專利名稱：預防變電站工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動的方法
技術領域：
本發明涉及一種預防變電站工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動的方法，屬于電力系統變電站保護技術領域。
背景技術：
500kV長清變電站是高電壓樞紐變電站之一。2009年4月13日，500kV長清變電 站出現了兩次在一次系統無故障、保護未動作、人員未操作情況下的斷路器大面積跳閘導致變電站全站停電的重大事故。事故的發生不僅給變電站造成了損失，還危及到了電網的安全運行。另外在德州發電廠等也出現過類似的問題，沒有得到很好的解決。斷路器大面積跳閘導致變電站全站停電的重大事故問題非常突出，之前雖有相關的故障處理，但分析問題與解決的問題思路相差甚遠。類似于上述實例所講的運行變電站內出現的斷路器無故障跳閘事故，尤其是系統無故障、保護未動作、人員未操作情況下，由干擾問題造成的斷路器分相跳閘、重合閘動作、接著三相跳閘的系列問題，一直沒有找到故障的原因以及處理方法。
發明內容
本發明針對運行變電站內出現的變電站工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動的問題，提供了一種能夠杜絕變電站存在的工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動作、斷路器誤跳的方法。為實現上述目的，本發明提出如下技術方案。一種預防變電站工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動的方法，至少包括以下措施中的一項I、降低斷路器控制回路雜散電容的指標減少電纜數量，能夠有效的降低雜散電容值。對雙重化配置的保護，采取A柜跳第一跳圈、B柜跳第二跳圈的原則，使并聯電纜的數量減少一半，由保護跳閘電纜產生的雜散電容指標降低1/2,以削弱傳輸干擾信號的幅度。2、提高跳躍閉鎖繼電器TBIJ的保持電流在規定的跳躍閉鎖繼電器TBIJ的保持電流范圍內取上限，將TBIJ保持電流提高到80%Ie=0. 35A，以提高TBIJ的抗干擾能力。3、增加跳躍閉鎖繼電器TBIJ的動作時間將跳躍閉鎖繼電器TBIJ的電流動作時間增加到20ms，以躲過暫態以及工頻干擾對TBIJ的影響。以上3項措施若共同發揮作用，就能夠更好地解決變電站暫態以及工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動作的問題。由此有效地避免了保護誤動、斷路器誤跳、信號誤發、設備誤停的一系列問題；從而避免了設備大面積停電對電網造成的沖擊影響。因此，解決變電站暫態以及工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動作的方法的有效性得到證實。
本發明的有益效果是，通過降低斷路器控制回路雜散電容的指標、提高跳躍閉鎖繼電器TBIJ的保持電流、增加跳躍閉鎖繼電器TBIJ的動作時間的措施，能夠有效地預防并解決變電站暫態以及工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動作、斷路器跳閘、變電站大面積停電的事故，從而增減少電網的不穩定因素。
