專利名稱：預(yù)防500kV變電站開關(guān)誤跳導(dǎo)致大面積停電的措施的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)防500kV及以下變電站開關(guān)誤動跳閘導(dǎo)致大面積停電的方法，屬于電力系統(tǒng)變電站控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
近幾年來隨著控制設(shè)備、繼電保護(hù)集成化程度的提高，電力系統(tǒng)變電站開關(guān)無故障跳閘、機(jī)組無故障停機(jī)、設(shè)備無故障停電的故障有加劇的趨勢。有不少發(fā)電廠、變電站已經(jīng)出現(xiàn)過若干次在設(shè)備一次系統(tǒng)無故障、保護(hù)未動作、監(jiān)控沒有操作的情況下開關(guān)跳閘的問題。
例如，發(fā)電機(jī)開關(guān)的跳閘，影響了機(jī)組正常發(fā)電。山東省濰坊發(fā)電廠#1機(jī)組，在2004年之前的兩年內(nèi)曾經(jīng)跳閘5次；山東省聊城熱電廠#4機(jī)組，在2004年內(nèi)曾經(jīng)跳閘5次；2005年上半年山東省淄博熱電公司220kV南付線211開關(guān)及橋聯(lián)200開關(guān)跳閘，引起#3、4機(jī)組停機(jī)等。
再如，500kV聊城站的3次多臺開關(guān)誤跳導(dǎo)致全站停電事故，對電網(wǎng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。2004年6月26日，聊城站#1主變500kV側(cè)5011、5012開關(guān)；220kV堂聊II線214開關(guān)；220kV分段21F開關(guān)跳閘，故障后變電站負(fù)荷降為零。2004年6月28日，聊城站再次發(fā)生同樣的事故。這兩次事故發(fā)生時#2主變尚未投入運(yùn)行。2004年10月30日發(fā)生了比前兩次跳閘面積更大的故障，跳閘開關(guān)如下#1主變500kV側(cè)5011開關(guān)(5012開關(guān)在分)；#2主變500kV側(cè)5032、5033開關(guān)；220kV母線分段21F、22F開關(guān)，故障錄波器沒能錄下任何有價值的跳閘信息。聊城站三次開關(guān)大面積跳閘時，系統(tǒng)均正常運(yùn)行，而且變電站內(nèi)無任何操作，保護(hù)裝置無動作信號，監(jiān)控裝置無跳閘信號。
開關(guān)誤動跳閘的問題由來已久，之前的資料中雖有相關(guān)報道，但其故障的類型、解決與分析的問題思路相差甚遠(yuǎn)。上述實(shí)例所講的運(yùn)行變電站內(nèi)出現(xiàn)的系統(tǒng)在設(shè)備無故障、保護(hù)未動作、監(jiān)控沒有操作的情況下開關(guān)跳閘的問題長期以來一直沒有找到故障的原因，更沒有相應(yīng)的防范措施可以借鑒。
此類問題的解決經(jīng)歷了一個比較長的過程。2002年山東省德州發(fā)電廠#6機(jī)組開關(guān)控制回路正極保險投入時，其開關(guān)誤動合閘，從此開始考慮直流系統(tǒng)雜散電容對暫態(tài)特性的影響，尤其是長電纜的影響；2004年聊城熱電廠220kV母聯(lián)開關(guān)誤動跳閘時，4個長電纜的跳閘回路中有3個同時存在5ms左右的信號，從此開始考慮干擾信號的問題；2004年500kV聊城站的3次多臺開關(guān)誤跳導(dǎo)致全站停電事故后，從此開始考慮開關(guān)跳閘出口繼電器及動作功率的問題。將三個方面進(jìn)行綜合研究，才得到了本發(fā)明完整的分析與解決問題的方案。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對運(yùn)行變電站內(nèi)出現(xiàn)的系統(tǒng)無任何操作、保護(hù)裝置無動作信號、監(jiān)控裝置無跳閘信號而發(fā)生的開關(guān)誤動跳閘導(dǎo)致變電站大面積停電的問題，提供一種能夠杜絕開關(guān)誤動跳閘事故的行之有效的預(yù)防500kV變電站開關(guān)誤跳導(dǎo)致大面積停電的措施。
