1 電弧故障保護運行問題

1.1電弧故障保護的作用及意義

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,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電弧故障保護的保護動作原理

各SF6氣室氣壓的壓力傳感器所有常閉接點串聯(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接入開關(guān)故障跳閘回路。正常運行時，所有壓力傳感器常閉接點閉合，電弧故障啟動繼電器線圈帶電動作，繼電器常閉接點斷開，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 電弧故障保護起動、跳閘回路所示。

圖2 電弧故障保護起動、跳閘回路

1.3 電弧故障保護原設(shè)計方案

各SF6氣室氣壓的壓力傳感器所有常閉接點如K701.1、K701.2、K701.3(此3對接點為五31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21、22接入電源進線(KC14)及母聯(lián)(KC15)開關(guān)故障跳閘回路。

正常運行時，所有壓力傳感器常閉接點閉合，電弧故障啟動繼電器線圈帶電動作，繼電器常閉接點斷開，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190 kPa時，其常閉接點打開，電弧故障啟動繼電器線圈失電復(fù)歸，其繼電器常閉接點閉合，接通35kV進線五31、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 電弧故障保護運行問題

由于電弧保護以保護開關(guān)柜為優(yōu)先，以及受到該35kV系統(tǒng)是雙母線運行方式及需要非常靈活地調(diào)整運行方式等設(shè)備限制，造成以下運行問題：

問題１：當(dāng)35kV GIS開關(guān)柜進線開關(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，繼電器常閉接點閉合，接通開關(guān)故障跳閘回路，由于保護電源同時失電，開關(guān)不會動作；但此時如送上開關(guān)柜直流電源，保護電源受電，而電弧故障啟動繼電器常閉接點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。

問題2：出于保護設(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)計要求，都會使35kV進線五31、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)常是擴大了事故范圍。

問題3：此保護未結(jié)合我廠電力系統(tǒng)的具體運行方式，按照五七變35kV系統(tǒng)的電源只由主變35kV側(cè)進線開關(guān)提供的方式考慮，在設(shè)計電弧故障保護時，只設(shè)置了跳主變35kV側(cè)進線（五31、五32）和母聯(lián)開關(guān)。

而實際上，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)計情況下運行必然出現(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。具體見圖1五七變電站35kV一次主接線圖。

2 電弧故障保護改進分析

2.1 改進分析

為消除上述隱患，保證我廠電力系統(tǒng)今后的安全運行，對五七變35kV系統(tǒng)電弧故障保護的設(shè)計進行改進：

每個電弧故障保護增設(shè)過流保護來起動，在直流電源消失后重新送電時,因為電流沒變化不會達(dá)到過流動作條件,原來電弧故障保護的電源恢復(fù)誤跳就可以避免。

同時也可以利用電源進線開關(guān)過流元件動作與否來判斷故障范圍:即故障側(cè)電源進線開關(guān)過流元件動作，起動電弧故障保護跳閘；非故障側(cè)電源進線開關(guān)過流元件不動作，也就不會起動電弧故障保護。再采用過流無延時動作保證快速保護的要求。

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)進線開關(guān)（五31、五32）同樣的電弧故障保護(利用進線柜的K14、K15的接點)。

由于雙母線的運行方式非常靈活,任一氣室電弧故障保護動作時，為故障氣室供電的電源進線開關(guān)還不能再設(shè)計出簡單的區(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)電弧故障保護的設(shè)計進行以下改進：電弧故障跳閘回路中，增設(shè)不帶延時的過流保護來起動電弧故障保護。原理圖如圖3電源進線開關(guān)電弧故障跳閘回路。

圖3 電源進線開關(guān)電弧故障跳閘回路

該圖為電源進線開關(guān)電弧故障跳閘回路改進方案。五31、五32、五35、五39、五34、五40開關(guān)獨立設(shè)置于各二次回路，圖中OUT為不帶延時的過流保護出口接點，由各線路自身現(xiàn)有的綜合保護繼電器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)保護繼電器檢測到過流時閉合。

2.2 改進的再分析

經(jīng)過上述方案改進, 增設(shè)不帶延時的過流保護后,解決了電弧故障保護運行缺陷中所需要解決的問題 。但經(jīng)過考慮我廠實際情況，如變壓器容量不夠大，經(jīng)常出現(xiàn)滿負(fù)荷運行，35kV運行方式經(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，恰好有裝置大電機啟動，將會造成過流保護動作，仍會誤起動電弧故障保護。

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現(xiàn)?，F(xiàn)在OUT為低電壓閉鎖不帶延時的過流保護出口，用來起動電弧故障保護，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)電弧故障保護改進方案

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）；六個可能電源進線綜保SEL都獨立設(shè)置過流保護，其OUT出口分別連接KC14和KC15的不同接點組，再接入各自的跳閘回路。

3.2 計算并設(shè)定GIS電弧保護過流啟動值

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，其繼電器常閉接點閉合，即分別接通35kV進線五31、五32、二變五34、五40、丙稀變五35、五39相應(yīng)跳閘回路接點，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“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在雙母線多電源系統(tǒng)的運用問題，也解決了電弧故障保護控制電源恢復(fù)時開關(guān)誤跳的問題。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為陶向東。）