一种防止因断路器闪络损坏变压器的继电保护方法

摘要

本发明公开了一种防止因断路器闪络损坏变压器的继电保护方法。该方法保护动作于跳开发生闪络的断路器的所有相邻断路器，不启动断路器失灵保护。该保护方法适用于没有机端断路器的发电机‑变压器组的变压器高压侧并网断路器的保护，保护动作延时取100ms，保证在250ms内跳开发生闪络的断路器的所有相邻断路器。现行的保护方法，从断路器闪络保护启动到失灵保护出口的延时普遍较长，往往造成变压器的损坏。本发明融合了断路器保护和变压器保护，断路器闪络之后，直接跳开所有相邻断路器，实现在250ms内隔离故障，避免故障范围的扩大，保证变压器不受损坏，本发明得到国家标准《GB1094.5‑2008电力变压器第5部分：承受短路的能力》理论和试验的支撑，有很大的应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种防止因断路器闪络损坏变压器的继电保护方法。

背景技术

在发电机-变压器组通过升压变压器高压侧断路器并网的过程中，断路器断口上的电压差随着断口两侧的系统电压和发变组空载电压之间的角差变化而不断变化，当某相角差为180°时，断口两侧就会出现2倍于运行电压的电压差。此时，如果断路器内部绝缘存在缺陷或外部绝缘存在污秽，都极易发展为断路器闪络事故。国内的一些电厂因为投运时间较长(15年以上)，存在设备老化，断路器绝缘局部失效的问题，因此发生断路器闪络的情况大大增加。

断路器闪络故障需要通过断路器闪络保护进行切除。断路器闪络保护的动作条件是断路器处于断开位置，并有负序电流出现，这一点已经在行业内得到认可。但是，对于闪络保护的动作时间和动作方式还存在较多争议。目前，通常采用的方法是根据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》，即当机端没有断路器时，动作于灭磁同时启动断路器失灵保护。

按照发电机经典理论，发电机灭磁后，即使磁场磁场断路器及时断开，由于励磁回路的电感的影响，发电机励磁回路在磁场断路器切断瞬间会有一个反方向的冲击电压，数值最大时可达到数倍的额定值。该电流在励磁回路存在，继续维持定子的电压，并且会持续数秒钟。因此，在断路器发生断口闪络发生后，按照现行的闪络保护方法，即使闪络保护动作，动作于灭磁，但因为发电机机端电压不会立即消失，故障电流仍然还会存在，故障状态没有改善。

此时，断路器闪络故障只能靠断路器失灵保护来切除。而对于失灵保护的时限，DL/T559-2007《220kV～750kV电网继电保护装置运行整定规程》7.2.10.2条规定，“在双母线接线方式下，以较短时限(约250～350ms)动作于母联或分段断路器，以较长时限(约500ms)动作于断开与拒动断路器连接在同一母线上的所有断路器；在3/2断路器接线方式下，可直接经一时限(约200～500ms)跳本断路器三相及与拒动断路器相关的所有断路器，包括经回路断开对侧的断路器。也可经较短时限(约130～150ms)动作于跳本侧断路器三相，经较长时间(约200～250ms)跳开与拒动断路器相关联的所有断路器，包括经远方跳闸通道断开对侧的线路断路器”。

即就是，从断路器闪络保护启动到失灵保护出口的延时之和，对于双母线接线方式，跳开母联或分段断路器时限的范围大约是350～450ms，跳开本侧母线上所有断路器时限的范围大约是500～600ms。对于3/2断路器接线方式，一种设置方式时限范围是300～700ms，跳本断路器三相及与拒动断路器相关的所有断路器。另一种设置方式时限范围是约230～350ms，动作于跳本侧断路器三相；在300～450ms，跳开与拒动断路器相关联的所有断路器。

这些时限的设置，无论是哪一种，从闪络保护启动到失灵保护跳开相关断路器，时限都超过250ms。而按照GB1094.5-2008《电力变压器第5部分：承受短路的能力》的规定，容量在2500kVA以上变压器，短路延时不大于250ms时应无损伤，即如果事故持续时间超过250ms，则可能会造成变压器损坏。并且，对于闪络故障，因为断口两侧电压相位相反，流过变压器的电流2倍于两侧电源为同相位时的短路电流，会在短时间内给变压器带来巨大的损坏。

2012年江苏省某电厂发电机与系统解列后大约9s，主变高压侧开关A相发生闪络，导致对地放电，闪络保护动作后因为电流衰减又返回，当闪络保护第二次动作后，启动失灵保护，但因失灵保护因延时较长，导致事故持续发展，最终直到1.6s后主变高压侧A相开关爆炸才导致故障点完全熄弧。

2014年江苏省某电厂2号主变高压侧2502断路器C相发生断路器闪络故障，闪络保护故障后340ms，变压器绕组失稳、变形，继而发生短路接地，最终导致在379ms，变压器差动速断保护、主变重瓦斯保护、主变压力释放保护动作。

2014年贵州省某电厂升压站第一串5013断路器B相发生断路器闪络故障，闪络保护故障后因主变内部发生严重故障，507ms主变重瓦斯动作，572ms主变差动保护、主变差动速断保护动作。

针对现行断路器闪络保护方法的不足，有必要提出一些改进方案或优化方法，保证能快速隔离或切除断路器的闪络故障，以免故障电流损坏变压器造成巨大的经济损失。

发明内容

本发明的目的在于针对现行断路器闪络保护方法的不足，提供了一种防止因断路器闪络损坏变压器的继电保护方法，用于保证能在250ms内隔离断路器的闪络故障，以免故障电流损坏变压器造成巨大的经济损失。

