单路电源的非典型性运行系统的改造与分析

高擎  邵春光

(国家广播电影电视总局763台)

 

摘要: 本文对单路电源供电的正常运行和非典型性运行系统的优缺点进行了比较,重点对改造后的非典型性运行系统的继电保护装置的工作原理进行了详细的分析。

关键词: 单路电源供电 非典型性运行系统 继电保护装置 原理分析

 

1前言

为了保证传输发射任务,电台在电力保障方面一般都采用两路电源进线,而我台因为传输发射时间短,任务少,所以一直只有一路电源进线。在只有一路电源进线的情况下,要想能够提供给发射机稳定的电源,在电路的设计规划上,通常既要满足系统运行的可靠性,又要满足系统运行的经济性。可靠性即是保证系统运行可靠,准确的反应在系统范围内发生的故障,及时做出正确的判断,当系统出现故障的情况下,能够做出正确的反应,报警或跳闸;而经济性,则是在满足系统可靠的前提下,尽可能地减少成本投入,节省投资。我台的电力系统在上述要求的基础上,构成了被称之为非典型性运行系统的模式。下面我们对这个系统运行模式的原理进行分析。

 

2非典型性运行系统分析

因为一般情况下,在系统发生电流故障时,电流互感器及二次设备组成的继电保护装置与断路器配合能快速准确的切断故障。这种一套电流互感器配合一套

旧系统的一次系统图

图1 旧系统的一次系统图

断路器来实现对线路保护功能的系统称之为正常运行系统。我台改造前的系统,即为正常的运行系统。图1为旧系统(正常运行系统)的一次系统图,1#66kV电流互感器与66kV断路器1DL相配合,组成1#变压器线路上的继电保护系统;2#66kV电流互感器与66kV断路器2DL相配合,组成2#变压器线路上的继电保护系统。旧系统虽然也是一路电源进线,但对于1#变压器和2#变压器的两条线路而言,仍是实现了一对一的保护,即1#变压器线路上的保护,由1#66kV电流互感器及其继电保护装置进行保护;而2#变压器线路上的保护,则由2#变压器线路上的电流互感器及其继电保护装置来负责。

而我台改造后的非典型性运行系统如图2所示。在图2中,66kV石新分线经过66kV断路器1DL把66kV电源输送到66kV母线上,然后再由1#、2#变压器转换电能,将66kV电压转换成10kV电压,分别送到10kV断路器2DL和3DL上。66kV电流互感器与相应的电流继电器组成继电保护装置。从图2中不难看出,若1#变压器线路发生故障时,需要66kV断路器1DL和与之相配合的继电保护装置切除故障;

非典型性运行系统一次系统图

图2非典型性运行系统一次系统图

而2#变压器线路发生故障时,也需要66kV断路器1DL与之配合的继电保护装置切除故障。1#变压器线路发生跳闸故障时,断路器1DL将跳闸,而2#变压器线路发生跳闸故障时,也将使断路器1DL跳闸。这就说明了1#变压器线路和2#变压器线路共用了一套由66kV电流互感器和断路器1DL等组成的继电保护装置。因为一套保护只能保护一条线路,因此我们设计1#变压器线路和2#变压器线路时,只能有一路运行,另一路作为备用,即1#变压器和2#变压器只能单独一台运行。这样,在1#变压器或2#变压器要进行切换运行时,同时还要对继电保护装置进行切换。所以,我们把这种两条线路共用一套继电保护装置,而靠继电保护装置的投切来改变保护对象的运行方式称之为非典型性运行系统。

下面我们来分析一下,此系统的具体工作情况,并说明和论述如何利用一套继电保护装置,实现两条电力线路的电力供应,同时又能够实现其应有的保护功能。继电保护装置常由电流速断保护、过电流保护及变压器本体保护等三部分组成,下面分别对这三个部分进行阐述。

2.1电流速断保护

根据电力系统对继电保护速动性的要求,在保证选择性的前提下,保护的动作时间总是越短越好。因此,在各种重要的电气设备上,应力求装设快速动作的继电保护。电流速断保护就是一种不带延时动作的电流保护。图3为66kV电流速断保护接线原理图。在图3中,66kV电流互感器第一组线圈1LH中的A相互感器线圈1LHa和C相互感器线圈1LHc同电流继电器1LJ、2LJ,以及信号继电器(1XJ、6XJ、8XJ)、中间继电器1BCJ等一系列相关继电器,分别与66kV断路器1DL、10 kV断路器2DL或3DL相配合,形成电流速断保护装置。

66kV侧电流速断保护接线图

图3 66kV侧电流速断保护接线图

2.1.1电流速断保护跳主变高压侧

466kV侧电流速断保护接线原理图。当66kV线路发生两相短路或三相短路时,图4中的电流继电器1LJ和2LJ中有一个动作或两个同时动作,于是电流继电器(1LJ、2LJ)的常开触点闭合,接通信号继电器1XJ的电源,使其常开触点闭合,同时中间继电器1BCJ电源接通,其常开触点(1BCJ1)闭合,再经由一个信号继电器6XJ和跳闸保护继电器1TBJ,接通66kV断路器1DL中的跳闸线圈1TQ的电源(供电正常时,1DL附接点是接通的),使66kV断路器1DL跳闸,将故障线路停电。其中信号继电器1XJ发出线路发生短路故障的信号,6XJ发出电流速断保护跳高压侧的信号,表示66kV侧跳闸。跳闸保护继电器1TBJ只在控制回路中起到防跳的作用。图4中有两个连接片,1LP和4LP,起到继电保护投入和切换的作用。我们把连接片称为保护压板,由保护压板的投入和切除来改变继电保护装置要保护的对象。因此,1LP为电流速断保护投入的保护压板,4LP为电流速断保护跳高压侧的保护压板,我们可以根据需要,选择是否投入或切除此保护。此文中的高压侧均指66kV侧,而低压侧则是指相对66kV而言的10kV侧。此时,无论是1#变压器运行,还是2#变压器运行,只要1LP和4LP投入,66kV线路发生两相短路或三相短路,66kV断路器1DL都将跳闸。关于保护的投切问题,下面我们以电流速断保护跳10kV侧为例继续分析。