本發(fā)明提出的預(yù)防500kV變電站開關(guān)誤跳導(dǎo)致大面積停電的措施，至少包括以下措施中的一項 (1)降低變電站跳閘出口繼電器起動回路的雜散電容，使雜散電容數(shù)值處于電容不動區(qū)的范圍內(nèi)；電容不動區(qū)是在220V交流電壓作用下使跳閘出口繼電器不動作的雜散電容數(shù)值范圍； (2)提高變電站跳閘出口繼電器的動作功率，將動作功率指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，使動作功率值不低于3W； (3)抑制干擾信號的強(qiáng)度采取屏蔽、隔離措施抑制干擾信號的強(qiáng)度或消除干擾信號的存在。
以上三項措施中只要一項能發(fā)揮作用，就能夠解決開關(guān)誤跳問題。在措施執(zhí)行后，出現(xiàn)過問題的變電站類似的開關(guān)誤跳問題未再出現(xiàn)。
本發(fā)明通過降低跳閘出口繼電器起動回路的雜散電容、提高跳閘出口繼電器的動作功率、抑制干擾信號來避免開關(guān)誤跳的措施，能夠有效地預(yù)防并解決因干擾信號存在造成的開關(guān)無故障跳閘導(dǎo)致變電站大面積停電的事故，從而減少電網(wǎng)的不穩(wěn)定因素。



圖1是500kV山東聊城變電站的運(yùn)行系統(tǒng)圖。
圖2是變電站的開關(guān)控制回路圖。
圖3是山東聊城變電站的跳閘回路聯(lián)接圖。
圖4是交流作用下的動作時間T。
圖5是動作電容值分析示意圖。
圖6是分壓系數(shù)曲線與電容動作區(qū)示意圖。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例(以500kV山東聊城變電站為例) 500kV聊城站的運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，2004年6月26日5011、5012、214、21F開關(guān)跳閘，變電站全站停電，故障前5032、5033、5042、5051、5052在分位，22F尚未安裝；同年6月28日發(fā)生了同樣的事故，當(dāng)時沒有找到故障原因，為了捕捉跳閘信息，斷開并隔離了5012開關(guān)，將起動其出口繼電器的所有保護(hù)、監(jiān)控等接點(diǎn)接入專用故障錄波器。同年10月30日，5012、5051、5052在分位，5011、5032、5033、21F、22F開關(guān)跳閘，全站再次停電，依然沒有起動開關(guān)跳閘的信號發(fā)出，201、202開關(guān)，在三次大面積跳閘時均只發(fā)信號而未跳閘。
1、監(jiān)控聊城站的運(yùn)行系統(tǒng)事故記錄 三次的跳閘的SOE(變電站監(jiān)控系統(tǒng))的事故記錄基本一致，6月26日的記錄如下 12:50:55:061 I母線500kV接地刀51-17合閘 12:50:55:061 II母線500kV接地刀52-17合閘 12:50:55:074 5011第二組出口跳閘 12:50:55:075 5012第二組出口跳閘 12:50:55:076 5012第一組出口跳閘 12:50:55:076 5011第一組出口跳閘 12:50:55:079 214堂聊II線出口跳閘 12:50:55:093 21F分段開關(guān)出口跳閘 12:51:04:000 直流系統(tǒng)瞬間接地信號發(fā)出 12:51:10:000直流絕緣異常信號發(fā)出 12:53:21:20835kV#2母線PT隔離開關(guān)分閘 12:53:48:60035KV#2所用電本體輕瓦斯發(fā)生 三次跳閘事故的特點(diǎn)跳閘的開關(guān)與變壓器相連接；開關(guān)的跳閘時間間隔都在毫秒級以內(nèi)；三次跳閘均伴有直流絕緣異常、直流系統(tǒng)瞬間接地信號發(fā)出；跳閘前后都有所變輕瓦斯動作信號、PT隔離開關(guān)分閘信號等異常的信號發(fā)出；未見保護(hù)、監(jiān)控起動跳閘信號發(fā)出。
2、開關(guān)操作箱RCS-921的記錄結(jié)果 RCS-921記錄的開入量見圖2，所記錄的最有代表性的是10月30日的開關(guān)跳閘，結(jié)果如下 保護(hù)三相跳閘開入量第1次動作0---1 54ms 第1次返回1---0 59ms 保護(hù)三相跳閘開入量第2次動作0---1 74ms 第2次返回1---0 75ms 保護(hù)三相跳閘開入量第3次動作0---1 94ms 第3次返回1---0 95ms 保護(hù)三相跳閘開入量第4次動作0---1 114ms 第4次返回1---0 115ms 保護(hù)三相跳閘開入量第5次動作0---1 134ms 第5次返回1---0 135ms 可以看出，保護(hù)三相跳閘開入量每次動作的時間間隔為20ms。
