选相分合闸装置与重合闸功能配合回路优化

选相分合闸装置与重合闸功能配合回路优化

郑星星, 邓光武, 包威, 周登波, 熊双成

中国南方电网超高压输电公司广州局广州 510405

Study Coordination of PSD Devices and Line-Reclosing Function

Zheng Xingxing, Deng Guangwu, Bao Wei, Zhou Dengbo, Xiong Shuangcheng

Guangzhou Branch Extra High Voltage Power Transmission Company China Southern Power Grid Guangzhou 510405 China

责任编辑: 崔文静

收稿日期: 2014-11-3 网络出版日期: 2015-05-25

Received: 2014-11-3 Online: 2015-05-25

作者简介 About authors

郑星星男 1989年生,本科,助理工程师,主要研究方向：±800kV 特高压直流输电系统研究及运行维护工作。

邓光武男 1980年生,研究生,高级工程师,主要研究方向：±800kV特高压直流输电系统研究及运行维护管理工作。

摘要

结合某换流站500kV 3/2接线开关场线路–变压器串线路重合闸装置异常实例,介绍了事件背景、异常原因查找过程。回路检查、绝缘测试及更换操作继电器箱插件等方法未消除异常,通过分析选相分合闸装置和开关操作继电器箱控制配合回路,确定重合闸装置异常是由于选相分合闸装置的控制回路将开关操作继电器箱内的分合闸继电器旁路而导致重合闸异常放电闭锁。指出电力系统内类似工况开关存在重合闸误动、拒动的潜在隐患。提出了改进措施并在工程实践中实施,为今后直流输电系统的设计、调试以及相关装置功能升级完善提供了重要的参考。

关键词： 重合闸异常 ; 选相分合闸 ; 旁路 ; 隐患 ; 改进

Abstract

On the basis of an abnormal case of reclosing line of a 500kV 3/2 switch yard in a converter station, this paper describes the background of the case, and investigates reasons behind this anomalies. Loop checking, insulation testing, replacing plug-ins in the operating relay box and other method was not to eliminate anomalies. By analyzing the coordination of the election phase of closing devices with the control loop of the switch operations relay box, the abnormality was due to the control loop in the phase selection of closing devices that has bypassed open and close relay in the switch operation relay box which led to reclose abnormal discharge atresia. This paper identifies the existence of malfuction in switch reclosing, and potential tripping hazards in similar conditions in the power system. Counter-measures are proposed to be implemented in engineering practice,providing an important reference for improvement for future HVDC system design,commissioning and related devices feature upgrades.

Keywords： Abnormal reclosing ; PSD bypass ; hidden trouble ; improve

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本文引用格式

郑星星, 邓光武, 包威, 周登波, 熊双成. 选相分合闸装置与重合闸功能配合回路优化. 电气工程学报[J], 2015, 10(5): 82-86 doi:

Zheng Xingxing. Study Coordination of PSD Devices and Line-Reclosing Function. Journal of Electrical Engineering[J], 2015, 10(5): 82-86 doi:

1 引言

根据实际运行经验以及统计数据,大容量容型、感性设备在投切过程中会产生较大的谐波、涌流以及过电压冲击,极易造成设备损坏^[1,2]。为了减小交流滤波器和变压器在投切过程中产生的涌流冲击和暂态过电压,某换流站在相关设备开关配置了PCS-9830型选相分合闸（PSD）装置来实现容性、感性装置平稳投退。该装置实时采集参考电压,随机接受来自测控装置的分合闸命令,经装置处理分合闸命令总能在预定的电压相位进行分合闸,可有效避开随机分合闸带来的暂态过电压及过电流问题^[3,4,5,6]。图1为选相分合闸装置某次现场调试波形,对比两种情形下的合闸瞬时电流,不带PSD装置合闸时,涌流达额定值2倍左右,PSD装置投入后合闸电流近乎为基波电流值。根据现场实际调试效果,带PSD装置进行小组交流滤波器的投退,可以有效降低滤波器投退过程中所产生的涌流。

