1 電弧故障保護(hù)運(yùn)行問(wèn)題
1.1 電弧故障保護(hù)的作用及意義
以主接線采用雙母線形式的五七變35kV 系統(tǒng)為例（一次接線如圖1），所安裝的12 臺(tái)ABB 公司生產(chǎn)的GIS 開(kāi)關(guān)設(shè)備,每個(gè)都有一個(gè)斷路器氣室和兩個(gè)母線氣室,，均為獨(dú)立氣室,，分別安裝了一只氣體壓力傳感器，額定工作壓力為130kPa,。當(dāng)氣室壓力低到120kPa 時(shí),，啟動(dòng)低氣壓報(bào)警；當(dāng)氣室壓力達(dá)到150kPa 時(shí),，啟動(dòng)過(guò)氣壓報(bào)警,；當(dāng)氣室壓力突然達(dá)到190 kPa 時(shí)，判斷為罕見(jiàn)的內(nèi)部燃弧故障,，啟動(dòng)電弧故障保護(hù),，快速反應(yīng)電弧故障,，第一時(shí)間內(nèi)使開(kāi)關(guān)動(dòng)作跳閘，切斷短路電流,。如果沒(méi)切除電弧故障,，達(dá)到200kPa 時(shí)壓力釋放盤(pán)打開(kāi)釋放氣體以保護(hù)GIS 氣室設(shè)備。
圖1 五七變電站35kV 一次系統(tǒng)接線圖
1.2 電弧故障保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作原理
各SF6 氣室氣壓的壓力傳感器所有常閉接點(diǎn)串聯(lián)后,，再與電弧故障啟動(dòng)繼電器的線圈串聯(lián),，該繼電器的常閉接點(diǎn)接入開(kāi)關(guān)故障跳閘回路。正常運(yùn)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(dāng)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(cè)壓力達(dá)到190kPa 時(shí),，其常閉接點(diǎn)打開(kāi),，電弧故障啟動(dòng)繼電器線圈失電復(fù)歸，其繼電器常閉接點(diǎn)閉合,，接通開(kāi)關(guān)故障跳閘回路,，使開(kāi)關(guān)動(dòng)作跳閘。如圖2 電弧故障保護(hù)起動(dòng),、跳閘回路所示,。
圖2 電弧故障保護(hù)起動(dòng)、跳閘回路
1.3 電弧故障保護(hù)原設(shè)計(jì)方案
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(duì)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)線五31 和五32 柜各1 組）的線圈串聯(lián),，該繼電器的常閉接點(diǎn)21,、22 接入電源進(jìn)線（KC14）及母聯(lián)（KC15）開(kāi)關(guān)故障跳閘回路。
正常運(yùn)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(dāng)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(cè)壓力達(dá)到190kPa 時(shí),，其常閉接點(diǎn)打開(kāi)，電弧故障啟動(dòng)繼電器線圈失電復(fù)歸,，其繼電器常閉接點(diǎn)閉合,，接通35kV進(jìn)線五31,、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(hù)運(yùn)行問(wèn)題
由于電弧保護(hù)以保護(hù)開(kāi)關(guān)柜為優(yōu)先,，以及受到該35kV 系統(tǒng)是雙母線運(yùn)行方式及需要非常靈活地調(diào)整運(yùn)行方式等設(shè)備限制，造成以下運(yùn)行問(wèn)題：
?。?）當(dāng)35kV GIS 開(kāi)關(guān)柜進(jìn)線開(kāi)關(guān)直流電源失電時(shí),，電弧故障啟動(dòng)繼電器KC14 和KC15 線圈失電復(fù)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(hù)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(hù)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(hù)設(shè)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)線及母聯(lián)開(kāi)關(guān),。用于檢測(cè)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(shè)計(jì)要求,，都會(huì)使35kV 進(jìn)線五31、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(tǒng)全部失電,，經(jīng)常是擴(kuò)大了事故范圍。
?。?）此保護(hù)未結(jié)合我廠電力系統(tǒng)的具體運(yùn)行方式,，按照五七變35kV 系統(tǒng)的電源只由主變35kV 側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)提供的方式考慮，在設(shè)計(jì)電弧故障保護(hù)時(shí),，只設(shè)置了跳主變35kV 側(cè)進(jìn)線（五31,、五32）和母聯(lián)開(kāi)關(guān)，而實(shí)際上,，五七變35kV 系統(tǒng)也可能由丙烯變經(jīng)過(guò)五丙聯(lián)絡(luò)線五35,、五39 回路作為電源進(jìn)線，我廠自備電站也經(jīng)常通過(guò)二變五34,、五40 回路向五七變35kV 系統(tǒng)反送電,。因此,，在原設(shè)計(jì)情況下運(yùn)行必然出現(xiàn)GIS 設(shè)備較長(zhǎng)時(shí)間面臨電弧故障的惡劣事故.因而必須對(duì)這些柜也增加電弧故障保護(hù)。具體見(jiàn)圖1 五七變電站35kV 一次主接線圖,。
2 電弧故障保護(hù)改進(jìn)分析
2.1 改進(jìn)分析
為消除上述隱患,，保證我廠電力系統(tǒng)今后的安全運(yùn)行，對(duì)五七變35kV 系統(tǒng)電弧故障保護(hù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn),。
每個(gè)電弧故障保護(hù)增設(shè)過(guò)流保護(hù)來(lái)起動(dòng),，在直流電源消失后重新送電時(shí),因?yàn)殡娏鳑](méi)變化不會(huì)達(dá)到過(guò)流動(dòng)作條件,原來(lái)電弧故障保護(hù)的電源恢復(fù)誤跳就可以避免。
