压75V，动作电流为0.14A，动作功率10.50W。
三、跳闸原因分析
1、是强干扰信号侵入直流系统
（1）是强干扰信号直接侵入直流系统导致了第一次跳闸
第一次跳闸时，伴随着直流系统绝缘监察装置异常报警，绝缘下降，控制母线电压正负极不对称等现象，可以断定是强干扰信号侵入了直流系统。
当强干扰信号侵入直流系统后，直流系统出现过电压，使测控系统十三块遥信板被烧坏，某些部位绝缘被击穿；导致监控后台显示多个间隔失去遥信，断路器的位置信号不正确，SOE系统发出多处错误信号，与故障现象相吻合。
（2）是交流与直流系统经电子元件混在了一起导致了第二次跳闸
第二次跳闸时，伴随着直流系统绝缘监察装置报异常，绝缘下降，控制母线电压正负极不对称，#2主变中压220kV侧A相电压波形有明显的畸变等现象，录波图形见图4，可以断定是交流与直流系统经电子元件混在了一起。
第一次跳闸后，断路器测控系统某些部位的被击穿，出现了绝缘的薄弱环节。当交流与直流系统经测控系统的电子线路元件混在了一起时，交流信号也混入了直流系统，#2主变中压侧A相电压波形的明显畸变现象和直流接地可以解释这一点。
2、是杂散电容为干扰信号提供了通道
当交流量窜入直流回路时，若无对地分布电容的影响，一般情况下只会引起直流瞬间接地而无严重后果。而当跳闸回路分布电容较大时，干扰信号将会经杂散电容起动操作箱出口继电器，造成断路器跳闸。
从事故后现场测试的数据来看，跳闸的四个断路器控制回路的杂散电容指标都比较大，动作功率都比较低。杂散电容大的问题分析如下。
#2主变保护A、B、C柜分别跳5021、5022断路器的电缆是从主变保护室到500kV保护室的，跨越距离远，因为每个柜子都要跳两个跳闸线圈，故电缆有六根之多，所以5021、5022断路器操作箱跳闸回路的电容较大。
220kV一（二）小室的分段21F（22F）断路器操作箱均有引自220kV二（一）小室母差保护的长电缆，电缆共四根，另外由主变保护小室分别到220kV一小室和二小室的#2、#3主变保护跳分段21F、22F断路器的长电缆各8根，虽然主变保护跳分段断路器的压板未投，但回路存在，所以分段21F、22F断路器操作箱跳闸回路的电容也较大。
3、是操作箱跳闸出口继电器的动作功率太低
根据测试的结果可知，四个断路器的动作功率均不足1W。如此，500kV变电站断路器无故障跳闸的三个因素已经具备：系统的干扰信号存在；出口继电器的动作功率过低；电缆的耦合电容太大。详见500kV聊城站断路器无故障跳闸的问题分析。
4、是跳跃闭锁继电器的电流保持回路误起动
500kV断路器的跳闸问题有其特殊之处。以往断路器的误跳闸事故中，都是起动了操作箱三相的跳闸出口继电器TJR，从而直接跳三相。本次220kV断路器21F、22F是直接跳三相，但5022断路器的两次跳闸都是先跳B相，重合后再跳三相，说明此次500kV断路器误跳有其特殊性：第一，断路器跳闸的主体不同，此地起动的是分相断路器跳闸；第二，干扰信号起动的对象不同，此地起动的是跳跃闭锁继电器TBIJ；第三，干扰信号流过的途径不同，此地流过的是1133对地杂散电容，避开了跳闸线圈。所有这些统称为解决断路器跳闸问题的历史突破，分析如下。
（1）干扰信号通过的主要途径是横向杂散电容通道
在跳闸回路中，经过跳跃闭锁继电器的干扰信号主要有两路通道：
第一路是1133回路对地的所谓横向杂散电容，该电容C2=90nf，为电源正极经过C传送来的干扰信号对地的泄露提供通道，设该回路电流为i1。
第二路是所谓的纵向跳闸线圈TQ，该线圈电阻R=500Ω，为电源+极经过C1来的干扰信号到-极的对地的泄露提供通道,设该回路电流为i2。
