500kV主变高压侧断路器闪络保护配置分析及应用

500kV主变高压侧断路器闪络保护配置分析及应用

林靖

毕节供电局   贵州省毕节市   551700

摘要：由于发变组检修后采用冲击变压器带电，再利用GCB并网的方式易对变压器造成损坏，减少变压器使用寿命，目前电厂多采用发电机带主变零起升压后，利用主变高压侧断路器进行并网。通过对主变高压侧断路器闪络保护的分析及在梨园电厂实际的应用，主变高压侧断路器闪络保护的配置能够灵敏、全面反映故障并快速消除，保障了机组及电网的安全稳定。

关键词：500kV；主变高压侧断路器；闪络保护配置

引言：

发变组进行并网前和解列后，断路器两侧分别为系统侧和发变组侧两个非同期系统，因此断路器断口具有电压差，断口电压随两侧电动势的角度差δ变化而变化，当δ=180°时，断口电压最大，达到两倍额定运行电压，易造成断口闪络。闪络产生的电弧会造成灭弧室绝缘下降继而诱发接地故障，引起事故扩大。断路器闪络产生的负序电流流经发电机时，还会在转子表层感应出100Hz的高频电流，可能造成转子表层过热，降低转子绝缘水平，威胁发电机的安全稳定运行。因此，发变组接入220kV及以上系统时应配置高压侧断路器闪络保护，迅速排除断路器闪络故障。因设计、运维人员对断路器闪络保护原理掌握不足，闪络保护误动事件时有发生。本文通过分析一起断路器闪络保护误动事件，提出相应整改措施，加深设计、运维人员对断路器闪络保护的理解，为设计与检修维护提供参考经验。

1我国500kV主变高压侧断路器闪络保护配置

1.1断路器闪络保护配置

除了只采用GCB并网或只采用主变高压侧断路器并网（未安装GCB）的电厂。还有部分安装了GCB的电厂（如梨园电厂）既可采用GCB并网，又可采用主变高压侧断路器并网，正常并网操作采用GCB并网,GCB同期装置故障时或者主变检修后机组带主变零起升压时也采用主变高压侧断路器并网。考虑电厂各种并网方式，建议闪络保护配置及出口方式如下：1）对于只采用GCB并网的机组，可不配置主变高压侧断路器闪络保护。2）对于未安装GCB，只采用主变高压侧断路器并网的机组，应配置主变高压侧断路器断口闪络保护，闪络保护动作后灭磁启动失灵，失灵保护跳相邻开关隔离故障[1]。3）对于安装了GCB，可采用GCB或主变高压侧断路器并网的机组，应配置主变高压侧断路器断口闪络保护。由于GCB跳开后即可消除闪络故障，且水电机组GCB跳开后机组可空载运行，闪络保护动作后可不跳主变高压侧断路器，只跳GCB。

1.2断路器断口闪络保护配置要求

根据相关技术标准，配置断路器断口闪络保护相关要求如下：1）GB/T 14285-2006《继电保护技术规程》第4.2.19条提出机组需配置断路器断口闪络保护。2）DL/T 684-2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》第4.8.7条“发变组接入220kV及以上系统时应配置高压侧断路器断口闪络保护，断口闪络保护动作的条件是断路器处于断开位置但有负序电流出现”。3）南网企标《南方电网大型发电机及发变组保护技术规范》第5.2.17.5条“发电机出口不装设断路器时，对发电机在同步过程中，由于主变高压侧断路器断口两侧电压周期性升高，使断口一相或两相击穿造成闪络故障，可设置断路器断口闪络保护，保护动作于解列灭磁”，南网企标进一步明确了未装设机端断路器（以下简称GCB）的主变高压侧并网断路器才需配置闪络保护。根据以上条款要求，确定需要作为两个系统进行并列操作的断路器均需配置断路器断口闪络保护。

2我国500kV主变高压侧断路器闪络保护措施

500kV主变高压侧断路器作为发变组检修后并网的同期点，在并网同步过程中，由于断路器断口耐压能力不足，可能出现一相或两相闪络，产生负序电流损害发电机转子，也可能破坏断路器绝缘，进一步扩大成接地和相间故障，影响电网安全，机组解列，断路器刚断开时也可能出现闪络现象。