圖I，500kV長清站一次系統結構圖。圖2，跳閘時的故障錄波圖形。圖3，斷路器的跳閘回路原理圖。圖4，斷路器跳躍閉鎖繼電器的接線圖。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。以500kV長清變電站為例，本實施例分析了解決變電站工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動作的方法的實例，展示了在尋找故障的檢測方法，在確定干擾信號來源，干擾信號的傳輸造成跳躍閉鎖繼電器誤動、斷路器跳閘的原因，以及在建立合理的指標體系方面所做的工作。在現場使用20MHz帶寬錄波器對操作干擾電壓、電流進行了錄波；對二次回路、斷路器參數等進行了檢查；對與雜散電容有關的布局問題進行了分析，從而確定了故障的原因。通過研究500kV長清變電站斷路器誤跳的特殊性，確立了解決斷路器抗干擾跳閘問題的歷史突破要點(1)斷路器跳閘的主體不同，此地起動的是分相斷路器跳閘；(2)干擾信號起動的對象不同，此地起動的是跳躍閉鎖繼電器TBIJ ；(3)干擾信號流過的途徑不同，此地流過的主要途徑是1133跳閘回路對地雜散電容，使干擾信號避開了跳閘線圈。2009年4月13日，500kV長清變電站運行方式如下。500kV系統濟長I線、濟長II線、聊長I線、5022聊長II線、#2主變5021斷路器、#3主變5013斷路器、500kV#l母線高抗運行，第一串、第二串、第三串、第四串并串運行。220kV系統長文線、長興I線、石長III線運行于#1A母線；石長II線、石長IV線、長興II線、#2主變202斷路器運行于#2A母線；石長I線、長許I線、#3主變203斷路器運行于#1B母線；長許II線、長黨線運行于#2B母線；#1A、#1B、#2A、#2B母線并列運行。#2主變負荷49麗，#3主變負荷39麗。長清變電站一次系統結構見圖1，圖I中5023 50115012 200A 200B 5041 5042 5031 5032 均代表斷路器開關編號。一、故障現象I、白天的跳閘2009年4月13日14時27分，5022斷路器、21F斷路器、22F斷路器跳閘。監控后臺顯示多個間隔失去遙信和遙測；5022、21F、22F斷路器非法位置且無電流指示；S0E報出
很多錯誤信號。保護信號，5022、21F、22F保護沒有動作報文，但在三個斷路器的操作箱上有不同的跳閘指示5022斷路器保護屏，CH燈亮；21F分段斷路器操作箱，I路跳閘的TA、TB、TC燈亮，II路跳閘的TA燈亮，TB,TC燈不亮；22F分段斷路器操作箱，I路跳閘的TA、TB、TC燈亮，II路跳閘的，TA、TB、TC燈亮。 其他保護屏上沒有動作信號。故障錄波器無故障錄波圖形。直流絕緣監察裝置有異常報警。2、晚上的跳閘2009年4月13日22時56分，5021斷路器、5022斷路器、2IF斷路器、22F斷路器
跳閘，SOE報出很多錯誤信號。保護信號，5021、5022、21F、22F斷路器保護沒有動作報文，但在四個斷路器的操作箱上有不同的跳閘指示5021斷路器保護屏，TA、TB、TC燈亮；5022斷路器保護屏，TA、TB、TC燈亮，CH燈亮；繼電器屏分段I 21F斷路器操作箱，I路跳閘的TA、TB、TC燈亮，II路跳閘的TA、TB、TC燈亮；繼電器屏分段II 22F斷路器操作箱，I路跳閘的TA、TB、TC燈亮；II路跳閘的TA、TB燈亮，TC燈不亮。其他保護屏上沒有動作信號。故障錄波器波形顯示#2主變中壓220kV側A相電壓波形有明顯的畸變現象，跳閘時的故障錄波圖形見圖2。直流絕緣監察裝置有異常報警。跳閘前進行的工作，監控人員檢查并更換上次損壞的插件板。二、檢查過程事故后在現場分別對各跳閘斷路器控制回路的保護、監控等能夠起動跳閘的設備及回路進行了全面檢查，其靜態特性均正常，絕緣情況良好，沒有找到跳閘的起因。最后對能夠反應其動態特性的指標進行了檢查。包括出口繼電器動作電壓、動作功率參數測試；跳閘回路分布電容測試；5022斷路器分相控制回路TBIJ的動作電流測試；5022斷路器跳閘線圈的動作電壓測試等，這些參數的結果能夠分析跳閘斷路器的跳閘的原因。I、動作功率參數測試斷開上述四個斷路器兩側的刀閘，斷開斷路器的控制電源，并做好安全措施，測試出口繼電器的動作功率。斷路器的跳閘回路見圖3，圖3中，TJRA、TJRB, TJRC為跳閘出口繼電器，C斷路器控制回路的雜散電容。動作功率測試數據如下。