3、故障的查找過程 每次事故前系統(tǒng)均正常，站內(nèi)無操作。事故后分別對跳閘開關(guān)的保護(hù)、監(jiān)控等能夠起動跳閘的設(shè)備及回路進(jìn)行了全面檢查，其靜態(tài)特性均正常，絕緣情況良好，沒有找到故障的原因，又進(jìn)行了如下試驗(yàn)。
(1)操作箱跳閘出口繼電器動作參數(shù)的測試 根據(jù)圖2給出的開關(guān)控制回路，操作箱跳閘出口繼電器動作參數(shù)的動作電壓、電流、功率、時間見表1。
表1，出口繼電器的動作參數(shù) (2)5011開關(guān)直流控制系統(tǒng)注入交流試驗(yàn) 5011開關(guān)控制回路的結(jié)構(gòu)見圖2。在開關(guān)操作箱控制回路對地加交流電壓使繼電器動作、跳閘線圈燈亮，數(shù)據(jù)如下第I路101，156V；第I路102，140V；第II路201，140V；第II路202，137V。
(3)控制回路雜散電容參數(shù)的測試 雜散電容的關(guān)鍵指標(biāo)是圖2中的C1、C2。
5011、5012、5032、5033開關(guān)114nF。
500kV其他開關(guān)30nF。
21F、22F開關(guān)90nF。
201、202開關(guān)50nF。
214開關(guān)長電纜拆除前80nF，拆除后5nF。
220kV其他開關(guān)5nF。
測試的數(shù)據(jù)表明主變?nèi)齻?cè)開關(guān)5011、5012、5032、5033、201、202，分段開關(guān)21F、22F的電容都在50nF以上，根據(jù)變電站的跳閘回路聯(lián)接圖(見圖3)可知，這些開關(guān)操作箱的跳閘出口繼電器分別聯(lián)接了數(shù)量不同、長度不等的其它保護(hù)室來的長電纜；電容在30nF及其以下的繼電器均為短電纜聯(lián)接。
(4)電容比與交流混入直流后電路電壓比的測算 電容大的回路，在交流注入時中間繼電器的分壓也大，二者比例基本一致。5011開關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù) 101-R133電容C1＝88nF，201-R233電容C2＝117nF 電容比 R133-102電壓U1＝127V，R233-202電壓U2＝173V 電壓比 電容數(shù)值大、交流注入時分電壓高者抗干擾性能差。
4、開關(guān)跳閘的原因分析 根據(jù)故障的信息記錄以及上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對三次停電事故的原因作如下分析。
(1)造成開關(guān)誤跳的原因是出口繼電器誤動作 根據(jù)10月30日的開關(guān)操作箱保護(hù)RCS-921的記錄結(jié)果可知，保護(hù)三相跳閘開入量連續(xù)記錄了RTJ若干次寬度為5ms左右的脈沖。再結(jié)合三次故障SOE的記錄可以斷定，開關(guān)的跳閘是出口繼電器動作造成的。
(2)出口繼電器誤動作的起動量是工頻交流電壓 A.每次跳閘開入量動作的時間間隔為20ms 三次跳閘時，RCS-921保護(hù)裝置起動報告中的“保護(hù)三跳開入”記錄表明保護(hù)三次跳閘開入量每次動作的時間間隔為20ms，而且繼電器每個周期內(nèi)動作、返回一次。由于繼電器并聯(lián)了二極管，見圖2，因此具備了20ms動作一次并返回的條件，即正半周動作，負(fù)半周不動作。20ms動作一次，是工頻交流的周期行為。
B.每次跳閘時均有“直流系統(tǒng)瞬間接地”信號發(fā)出 交流系統(tǒng)屬于接地系統(tǒng)，交流系統(tǒng)混入直流系統(tǒng)時，直流系統(tǒng)監(jiān)視裝置經(jīng)過交流接地系統(tǒng)構(gòu)成回路發(fā)出接地信號。即交流系統(tǒng)混入直流系統(tǒng)時必然發(fā)出“直流系統(tǒng)接地”信號。