图1  某电厂8B进线单元主接线示意图

8B变压器双重化配置了两套南瑞PCS-985TW变压器保护装置，保护装置引入主变高压侧5222、5223断路器侧的16CT、19CT电流，通过软件计算产生主变高压侧合电流，两套保护所用CT绕组互相独立，变比为4000∶1。变压器保护引入高压侧断路器5222、5223断路器分闸接点作为闪络保护判据条件。断路器分闸接点引自断路器本体分闸辅助接点。断路器闪络保护动作于跳高压侧断路器、启动高压侧断路器失灵、跳发电机出口断路器。断路器闪络保护取主变高压侧断路器电流作为动作量。断路器闪络保护负序电流元件整定应躲过正常运行时变压器高压侧不平衡电流，一般可取10%。闪络保护延时需躲过断路器三相合闸不一致时间，一般整定为0.1~0.2s。当机端有断路器时，动作于机端断路器跳闸。当机端没有断路器时，动作于灭磁、启动断路器失灵。经现场核查，发现设计单位在设计主变高压侧边、中断路器分位接点引入变压器保护装置时，未考虑边、中断路器分位接点应与装置规定的断路器A、B分位开入分别对应，导致断路器闪络保护分位接点与实际状态不一致，保护误动。

2.1 更正错误回路

更改错误回路，将边、中断路器分位接点与断路器A、B分位接点开入一一对应。更改后重新校验断路器闪络保护，保护启动及判据正确[2]。将保护调试大纲及装置说明书中关于闪络保护断路器位置接点的描述加以完善，使设计、运维人员理解更加清晰。

2.2 使用断路器本体三相辅助接点

使用断路器本体三相分位辅助接点。将断路器A、B、C相分位辅助接点串联后接入对应保护装置的断路器分位开入，只有断路器三相都为分位时，保护装置才有分位开入，使保护时间整定上可不考虑躲过断路器三相合闸不一致时间，保证断路器处于完全分闸状态，提高了闪络保护可靠性[3]。

2.3 重新整定跳闸出口方式

根据DLT/684-2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》，当机端有断路器时，断路器闪络保护动作于机端断路器跳闸。当机端没有断路器时，动作于灭磁、启动断路器失灵。从断路器闪络保护的保护范围来看，具有机端断路器的发变组，跳开机端断路器后，主变高压侧断路器断口没有了两侧较大电势差，断路器闪络得以消除。在没有机端断路器的发变组中，闪络保护Ⅰ时限应动作于灭磁，发电机灭磁动作后，高压侧断路器断口电压降低，可以消除部分闪络故障[4]。发电机灭磁需要时间，如果闪络故障持续存在，则闪络保护Ⅱ时限以较长延时启动高压侧断路器失灵，将闪络的断路器从系统中隔离出来。该电厂发变组均配有发电机断路器出口开关，故取消断路器闪络保护跳高压侧开关及启动断路器失灵出口。

结束语：

综上所述，由于断路器断口闪络并非三相同时产生，闪络过程产生的负序电流分量会使发电机产生局部过热、绝缘受损，并对发电机产生有危害的冲击转矩。因此，为迅速切断断路器断口闪络故障必须在同期点设断口闪络保护。

参考文献：

[1]杨博,吴易洋,王家驹. 断路器闪络保护与变压器动稳定能力配合关系分析[J]. 热力发电,2021,50(03):172-175.

[2]章良健,陈建林,郝亮亮. 主变220 kV断路器闪络保护动作原因分析[J]. 浙江电力,2020,39(06):21-25.

[3]侯进冲. 50 MW汽轮发电机误上电保护整定及校验[J]. 电工技术,2020,(08):72-74.

[4]樊友平,王彤,李怡,曾彦珺,盛华夏. ±500 kV换流站交流滤波断路器闪络故障分析及外绝缘特性[J]. 高电压技术,2018,44(03):756-764.