同時(shí)也可以利用電源進(jìn)線開(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(cè)電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)過(guò)流元件動(dòng)作,，起動(dòng)電弧故障保護(hù)跳閘,；非故障側(cè)電源進(jìn)線開(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(hù),。再采用過(guò)流無(wú)延時(shí)動(dòng)作保證快速保護(hù)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(tǒng)供電的可能,，同時(shí)考慮我廠自備電站通過(guò)五34,、五40 回路向五七變35kV 系統(tǒng)供電的可能，將以上四條回路也設(shè)置與五七變主變35kV 側(cè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)（五31,、五32）同樣的電弧故障保護(hù)（利用進(jìn)線柜的K14,、K15 的接點(diǎn)）。
由于雙母線的運(yùn)行方式非常靈活,，任一氣室電弧故障保護(hù)動(dòng)作時(shí),，為故障氣室供電的電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)還不能再設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的區(qū)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(duì)五七變35kV 系統(tǒng)電弧故障保護(hù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行以下改進(jìn)：電弧故障跳閘回路中，增設(shè)不帶延時(shí)的過(guò)流保護(hù)來(lái)起動(dòng)電弧故障保護(hù),。原理圖如圖3 電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)電弧故障跳閘回路,。
圖3 電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)電弧故障跳閘回路
該圖為電源進(jìn)線開(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(dú)立設(shè)置于各二次回路，圖中OUT 為不帶延時(shí)的過(guò)流保護(hù)出口接點(diǎn),，由各線路自身現(xiàn)有的綜合保護(hù)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(hù)繼電器檢測(cè)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(shè)不帶延時(shí)的過(guò)流保護(hù)后,解決了電弧故障保護(hù)運(yùn)行缺陷中所需要解決的問(wèn)題 。但經(jīng)過(guò)考慮我廠實(shí)際情況,，如變壓器容量不夠大,，經(jīng)常出現(xiàn)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，35kV 運(yùn)行方式經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)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(jī)啟動(dòng)，將會(huì)造成過(guò)流保護(hù)動(dòng)作,，仍會(huì)誤起動(dòng)電弧故障保護(hù),。電網(wǎng)中的過(guò)負(fù)荷電流與短路電流有時(shí)差異不大，因而按躲過(guò)最大負(fù)荷電流整定的過(guò)電流保護(hù)在有些情況下不能滿(mǎn)足靈敏性要求,，但由于在過(guò)負(fù)荷和短路兩種情況下,，負(fù)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(xiàn)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(dāng)有低電壓滿(mǎn)足時(shí)才允許動(dòng)作,。這些在現(xiàn)有綜保SEL 產(chǎn)品中都可以很容易實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在OUT 為低電壓閉鎖不帶延時(shí)的過(guò)流保護(hù)出口，用來(lái)起動(dòng)電弧故障保護(hù),，接線和前面一樣,，增加的邏輯方程在SEL 繼電器中直接設(shè)置。
分析前面的情況我們發(fā)現(xiàn),，增加低電壓閉鎖后的保護(hù)在對(duì)各種情況下都能繼續(xù)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(tǒng)電弧故障保護(hù)改進(jìn)方案
3.1 回路構(gòu)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)線綜保SEL 都獨(dú)立設(shè)置過(guò)流保護(hù),，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(jì)算并設(shè)定GIS 電弧保護(hù)過(guò)流啟動(dòng)值
3.3 動(dòng)作分析
當(dāng)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(cè)壓力達(dá)到190 kPa 時(shí)，其常閉接點(diǎn)打開(kāi)，所有電弧故障啟動(dòng)繼電器線圈失電復(fù)歸,，其繼電器常閉接點(diǎn)閉合,，即分別接通35kV 進(jìn)線五31、五32,、二變五34,、五40、丙稀變五35,、五39 相應(yīng)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(jié)論
“低電壓閉鎖無(wú)延時(shí)過(guò)流”和電弧故障保護(hù)“與”關(guān)系配合使用，充分利用了現(xiàn)場(chǎng)條件,，方案合理,，接線簡(jiǎn)單、比較好地解決了電弧故障保護(hù)在雙母線多電源系統(tǒng)的運(yùn)用問(wèn)題,，也解決了電弧故障保護(hù)控制電源恢復(fù)時(shí)開(kāi)關(guān)誤跳的問(wèn)題,。