C.雜散電容為繼電器起動提供了通道 所有跳閘的開關(guān)其繼電器起動回路的分布電容值都比較大，而分布電容只有對交流或暫態(tài)過程才產(chǎn)生作用。當(dāng)交流量竄入直流回路時，若無雜散電容的影響，只會引起直流瞬間接地而無其它后果，但當(dāng)分布電容較大時，將會在出口繼電器上分壓，電壓達(dá)到繼電器的動作條件而造成開關(guān)跳閘。三次事故中，凡是跳閘的開關(guān)都有較大的電容值。
只有交流混入了直流才能全面解釋以上現(xiàn)象。交流混入直流只是干擾信號的一種形式。
(3)出口繼電器動作的客觀原因是電容大、動作功率低 開關(guān)5011、5012、5032、5033、21F、22F均具備這兩個條件，三次大面積跳閘時全部動作；開關(guān)214、201、202例外，原因如下。
214開關(guān)6月28日前存在一根長電纜約160米，在6月28日跳閘之后才拆除，拆除前電容80nF，前兩次故障時214開關(guān)均動作了，拆除電容后只有5nF，第三次10月30日的故障沒有跳閘。
201、202開關(guān)出口繼電器的動作功率高于其他，其信號繼電器的動作功率小于0.5W，因此盡管是長電纜跨保護(hù)室之間聯(lián)接，但在三次大面積跳閘時均只發(fā)信號而未跳閘。
(4)開關(guān)跳閘時其他信號出現(xiàn)的原因分析 變電站三次大面積掉閘時總伴隨著諸如35kV 2#母線PT隔離開關(guān)分閘、35KV#2所用電本體輕瓦斯動作等信號，這些信號的起動原理如同跳閘開關(guān)出口跳閘繼電器的起動原理一樣，無需另作分析。
5、動作時間與動作電容的計算與劃分 保護(hù)記錄帶有延時在正常情況下，額定電壓時出口繼電器延時動作4ms，記錄延時5ms，繼電器延時返回2ms。結(jié)合上述分析，通過計算可以確定多高的交流電壓、多大電容才達(dá)到既能起動開關(guān)跳閘，又能起動RCS-921保護(hù)記錄的條件。
(1)交流半波動作時間的計算 動作電壓為120V的繼電器，在交流220V作用下，接點(diǎn)閉合時間以及三跳開入接點(diǎn)記錄時間的計算。根據(jù)圖4，設(shè)θ2為繼電器返回計時角，因?yàn)槭┘拥嚼^電器的電壓 所以
繼電器返回起動范圍角Δθ＝180°-θ2＝7.40°，對應(yīng)的時間Δt＝0.47ms，根據(jù)交流作用下與直流作用下動作所需能量相等的原則進(jìn)行動作時間的計算。直流作用下U＝220V，動作時間T1＝4ms，能量交流作用下UN＝220V，角頻率ω＝314，能量 令Q1＝Q2，得動作時間T2＝4ms。
接點(diǎn)閉合時間Δt′＝10-T2-Δt+2＝7.53ms，開入接點(diǎn)記錄時間Δt″＝Δt′-5＝2.53ms。
上述結(jié)果符合正半周動作，20ms動作一次，并返回的條件；滿足交流220V電壓作用下繼電器延時動作4ms，延時5ms開始記錄，記錄2ms左右的條件。
(2)動作電容值的計算與劃分 動作電容即220V交流電壓作用下能夠使繼電器動作的電容值。動作電容值與電源電壓us、回路電容Ci、繼電器動作電壓udz有關(guān)。根據(jù)控制回路圖2所得的動作電容值計算電路見圖5，圖中，us為作用于負(fù)極的交流電源電壓，分析如下。
A.分壓系數(shù)β＝f(C)的計算 不同的開關(guān)有不同的電容、不同的繼電器阻抗，兩者影響分壓系數(shù)；由圖5可得繼電器的阻抗z＝R+jxL≈jxL 其中繼電器的直流電阻R＝9k//25k＝6.62k，繼電器的電抗xL＝10×R＝66.2k， 起動繼電器接點(diǎn)處的雜散電容C1＝80μ與正極雜散電容C1+＝0.85n串聯(lián)，而且C1遠(yuǎn)大于C1+，所以綜合電容由于電容電抗 所以，用感抗表達(dá)的分壓系數(shù) 將C1＝10nF——100nF代入得到圖6所示的β＝f(C)曲線。在繼電器阻抗一定時根據(jù)不同的分壓系數(shù)可以確定相應(yīng)的電容動作值。
B.電源電壓us一定時繼電器不同的udz對應(yīng)的動作電容的計算 設(shè)電源電壓udz＝120V算出分壓電壓值到達(dá)臨界動作值時對應(yīng)的電容。根據(jù)ωt＝α，可得

當(dāng)該式成立時對應(yīng)的C值可根據(jù)用阻抗表達(dá)的分壓系數(shù)等于用電壓表達(dá)的分壓系數(shù)的關(guān)系計算 uj＝βus， α1＝54°時上述關(guān)系仍然成立，此時 當(dāng)uj＝udz時，udz＝βus仍成立， 由 可得 同理當(dāng)udz＝154V時，β＝0.61，可得C＝76.00nF。