5021斷路器第一控制回路IlTJRA相，動作電壓110V，動作電流5. 3mA，動作功率O. 58W ；B相，動作電壓110V，動作電流5. 3mA，動作功率O. 58W ；C相，動作電壓119￥，動作電流5.811^，動作功率0.691;5021斷路器第二控制回路21TJRA相，動作電壓110V，動作電流5. 3mA，動作功率O. 58W ；B相，動作電壓110V，動作電流5. 3mA，動作功率O. 58W ；C相，動作電壓119￥，動作電流5.811^，動作功率0.691;5022斷路器第一控制回路IlTJRA相，動作電壓115￥，動作電流5.411^，動作功率0.621;B相，動作電壓113￥，動作電流5.311^，動作功率0.601;C相，動作電壓113￥，動作電流5.311^，動作功率0.601;5022斷路器第二控制回路21TJRA相，動作電壓123V，動作電流5. 8mA，動作功率O. 71W;
B相，動作電壓121V，動作電流5. 7mA，動作功率O. 69W;C相，動作電壓120V，動作電流5. 7mA，動作功率O. 68W;21F斷路器第一控制回路TJRI動作電壓120V，動作電流2. 9mA,動作功率O. 35W ；21F斷路器第二控制回路TJRII動作電壓138V，動作電流3. 4mA,動作功率O. 47W ；22F斷路器第一控制回路TJRI
動作電壓128V，動作電流3. ImA,動作功率O. 40W ；22F斷路器第二控制回路TJRII動作電壓139V，動作電流3. 4mA,動作功率O. 4712、雜散電容參數測試四個斷路器控制回路雜散電容的測試數據如下。5021斷路器第一控制回路，101對133之間的雜散電容為50. 4nf ；5021斷路器第二控制回路，201對233之間的雜散電容為40. 3nf ；5022斷路器第一控制回路，101對133之間的雜散電容為45nf ；5022斷路器第二控制回路，201對233之間的雜散電容為44nf ；21F斷路器第一控制回路，101對R133之間的雜散電容為95nf ；21F斷路器第二控制回路，201對R233之間的雜散電容為64nf ；22F斷路器第一控制回路，101對R133之間的雜散電容為92nf ；22F斷路器第二控制回路，201對R233之間的雜散電容為71nf。3,5022斷路器分相控制回路TBIJ的動作電流測試斷路器跳閘線圈與跳躍閉鎖繼電器的接線見圖4。圖4中，TBIJ為斷路器跳躍閉鎖繼電器的電流自保持線圈，TXJ為信號繼電器。A相，動作電流O. 33A,動作電壓I. 20V，動作功率O. 40W ；B相，動作電流O. 33A,動作電壓I. 19V，動作功率O. 39W ；C相，動作電流O. 34A,動作電壓I. 24V，動作功率O. 42W。4,5022斷路器跳閘線圈的動作電壓測試A相，動作電壓80V，動作電流為O. 16A，動作功率12. 80W ；B相:動作電壓75V，動作電流為O. 14A，動作功率10. 50W ；C相動作電壓75V，動作電流為(λ 14A，動作功率10. 50W。二、跳閘原因分析I、是強干擾信號侵入直流系統(I)是強干擾信號直接侵入直流系統導致了第一次跳閘第一次跳閘時，伴隨著直流系統絕緣監察裝置異常報警，絕緣下降，控制母線電壓正負極不對稱等現象，可以斷定是強干擾信號侵入了直流系統。當強干擾信號侵入直流系統后，直流系統出現過電壓，使測控系統十三塊遙信板被燒壞，某些部位絕緣被擊穿；導致監控后臺顯示多個間隔失去遙信，斷路器的位置信號不正確，SOE系統發出多處錯誤信號，與故障現象相吻合。(2)是交流與直流系統經電子元件混在了一起導致了第二次跳閘