由于TQ的电阻R=500Ω，因此限制了该回路电流i2的强度。因此，经过跳跃闭锁继电器的电流是以i1为主，是i1起动了跳跃闭锁继电器。
（2）干扰信号不可能起动跳闸线圈TQ直接跳闸
由干扰信号产生的i2不可能起动跳闸线圈TQ直接跳闸，一方面i2的幅度受到R=500Ω电阻的限制，数值有限；另一方面TQ的动作功率为10.5W，不容易起动。
（3）干扰信号起动了5022断路器分相跳闸回路的跳跃闭锁继电器TBIJ
分析认为，本次5022断路器没有起动三相跳闸回路，而是起动了分相跳闸回路；另外，干扰信号不是起动的跳闸出口继电器TJR,而是起动了分相跳闸回路中的电流型跳跃闭锁继电器TBIJ；并且起动的是跳跃闭锁继电器的电流保持回路，继电器动作后其辅助接点保持，使跳闸回路导通，直到断路器跳开。测试结果也表明了这一点，TBIJ的起动电流较低，返回电流与保持电流更低，易受干扰信号的影响，一有风吹草动就会动作。
（4）跳跃闭锁继电器TBIJ放大了干扰信号的负面作用
TBIJ设计的目标是保持保护等动作的状态，此地却保持了干扰信号的状态，同时放大了干扰信号的负面作用。
可见，断路器的跳闸是跳跃闭锁继电器保持回路充当了起动跳闸回路造成的；是干扰信号电流i1的作用将跳跃闭锁继电器TBIJ误起动，而且TBIJ起动并保持了动作的状态，其动作逻辑与设计的出发点相违背。
5、与其他断路器的比较
（1）与#3主变断路器的比较
两次跳闸事件中，#3主变断路器均未动作。究其原因，#3主变断路器的保护屏及操作箱是改造后新安装的设备，所采用的出口继电器都已经执行了反事故措施，动作功率均大于两瓦，不具备断路器误动的因素。
（2）与220kV备用间隔的比较
为了便于比较，对220kV备用间隔的杂散电容进行了测试，结果是电容不到2nf，远小于本次误动的21F断路器杂散电容值95nf。侧面证明21F断路器的电容值严重超标，为干扰信号入侵提供了通道。
四.防范措施
基于以上分析，重点采取以下防范措施，防止发生类似的断路器误动问题。
1、降低断路器控制回路杂散电容的指标
减少保护跳闸电缆的数量，能够有效的降低杂散电容值。对双重化配置的保护，采取A柜跳第一跳圈、B柜跳第二跳圈的原则，使并联电缆的数量减少一半，由保护跳闸电缆产生的杂散电容指标降低1/2，以削弱传输干扰信号的幅度；
2、提高跳闸出口继电器的动作功率
将出口继电器TJR的动作功率提高到2瓦以上，以提高出口继电器的抗干扰能力。
3、调整跳跃闭锁继电器TBIJ的保持电流
在规定的跳跃闭锁继电器TBIJ的保持电流范围内取上限，将TBIJ保持电流提高到80%Ie=0.35A，以提高TBIJ的抗干扰能力，Ie为跳跃闭锁继电器的额定电流。
4、增加跳跃闭锁继电器TBIJ的电流动作时间
将跳跃闭锁继电器TBIJ的电流动作时间增加到20ms，以躲过暂态以及工频干扰对TBIJ的影响。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (1)
1.一种预防变电站工频交流干扰导致跳跃闭锁继电器误动的方法，其特征在于：
同时采用以下三项措施：
(1)降低断路器控制回路杂散电容的指标；
对双重化配置的保护，采取A柜跳第一跳圈、B柜跳第二跳圈的原则，使并联电缆的数量减少一半，由保护跳闸电缆产生的杂散电容指标降低1/2；
(2)提高跳跃闭锁继电器TBIJ的保持电流；
在规定的跳跃闭锁继电器TBIJ的保持电流范围内取上限，将TBIJ保持电流提高到80％Ie＝0.35A；Ie为跳跃闭锁继电器的额定电流；
(3)增加跳跃闭锁继电器TBIJ的动作时间；
将跳跃闭锁继电器TBIJ的电流动作时间增加到20ms。
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