C.電容動作區(qū)的定義與劃分 在220V交流電壓下，能夠使繼電器動作的范圍命名為電容動作區(qū)。結(jié)合上述計算，對整個聊城變電站而言電容不動區(qū)＜43nF；電容臨界區(qū)43.80nF-76.00nF；電容動作區(qū)＞76.00nF。計算的結(jié)果與實(shí)測的結(jié)果基本一致。
確定了導(dǎo)致變電站開關(guān)誤動跳閘的原因是雜散電容為干擾信號提供了通道，使干擾信號跨過了接點(diǎn)直接起動了跳閘出口繼電器，可采取以下防范措施 (1)降低控制回路的雜散電容 減少電纜芯數(shù)、縮短電纜的長度是降低雜散電容的有效方法，將雙重化配置的AB保護(hù)柜的跳閘回路分開，即A柜跳I線圈，B柜跳II線圈。執(zhí)行反事故措施后，最大電容的數(shù)值已經(jīng)控制到了電源電壓us為220V時的不動區(qū)、小于43.8nF的范圍之內(nèi)，如圖6所示。
(2)提高繼電器的動作功率 根據(jù)上表，繼電器動作功率1.87W的開關(guān)沒有發(fā)生誤跳。因此將誤跳開關(guān)出口繼電器的動作指標(biāo)在規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行了調(diào)整，使動作功率提到3W。
(3)除去臨時監(jiān)視措施 為了捕捉起動跳閘繼電器的動作信號，曾經(jīng)設(shè)置了一些監(jiān)視點(diǎn)，主要監(jiān)視出口跳閘繼電器的前一級接點(diǎn)信號。但分析表明，起動出口跳閘繼電器的信號是干擾電壓，而不是接點(diǎn)信號，二者原理不同，再保留監(jiān)視點(diǎn)的意義不大，必須除去。
反事故措施的實(shí)施極大地提高了控制回路的抗干擾能力。在聊城站執(zhí)行后，進(jìn)行250V交流注入直流試驗(yàn)時開關(guān)不再跳閘，另外聊城變電站的類似的開關(guān)誤跳問題未再出現(xiàn)。
因此，通過檢測跳閘出口繼電器輸出接點(diǎn)閉合的時間、檢測跳閘繼電器起動回路的雜散電容、跳閘繼電器動作功率的指標(biāo)來確定開關(guān)的抗干擾能力的方法的有效性得到證實(shí)。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)防500kV變電站開關(guān)誤跳導(dǎo)致大面積停電的措施，其特征在于至少包括以下措施中的一項
(1)降低變電站跳閘出口繼電器起動回路的雜散電容，使雜散電容數(shù)值處于電容不動區(qū)的范圍內(nèi)；電容不動區(qū)是在220V交流電壓作用下使跳閘出口繼電器不動作的雜散電容數(shù)值范圍；
(2)提高變電站跳閘出口繼電器的動作功率，將動作功率指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，使動作功率值不低于3W；
(3)抑制干擾信號的強(qiáng)度采取屏蔽、隔離措施抑制干擾信號的強(qiáng)度或消除干擾信號的存在。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種預(yù)防500kV變電站開關(guān)誤跳導(dǎo)致大面積停電的措施，至少包括以下措施中的一項(1)降低變電站跳閘出口繼電器起動回路的雜散電容，使雜散電容數(shù)值處于電容不動區(qū)的范圍內(nèi)；電容不動區(qū)是在220V交流電壓作用下使跳閘出口繼電器不動作的電容值；(2)提高變電站跳閘出口繼電器的動作功率；(3)抑制干擾信號的強(qiáng)度。以上三項措施中只要一項能發(fā)揮作用，就能夠解決開關(guān)誤跳問題。本發(fā)明通過降低跳閘出口繼電器起動回路的雜散電容、提高跳閘出口繼電器的動作功率、抑制干擾信號來避免開關(guān)誤跳的措施，能夠有效地預(yù)防并解決因干擾信號存在造成的開關(guān)無故障跳閘導(dǎo)致變電站大面積停電的事故，從而減少電網(wǎng)的不穩(wěn)定因素。
文檔編號H02H7/22GK101257206SQ20081001554
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者蘇文博, 王大鵬, 周大洲, 崔梅英, 井雨剛, 張國輝, 濤 王, 劉延華, 牟旭濤 申請人:山東電力研究院