赵自刚 曹树江 周纪录 河北电力调度通信局,050021 石家庄
1 前言 由于高频保护同时比较被保护线路两端的电气量,解决了采集单端电气量保护的暂态超越问题,能以不带时延的速动段保护线路全长,因而成为高压和超高压输电线路的主要保护方式,在保证电网的安全与稳定运行方面发挥着十分重要的作用。可以说,没有高频保护,电力系统的安全和经济运行将受到极大的限制。也正因为如此,多年来,人们通过改进保护的工作原理、完善保护专用收发信机的性能,尤其是收发信机的抗干扰能力,以及对通道加工设备的研究与改进等措施,千方百计地提高高频保护的正确动作率。 我国自70年代以来,在晶体管保护、集成电路保护直至今天的微机型保护,先后应用于电力系统的过程中,解决了保护和收发信机装置本身的许多原理和制造上的问题。特别是针对收信输出的“缺口”现象,采取了许多措施,如延长保护的停信判别时间至5~8 ms,改进收、发信电路设计,强化收发信机的屏蔽与接地等。近期,王梅义先生又提出了对保护专用收发信机与结合滤波器通过变量器连接后所出现的问题及高频电缆接地方式的改进意见,这将对提高高频保护的正确动作率起到了积极作用。但在运行实践中,笔者还遇到了一种收发信机与外部信息采用光耦器件连接后出现的新情况。事故检验和现场试验证明,这是一种以前未曾引起重视的能导致高频保护不正确动作的原因。 2 事故原因分析 2.1 事故简况 1998年11月7日1时15分,河北沧州地区220 kV于庄变电站(主接线见图1)2号主变112-3和-4刀闸更换完毕,用262开关向2号主变及112-3及-4刀闸充电时,主变差动保护动作,跳开262开关。与此同时,于姚Ⅰ线姚官屯侧的WXB-15+SF-600微机保护动作(CPU1报告:12 GFTX 19 GBFXCK)跳开2911/2开关。检查发现,中压侧的差动保护范围内确有故障,主变保护动作属正确动作,但姚侧的微机保护动作则确属误动。

图1 于庄主接线
2.2 高频保护误动分析 为什么于庄变电站主变中压侧的故障会引起姚侧的高频保护误动呢?从线路两侧收发信机的收信输出录波来看,酷似本线区内故障的情况,两侧的收信输出都是在45~70 ms内(从出现故障电流开始算起)出现间断。但查两侧微机保护的动作报告,于庄侧作为反方向侧,其微机保护未发停信令,仅有启动报告(CPU1:45 GBQD X=-36.75 R=0.26 CA)。如此,只有收发信机的“位置停信”和“失灵停信”(见图2)两种因素才可能导致收发信机停信,为此笔者在于庄变电站进行了如下试验。

图2 于姚Ⅰ线于庄侧SF-600停信回路
(1)停信回路查线 “保护停信”为15型微机保护装置的37-38端子,与收发信机的连接为空接点;“位置停信”为两开关(3/2接线)TWJ常开接点串联;“失灵停信”有261/2开关两路,为失灵出口继电器和复合电压闭锁中间的接点串联,收发信机内部均采用光耦合隔离。检查结果,图实相符,接线正确,绝缘良好,无寄生回路,排除了因停信回路接线错误而导致保护误动的可能。 (2)传动2号主变差动保护(JCD-4A型)至保护出口压板 用电位翻转法传动差动保护,使其出口继电器BCJ动作,同时用示波器(型号为HP54501A,扫描频率100 MHz)监视SF-600收发信机的“位置停信”和“失灵停信”(20、17号)端子,模拟数次,未见停信脉冲。似乎主变差动保护的动作与收发信机停信无直接关系。 (3)传动2号主变差动保护至262开关 因仅模拟保护动作不能再现误动现象,为此用试验台将WXB-15和JCD-4A串联通流,模拟于庄主变故障,并使开关跳闸。在示波器上观察到,从SF-600收信有输出起到262开关“位置停信”电位到来的时间为123 ms(261的“位置停信”接点短接);手合开关时,从TWJ返回到开关辅助接点闭合的时间为67 ms。这表明开关合闸时,TWJ的返回先于开关触头闭合,不会因TWJ返回慢而导致于庄侧不能发信。 组合投入“位置停信”压板和“失灵停信”压板,监视收发信机的收信输出。发现在“失灵停信”压板投入的情况下,几次出现发信54 ms后又停信的现象,而且即使不跳262开关,只要操作箱中的STJ动作也会导致停信。至此,保护误动的原因初露端倪,似乎STJ的动作对收发信机的停信有影响。 (4)间接模拟差动保护瞬时动作 为简化试验,用一个电流继电器模拟差动保护的动作。继电器的触点接262开关操作箱的R43端子,使BTJ和STJ动作,再用BTJ启动一个中间继电器来断开故障电流。结果发现,SF-600发信20 ms后停信约200 ms再发信。据此推断“失灵停信”端子可能瞬时受到干扰,且在SF-600收发信机中被展宽200 ms,从而造成上述停信现象。 (5)干扰的测量分析 在保护屏处断开“失灵停信”回路,停信现象消失;但如在操作箱屏处断开,停信现象仍存在。将该电缆芯两端拆开,使BTJ和STJ动作,用示波器观察到该芯线上的干扰电压峰值为117 V的两个尖峰;模拟仅启动262操作箱中的STJ动作时,干扰电压峰峰值降为60 V。这也反过来解释了直接传动差动保护比间接模拟差动保护动作所引发的停信现象出现概率要小的原因。同时,上述发信宽度54 ms和20 ms的差异也正是两种试验方法中差动保护的出口时间差异所致。 2.3 试验结论 于庄2号主变差动保护动作出口时,启动了262开关操作箱中的STJ继电器,强电回路在24 V的“失灵停信” 电缆芯上产生干扰,从而 “失灵停信”造成于姚Ⅰ线WXB-15的SF-600收发信机停信,导致对端高频保护误动作。 3 结束语 闭锁式高频保护的停信环节是制约其动作安全性的关键。通过于庄主变故障导致高频保护误动这一事例,笔者发现: (1)“强电线路不得与二次弱电回路共用电缆”的反措必须严格执行。干扰不仅来自室外的开关场,如处理不当,室内继电器动作致使直流回路断合同样会产生干扰。对收发信机而言,其与保护连接的电缆,不但要与强电分开,而且还要采用屏蔽电缆,并将屏蔽层两端与保护室的专用接地铜排可靠相连,以保证信息传递的准确性。 (2)原电力部颁布的《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》是建国以来继电保护运行技术的深刻总结,许多条款背后都凝结着经验与教训,具有丰富的内涵,不能仅以是否有直接经验来决定采用与否。 (3)全面彻底地贯彻落实《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》必将对提高继电保护的正确动作率,保证电网安全稳定运行起到十分积极的作用。
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