1 電弧故障保護(hù)運(yùn)行問題

　　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ABB 公司生產(chǎn)的GIS 開關(guān)設(shè)備,每個都有一個斷路器氣室和兩個母線氣室，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,，啟動低氣壓報警,；當(dāng)氣室壓力達(dá)到150kPa 時，啟動過氣壓報警,；當(dāng)氣室壓力突然達(dá)到190 kPa 時,，判斷為罕見的內(nèi)部燃弧故障，啟動電弧故障保護(hù),，快速反應(yīng)電弧故障,，第一時間內(nèi)使開關(guān)動作跳閘，切斷短路電流,。如果沒切除電弧故障,，達(dá)到200kPa 時壓力釋放盤打開釋放氣體以保護(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,，再與電弧故障啟動繼電器的線圈串聯(lián),，該繼電器的常閉接點(diǎn)接入開關(guān)故障跳閘回路。正常運(yùn)行時,，所有壓力傳感器常閉接點(diǎn)閉合,，電弧故障啟動繼電器線圈帶電動作，繼電器常閉接點(diǎn)斷開,，切斷開關(guān)故障跳閘回路,；當(dāng)某一氣室發(fā)生電弧短路故障時，氣體壓力傳感器的檢測壓力達(dá)到190kPa 時,，其常閉接點(diǎn)打開,，電弧故障啟動繼電器線圈失電復(fù)歸，其繼電器常閉接點(diǎn)閉合,，接通開關(guān)故障跳閘回路,，使開關(guān)動作跳閘,。如圖2 電弧故障保護(hù)起動、跳閘回路所示,。

圖2 電弧故障保護(hù)起動,、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 對接點(diǎn)為五31 柜3個氣室的）串聯(lián)后，再與電弧故障啟動繼電器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）開關(guān)故障跳閘回路,。

　　正常運(yùn)行時,，所有壓力傳感器常閉接點(diǎn)閉合,，電弧故障啟動繼電器線圈帶電動作，繼電器常閉接點(diǎn)斷開,，切斷開關(guān)故障跳閘回路,；當(dāng)某一氣室發(fā)生電弧短路故障時，氣體壓力傳感器的檢測壓力達(dá)到190kPa 時,，其常閉接點(diǎn)打開,，電弧故障啟動繼電器線圈失電復(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 開關(guān)故障跳閘回路，使開關(guān)動作跳閘,。

　　1.4 電弧故障保護(hù)運(yùn)行問題

　　由于電弧保護(hù)以保護(hù)開關(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)行問題：

　?。?）當(dāng)35kV GIS 開關(guān)柜進(jìn)線開關(guān)直流電源失電時,，電弧故障啟動繼電器KC14 和KC15 線圈失電復(fù)歸，繼電器常閉接點(diǎn)閉合,，接通開關(guān)故障跳閘回路,，由于保護(hù)電源同時失電，開關(guān)不會動作,；但此時如送上開關(guān)柜直流電源,，保護(hù)電源受電，而電弧故障啟動繼電器常閉接點(diǎn)21,、22 還來不及動作打開,，開關(guān)故障跳閘回路仍然接通，就造成開關(guān)誤動跳閘,。

　?。?）出于保護(hù)設(shè)備的目的,，發(fā)生電弧短路故障時，必須切斷所有可能的電源進(jìn)線及母聯(lián)開關(guān),。用于檢測各SF6 氣室氣壓的壓力傳感器所有常閉接點(diǎn)串聯(lián),，在任一開關(guān)的其中一個氣室發(fā)生電弧短路故障時，按設(shè)計(jì)要求,，都會使35kV 進(jìn)線五31,、五32和母聯(lián)五33 開關(guān)同時跳閘，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,。

　　（3）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)線開關(guān)提供的方式考慮,，在設(shè)計(jì)電弧故障保護(hù)時，只設(shè)置了跳主變35kV 側(cè)進(jìn)線（五31,、五32）和母聯(lián)開關(guān),，而實(shí)際上，五七變35kV 系統(tǒng)也可能由丙烯變經(jīng)過五丙聯(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)備較長時間面臨電弧故障的惡劣事故.因而必須對這些柜也增加電弧故障保護(hù)。具體見圖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),。

　　每個電弧故障保護(hù)增設(shè)過流保護(hù)來起動,，在直流電源消失后重新送電時,因?yàn)殡娏鳑]變化不會達(dá)到過流動作條件,原來電弧故障保護(hù)的電源恢復(fù)誤跳就可以避免。

　　同時也可以利用電源進(jìn)線開關(guān)過流元件動作與否來判斷故障范圍：即故障側(cè)電源進(jìn)線開關(guān)過流元件動作,，起動電弧故障保護(hù)跳閘,；非故障側(cè)電源進(jìn)線開關(guān)過流元件不動作，也就不會起動電弧故障保護(hù),。再采用過流無延時動作保證快速保護(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,，同時考慮我廠自備電站通過五34,、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)動作時,，為故障氣室供電的電源進(jìn)線開關(guān)還不能再設(shè)計(jì)出簡單的區(qū)分故障范圍的方案,故全部滿足條件的開關(guān)都跳閘,，因此故障氣室的停電不再同時跳開35kV 母聯(lián)開關(guān)（原來用于母聯(lián)的K15改為給其他柜用）。

　　為保證同時滿足上述要求,，對五七變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)不帶延時的過流保護(hù)來起動電弧故障保護(hù)。原理圖如圖3 電源進(jìn)線開關(guān)電弧故障跳閘回路,。

圖3 電源進(jìn)線開關(guān)電弧故障跳閘回路

　　該圖為電源進(jìn)線開關(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 開關(guān)獨(dú)立設(shè)置于各二次回路,，圖中OUT 為不帶延時的過流保護(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）,，在該電源開關(guān)保護(hù)繼電器檢測到過流時閉合,。

　　2.2 改進(jìn)的再分析

　　經(jīng)過上述方案改進(jìn), 增設(shè)不帶延時的過流保護(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題 。但經(jīng)過考慮我廠實(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,，恰好有裝置大電機(jī)啟動，將會造成過流保護(hù)動作,，仍會誤起動電弧故障保護(hù),。電網(wǎng)中的過負(fù)荷電流與短路電流有時差異不大，因而按躲過最大負(fù)荷電流整定的過電流保護(hù)在有些情況下不能滿足靈敏性要求,，但由于在過負(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)有低電壓滿足時才允許動作。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的過流保護(hù)出口,，用來起動電弧故障保護(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)在對各種情況下都能繼續(xù)保持速動性和選擇性,，同時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 個串聯(lián)連接，再與五31,、五32 柜電弧故障啟動繼電器KC14,、KC15 的線圈串聯(lián)（4 個該繼電器為并聯(lián)關(guān)系）；六個可能電源進(jìn)線綜保SEL 都獨(dú)立設(shè)置過流保護(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)過流啟動值

　　3.3 動作分析

　　當(dāng)某一氣室發(fā)生電弧短路故障時,，氣體壓力傳感器的檢測壓力達(dá)到190 kPa 時,，其常閉接點(diǎn)打開，所有電弧故障啟動繼電器線圈失電復(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)過各自的過電流判斷是否滿足動作條件，即如果是供電到該氣室的開關(guān)就啟動故障跳閘回路,，使該開關(guān)動作跳閘,。

　　4 結(jié)論

　　“低電壓閉鎖無延時過流”和電弧故障保護(hù)“與”關(guān)系配合使用，充分利用了現(xiàn)場條件,，方案合理,，接線簡單、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)用問題,，也解決了電弧故障保護(hù)控制電源恢復(fù)時開關(guān)誤跳的問題,。