图1

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图1 选相分合闸装置控制下的合闸波形

Fig.1 PSD device closing waveforms diagram

该站500kV交流场采用3/2接线,图2为其中一线路变压器间隔接线方式,运行人员在500kV换江乙线启动结束第一次投入线路重合闸后,5052开关重合闸“充电满”灯不亮,报文显示“重合闸闭锁开入”。线路重合闸装置异常放电闭锁。

图2

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图2 500kV 交流场第五串出线示意图

Fig.2 A brief view of 500kV AC field about fifth-string outlet

2 异常原因查找

重合闸闭锁回路原理接线图^[7,8,9]如图3所示。图中说明了在三种条件会造成重合闸闭锁：手动分闸、保护三跳及装置断电。根据以往的装置异常分析处理方法^[10,11,12],开展以下工作：

（1）对5052开关操作继电器箱回路、汇控箱回路进行了检查未发现异常。

（2）对重合闸闭锁开入回路进行绝缘检查绝缘阻值符合要求。

（3）对所有开入重合闸闭锁开入装置及回路进行检查未发现异常。

（4）为排除由于触点粘连而造成重合闸异常放电闭锁,用同型号的操作继电器箱的插件对该开关的操作继电器箱进行了更换,重合闸闭锁开入依然存在。

图3

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图3 断路器保护装置重合闸闭锁回路示意图

Fig.3 Breaker protection reclosing device lockout circuit

上述工作排除了外部异常开入和操作继电器箱触点粘连造成重合闸放电闭锁的可能性。对比其他间隔将本间隔PSD装置退出,确定重合闸闭锁与选相分合闸控制回路有关。

3 重合闸装置异常原因分析

3.1 控制回路分析

手动分合闸原理接线图如图4所示,1SHJ、1STJ为手动合闸、分闸继电器,HHJ为合后位置继电器,HBJ、TBJ为合闸、分闸保持继电器。

图4

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图4 手动分合闸原理接线图

Fig.4 Manually open and close loop of operation box

选相分合闸控制回路原理接线图如图5所示。通过“旁路/投入开关S1”可以控制PSD装置的投入与退出。PSD装置退出时,分合闸回路与传统回路无异;PSD装置投入时,可控制断路器三相依次在系统电压波形的指定相角处分合,分相分合闸脉冲直接作用于分合闸线圈,旁路操作继电器箱1STJ、1SHJ及HHJ继电器。即HHJ触点不能正确反映断路器的状态,造成重合闸装置异常放电闭锁。

图5

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图5 PSD 装置接入时分合闸原理接线图

Fig.5 Open and close circuit about connecting PSD device

异常现象有两种形式：

（1）合后位置继电器初始状态在“分后位置”,即常开触点打开,常闭触点闭合。由于HHJ继电器被旁路,进行手动操作,HHJ继电器状态不改变。造成开关保护装置认为开关在“分后位置”,重合闸装置一直保持放电闭锁状态,即使开关在合位,重合闸功能亦不起作用。此时若发生单相故障,跳闸后线路无法进行正常的重合,造成重合闸装置拒动。

（2）合后位置继电器初始状态在“合后位置”,即常开触点闭合,常闭触点打开。同样操作开关后, HHJ合后位置继电器状态也不发生变化,开关保护装置认为开关在“合后位置”,不发闭锁重合闸信号,开关手动分闸后重合闸将动作重新合开关,造成重合闸装置误动作。

3.2 试验验证

为验证上述结论,现场开展了以下试验：

（1）HHJ在“分后位置”,带PSD装置远方合上5052开关,查看开关保护有闭锁重合闸开入,重合闸“充电满”灯不亮,重合闸装置异常;同样操作在退出PSD装置情况下重合闸功能正常。

（2）HHJ在“合后位置”,手动合上、分开开关,重合闸“充电满”灯均点亮;且在重合闸方式为三重或综合重合闸方式下手动分开后开关重新合上,重合闸装置误动作。

通过以上排查,线路–变压器串中中断路器重合闸装置异常确因PSD装置与重合闸控制回路配合问题引起。

4 改进措施

针对上述问题提出了三种改进措施：

（1）将HHJ常闭触点闭锁重合闸改为由STJ常开触点闭锁重合闸,这是目前一些开关保护厂家所采用的常见方法,原理图如图6所示。该措施可以解决HHJ合后位置继电器无励磁的情况下重合闸闭锁问题,保证开关在合位时重合闸装置可以正常工作。