第二次跳閘時，伴隨著直流系統絕緣監察裝置報異常，絕緣下降，控制母線電壓正負極不對稱，#2主變中壓220kV側A相電壓波形有明顯的畸變等現象，錄波圖形見圖4，可以斷定是交流與直流系統經電子元件混在了一起。第一次跳閘后，斷路器測控系統某些部位的被擊穿，出現了絕緣的薄弱環節。當交流與直流系統經測控系統的電子線路元件混在了一起時，交流信號也混入了直流系統，#2主變中壓側A相電壓波形的明顯畸變現象和直流接地可以解釋這一點。2、是雜散電容為干擾信號提供了通道當交流量竄入直流回路時，若無對地分布電容的影響，一般情況下只會引起直流瞬間接地而無嚴重后果。而當跳閘回路分布電容較大時，干擾信號將會經雜散電容起動操作箱出口繼電器，造成斷路器跳閘。從事故后現場測試的數據來看，跳閘的四個斷路器控制回路的雜散電容指標都比較大，動作功率都比較低。雜散電容大的問題分析如下。·
#2主變保護A、B、C柜分別跳5021、5022斷路器的電纜是從主變保護室到500kV保護室的，跨越距離遠，因為每個柜子都要跳兩個跳閘線圈，故電纜有六根之多，所以5021、5022斷路器操作箱跳閘回路的電容較大。220kV — (二)小室的分段21F (22F)斷路器操作箱均有引自220kV 二 (一)小室母差保護的長電纜，電纜共四根，另外由主變保護小室分別到220kV —小室和二小室的#2、#3主變保護跳分段21F、22F斷路器的長電纜各8根，雖然主變保護跳分段斷路器的壓板未投，但回路存在，所以分段21F、22F斷路器操作箱跳閘回路的電容也較大。3、是操作箱跳閘出口繼電器的動作功率太低根據測試的結果可知，四個斷路器的動作功率均不足1W。如此，500kV變電站斷路器無故障跳閘的三個因素已經具備系統的干擾信號存在；出口繼電器的動作功率過低；電纜的耦合電容太大。詳見500kV聊城站斷路器無故障跳閘的問題分析。4、是跳躍閉鎖繼電器的電流保持回路誤起動500kV斷路器的跳閘問題有其特殊之處。以往斷路器的誤跳閘事故中，都是起動了操作箱三相的跳閘出口繼電器TJR，從而直接跳三相。本次220kV斷路器21F、22F是直接跳三相，但5022斷路器的兩次跳閘都是先跳B相，重合后再跳三相，說明此次500kV斷路器誤跳有其特殊性第一，斷路器跳閘的主體不同，此地起動的是分相斷路器跳閘；第二，干擾信號起動的對象不同，此地起動的是跳躍閉鎖繼電器TBIJ ;第三，干擾信號流過的途徑不同，此地流過的是1133對地雜散電容，避開了跳閘線圈。所有這些統稱為解決斷路器跳閘問題的歷史突破，分析如下。(I)干擾信號通過的主要途徑是橫向雜散電容通道在跳閘回路中，經過跳躍閉鎖繼電器的干擾信號主要有兩路通道第一路是1133回路對地的所謂橫向雜散電容，該電容(2=901^，為電源正極經過C傳送來的干擾信號對地的泄露提供通道，設該回路電流為h。第二路是所謂的縱向跳閘線圈TQ，該線圈電阻R=500Q，為電源+極經過C1來的干擾信號到-極的對地的泄露提供通道，設該回路電流為i2。由于TQ的電阻R=500Q，因此限制了該回路電流i2的強度。因此，經過跳躍閉鎖繼電器的電流是以I1為主，是I1起動了跳躍閉鎖繼電器。
(2)干擾信號不可能起動跳閘線圈TQ直接跳閘由干擾信號產生的i2不可能起動跳閘線圈TQ直接跳閘，一方面i2的幅度受到R=500 Ω電阻的限制，數值有限；另一方面TQ的動作功率為10. 5W，不容易起動。(3)干擾信號起動了 5022斷路器分相跳閘回路的跳躍閉鎖繼電器TBIJ分析認為，本次5022斷路器沒有起動三相跳閘回路，而是起動了分相跳閘回路；另外，干擾信號不是起動的跳閘出口繼電器TJR，而是起動了分相跳閘回路中的電流型跳躍閉鎖繼電器TB IJ ;并且起動的是跳躍閉鎖繼電器的電流保持回路，繼電器動作后其輔助接點保持，使跳閘回路導通，直到斷路器跳開。測試結果也表明了這一點，TBIJ的起動電流較低，返回電流與保持電流更低，易受干擾信號的影響，一有風吹草動就會動作。(4)跳躍閉鎖繼電器TBIJ放大了干擾信號的負面作用TBIJ設計的目標是保持保護等動作的狀態，此地卻保持了干擾信號的狀態，同時放大了干擾信號的負面作用。