为达到上述目的，本发明通过下述技术方案来实现的：

一种防止因断路器闪络损坏变压器的继电保护方法，包括以下步骤：

1)保护装置采集流过所保护断路器的电流，计算得到其负序电流I₂；

2)当保护装置满足以下条件，闪络保护启动；

(1)断路器闪络保护硬压板投入；

(2)断路器闪络保护软压板投入；

(3)闪络保护投退控制字置“1”；

(4)断路器位置处于分位；

(5)负序电流I₂大于闪络保护电流定值门槛；

3)当闪络保护启动，并经过延时时间t，闪络保护动作出口；

4)闪络保护动作于跳开故障断路器的所有相邻断路器，不启动断路器失灵保护。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，所述延时时间t取100ms，可靠保证在断路器发生闪络故障后250ms内跳开所有相邻的断路器。

本发明进一步的改进在于，该方法适用于没有机端断路器的发电机-变压器组的变压器高压侧并网断路器的保护。

本发明进一步的改进在于，保护动作跳闸的所有相邻断路器包括发电机灭磁开关。

本发明进一步的改进在于，对于采用双母线型式并网的发电机-变压器组，保护动作跳闸的所有相邻断路器包括发电机-变压器组所在母线上的所有断路器。

本发明进一步的改进在于，对于采用3/2接线型式的中断路器并网的发电机-变压器组，保护动作跳闸的所有相邻断路器包括中断路器所在串上的两个边断路器。

本发明进一步的改进在于，对于采用3/2接线型式的边断路器并网的发电机-变压器组，保护动作跳闸的所有相邻断路器包括边断路器所在串上的中断路器以及边断路器所在母线上的所有断路器。

本发明具有如下有益的技术效果：

1、本发明方法适用于断路器闪络保护，其中保护的出口方式有别于传统保护方法，即当闪络保护动作后，跳过启动断路器失灵保护的过程，直接跳开发生闪络的断路器的相邻断路器，从而实现快速(250ms内)隔离故障，避免变压器损坏。

2、本发明方法不孤立的看待断路器闪络保护就是断路器本体的保护，融会了断路器保护和变压器保护，并得到国家标准《GB1094.5-2008电力变压器第5部分：承受短路的能力》理论和试验的支撑，有很大的应用价值。

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

1、对于断路器闪络保护，现行的做法是依照《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》，即当机端没有断路器时，动作于灭磁同时启动断路器失灵保护。这种保护方法忽视了发电机灭磁后，由于励磁回路电感的影响，励磁电流衰减较慢，发电机定子会持续数秒钟，故障电流也会一直存在，故障状态没有改善。此时，断路器闪络故障只能靠断路器失灵保护来切除。但是，从断路器闪络保护启动到失灵保护出口的延时普遍较长。在这个过程中，断路器的闪络电流持续发展，不仅对断路器本体造成难以修复的损伤，变压器也会在巨大的电动力下失去稳定，发生变形，继而短路。持续的时间越长，造成的损坏也越大。本发明方法保护的出口方式有别于传统保护方法，即当闪络保护动作后，跳过启动断路器失灵保护的过程，直接跳开发生闪络的断路器的相邻断路器，从而实现快速(250ms内)隔离故障，避免变压器损坏。

2、本发明方法不孤立的看待断路器闪络保护就是断路器本体的保护，融合了断路器保护和变压器保护，并得到国家标准《GB1094.5-2008电力变压器第5部分：承受短路的能力》理论和试验的支撑，有很大的应用价值。

附图说明

图1为本发明方法的保护逻辑图。

图2为发电机-变压器组采用双母线型式并网的示意图。

图3为发电机-变压器组采用3/2接线型式并网的示意图。

图1中符号说明如下：

&表示逻辑与关系，即当其输入条件全部满足时，其输出有效。

t表示延时时间t毫秒。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做出进一步的说明。

如图1所示，本发明提供的一种防止因断路器闪络损坏变压器的继电保护方法，具体流程如下：

1、保护装置判断断路器闪络保护硬压板是否投入。

2、保护装置判断断路器闪络保护软压板是否投入。

3、保护装置判断闪络投退控制字是否置“1”。

4、保护装置判断断路器位置是否处于分位。

5、当1、2、3、4步全部满足时，保护装置采集到通过断路器的负序电流满足动作条件，则断路器闪络保护启动。

6、保护装置经过一个小延时t动作出口，此延时按躲过断路器三相不一致时间设定，可取100ms。

7、保护装置出口方式为跳所有相邻开关，因为高压断路器以及灭磁开关动作时间极小，一定满足小于50ms的要求，从而保证从断路器闪络到故障切除的总延时不超过国家标准《GB1094.5-2008电力变压器第5部分：承受短路的能力》要求的250ms。

8、对于采用双母线型式并网的发电机-变压器组，如图2所示，1为母联断路器，2为变压器，3为发电机，4为灭磁开关，5为第一断路器，6为第二断路器，如果并网第一断路器5发生闪络，保护装置出口跳闸的所有相邻断路器应包括灭磁开关4、第一断路器5、第二断路器6和母联断路器1。

9、对于采用3/2接线型式的中断路器并网的发电机-变压器组，如图3所示，7-10分别为第三至第六断路器，发电机-变压器组采用第三断路器7并网，如果第三断路器7发生闪络，保护装置出口跳闸的所有相邻断路器应包括灭磁开关4、第一断路器5和第五断路器9。

10、对于采用3/2接线型式的边断路器并网的发电机-变压器组，如图3所示，发电机-变压器组采用第五断路9并网，如果第五断路9发生闪络，保护装置出口跳闸的所有相邻断路器应包括灭磁开关4、第三断路器7和第六断路器10。