图6

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图6 用STJ触点闭锁重合闸

Fig.6 Reclosing lockout with STJ node

但1STJ继电器亦被旁路,手动分闸时1STJ触点不闭合,重合闸装置不能收到闭锁信号,开关保护会误认为是开关偷跳,重新合上开关。目前南方电网500kV线路重合闸方式主要采用的是单相重合闸方式,手动分闸是三跳,所以在当前运行方式下,手动跳闸后重合闸不会动作,可以满足运行需要,但从设计角度来说,开关手动跳闸没有闭锁重合闸本身就是错误的,不符合继电保护设计要求^[13]。最大的问题在于,在特殊运行方式下（重合闸方式为三重或者综合重合闸方式）,手动分闸后将造成重合闸误动作。据了解目前国内已投运换流站的相关开关也多为此类型回路,这是电网安全稳定运行的一个潜在隐患。

（2）在上文的基础上,取消1STJ或HHJ触点闭锁重合闸,额外提供一条手动分闸信号用于闭锁重合闸。由测控装置中引出一副手动跳闸辅助触点或者是PSD装置在发出三相分闸命令同时发一个重合闸闭锁命令。目前PSD装置内部未提供备用辅助触点,由PSD装置发闭锁重合闸命令的方法不可行。只能利用测控装置发分闸命令的同时再发一条重合闸闭锁信号。结合现场实际情况,可通过以下两种方法来实现：

1）在远跳命令出口处引一回路至开关操作继电器箱内,通过励磁操作继电器箱内备用继电器,驱动其辅助触点来闭锁重合闸,原理如图7所示。

图7

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图7 采用备用接点闭锁重合闸示意图

Fig.7 Reclosing lockout with standby node

该方法的优点是,无需增加设备和更改测控装置控制逻辑,只需利用控制接口屏与开关保护屏间的备用电缆芯线与操作继电器箱内的备用继电器即可实现,其原理简单,无需更改原有硬接线,整改工作量较小。但手跳命令与重合闸闭锁命令回路形成并联,不符合继电保护设计要求,两个回路共用一副触点可靠性低,要求测控装置触点有足够的输出容量,继电器触点负载过重将造成触点熔焊^[14]。

2）利用测控装置本身的备用触点,在装置发出分闸命令的同时闭合该备用触点来闭锁重合闸即提供另一命令输出口。该方法的优点是,无需更改硬接线,利用屏柜间原有的备用芯线就可实现,可靠性更高,接线工作量小。其不足之处是需要修改原有测控装置的控制逻辑,升级测控装置软件,以实现发分闸命令的同时闭合一副备用触点。但总体来看,该方法运行安全性高,经济性较好,综合性能最优,在新工程中应优先采用。

5 结论

选相分合闸装置与重合闸功能的配合问题不仅仅出现在该换流站内,据了解在南方电网和国家电网内同类型断路器间隔均存在此类问题,即选相分合闸装置与重合闸功能配合不当所造成的中开关重合闸异常问题和手分断路器后重新合闸的潜在隐患。限于当前国内500kV线路重合闸方式选择为单重的运行方式以及断路器的不同运行工况,问题并未暴露出来,在运行方式发生改变后这些问题就有可能凸显出来,造成不必要的损失。本文分析了3/2接线方式下线路–变压器串中开关配置PSD装置的开关重合闸装置异常原因,提出了三种改进措施并分析了其优劣性,其中利用测控装置本身的备用触点,在装置发出分闸命令的同时闭合该备用触点来闭锁重合闸即提供另一命令输出口的方案已在糯扎渡和溪洛渡工程实践中应用,解决了现场重合闸功能异常问题。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

朱韬析, 王超 .

广州换流站交流滤波器运行存在的问题

[J]. 电力设备, 2007,8(10):66-68.