可見，斷路器的跳閘是跳躍閉鎖繼電器保持回路充當了起動跳閘回路造成的；是干擾信號電流I1的作用將跳躍閉鎖繼電器TBIJ誤起動，而且TBIJ起動并保持了動作的狀態，其動作邏輯與設計的出發點相違背。5、與其他斷路器的比較(I)與#3主變斷路器的比較兩次跳閘事件中，#3主變斷路器均未動作。究其原因，#3主變斷路器的保護屏及操作箱是改造后新安裝的設備，所采用的出口繼電器都已經執行了反事故措施，動作功率均大于兩瓦，不具備斷路器誤動的因素。(2)與220kV備用間隔的比較為了便于比較，對220kV備用間隔的雜散電容進行了測試，結果是電容不到2nf，遠小于本次誤動的21F斷路器雜散電容值95nf。側面證明21F斷路器的電容值嚴重超標，為干擾信號入侵提供了通道。四·防范措施基于以上分析，重點采取以下防范措施，防止發生類似的斷路器誤動問題。I、降低斷路器控制回路雜散電容的指標減少保護跳閘電纜的數量，能夠有效的降低雜散電容值。對雙重化配置的保護，采取A柜跳第一跳圈、B柜跳第二跳圈的原則，使并聯電纜的數量減少一半，由保護跳閘電纜產生的雜散電容指標降低1/2，以削弱傳輸干擾信號的幅度；2、提高跳閘出口繼電器的動作功率將出口繼電器TJR的動作功率提高到2瓦以上，以提高出口繼電器的抗干擾能力。3、調整跳躍閉鎖繼電器TBIJ的保持電流在規定的跳躍閉鎖繼電器TBIJ的保持電流范圍內取上限，將TBIJ保持電流提高到80%Ie=0. 35A，以提高TBIJ的抗干擾能力，Ie為跳躍閉鎖繼電器的額定電流。4、增加跳躍閉鎖繼電器TBIJ的電流動作時間將跳躍閉鎖繼電器TBIJ的電流動作時間增加到20ms，以躲過暫態以及工頻干擾對TBIJ的影響。上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以 內。
權利要求
1.一種預防變電站工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動的方法，其特征在于，至少包括以下措施中的一項 (1)降低斷路器控制回路雜散電容的指標； 對雙重化配置的保護，采取A柜跳第一跳圈、B柜跳第二跳圈的原則，使并聯電纜的數量減少一半，由保護跳閘電纜產生的雜散電容指標降低1/2 ； (2)提高跳躍閉鎖繼電器TBIJ的保持電流； 在規定的跳躍閉鎖繼電器TBIJ的保持電流范圍內取上限，將TBIJ保持電流提高到80%Ie=0. 35A ；Ie為跳躍閉鎖繼電器的額定電流； (3)增加跳躍閉鎖繼電器TBIJ的動作時間； 將跳躍閉鎖繼電器TBIJ的電流動作時間增加到20ms。
2.如權利要求I所述的預防變電站工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動的方法，其特征在于，同時采用以上三項措施。
全文摘要
本發明提供了一種預防變電站工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動的方法，至少包括以下3項措施(1)減少電纜數量，降低雜散電容的指標；(2)將TBIJ保持電流提高到80%Ie=0．35A；(3)將跳躍閉鎖繼電器TBIJ的電流動作時間增加到20ms。若以上3項措施共同發揮作用，就能夠更好地解決變電站工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動作的問題。運行結果證明，采取措施后變電站工頻交流干擾導致跳躍閉鎖繼電器誤動作的問題得到徹底解決。由此避免了干擾導致的開關跳閘、設備大面積停電等故障，對保證電網的正常運行發揮了重要作用。
文檔編號H02H7/22GK102916405SQ20121046855
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者蘇文博, 王濤, 孫健, 劉延華, 呂強 申請人:山東電力集團公司電力科學研究院, 國家電網公司