66kV侧电流速断保护接线原理图

图4 66kV侧电流速断保护接线原理图

2.1.2电流速断保护跳主变低压侧

1#变压器运行时为例进行分析。如图5所示,1#变压器运行时,10kV断路器2DL合闸。当此66kV 线路发生两相短路或三相短路时,图5中的电流继电器1LJ2LJ中有一个动作或两个同时动作,于是继电器的常开触点闭合,接通信号继电器1XJ的电源,其常开触点闭合,发出故障信号,表示线路发生短路故障,同时中间继电器1BCJ电源接通,其常开触点(1BCJ2)闭合,经过信号继电器8XJ和跳闸保护继电器2TBJ,接通断路器2DL中的跳闸线圈2TQ的电源(供电正常时,2DL附接点是接通的),10kV断路器2DL跳闸,保护10kV线路。在中间继电器1BCJ触点闭合,接通跳闸线圈2TQ的同时,也接通了信号继电器8XJ的电源,其常开触点闭合,给出故障信号。信号继电器8XJ发出电流速断保护跳低压侧信号,表示10kV侧跳闸。2#变压器运行时,保护原理与1#变压器相同。

注意,对于非典型性运行系统而言,在倒换变压器的同时,也要倒换相应的继电保护装置。在图5中,连接片6LP的转换作用直观明显,只要改变6LP的连接方向,就改变了保护方向,即当6LP连接2TBJ时,继电保护对1#变压器起保护作用;当6LP连接3TBJ时,继电保护对2#变压器起保护作用。连接片6LP的投入,使电流速断保护跳主变低压侧保护在两条变压器线路之间切换, 实现了一套保护分别保护两条线路的功能。因此,6 LP保护压板可在电流速断保护跳1#主变低压侧和电流速断保护跳2#变压器低压侧之间进行切换。

10kV侧电流速断保护接线原理图

图5 10kV侧电流速断保护接线原理图

2.2过电流保护

电流速断保护的主要优点是原理简单、元器件少、动作可靠以及动作迅速,但它的缺点是不可能保护线路的全长,为此就必须增加一段新的保护与之相配合,来达到保护整条线路的目的。新增的这段保护我们称之为过电流保护,也称后备保护。系统中发生短路时,其特征之一就是线路中的电流剧增。过电流保护就是利用这一特征在电流增长到超过事先按最大负载电流整定的数值而引起动作的一种保护装置。它按时限特性可分为定时限过电流保护和反时限过电流保护。本文中的过电流保护为定时限过电流保护,即不管故障电流超过整定值多少,其动作时间总是一定的。

下面我们根据图6所示的过电流保护接线原理图来具体分析。此时66kV电流互感器第一组线圈1LH中的1LHa、1LHb、1LHc三相分别与电流继电器3LJ、4LJ、5LJ、时间继电器SJ、信号继电器XJ、中间继电器BCJ等一系列相关继电器,分别与66kV断路器1DL、10kV断路器2DL和10kV断路器3DL相配合,形成过电流保护装置。

过流保护接线原理图

图6 过流保护接线原理图

2.2.1过电流保护跳主变高压侧

66kV线路发生任何形式的相间短路故障或者负荷增加,线路侧电流超过线路所能承受的最大负荷电流时,图7中的电流继电器3LJ、 4LJ5LJ只要其中有一个动作,于是电流继电器的触点闭合,经过3LP,接通时间继电器1SJ的电源,时间继电器1SJ启动,达到预先整定的时间后,时间继电器1SJ1触点闭合,接通信号继电器2XJ的电源,使其触点闭合并发出信号,同时中间继电器1BCJ电源接通,中间继电器1BCJ动作,触点闭合,经过信号继电器6XJ和跳闸保护继电器1TBJ接通跳闸线圈1TQ的电源(供电正常时,1DL附接点是接通的),66kV断路器1DL跳闸,将故障线路停电。在中间继电器触点闭合,接通1TQ的同时,也接通了信号继电器6XJ的电源,其触点闭合,发出信号。其中信号继电器2XJ发出过电流故障信号,表示线路发生过电流故障;信号继电器6XJ发出过电流保护跳高压侧信号,表示66kV侧跳闸。此时,无论是1#变压器运行,还是2#变压器运行,只要66kV线路发生过电流故障时,66kV断路器1DL都将跳闸。在图7中,3LP为过电流保护投入保护压板,2LP为过电流保护跳变压器高压侧保护压板,我们可以根据需要选择是否投入或切除此保护。

66kV侧过流保护接线原理图

图7 66kV侧过流保护接线原理图

2.2.2过电流保护跳主变低压侧

此处仍以1#变压器运行时为例进行分析。如图8所示,1#变压器运行时,10kV侧断路器2DL合闸。当此66kV线路发生任何形式的相间短路故障或过流故障时,图8中的电流继电器3LJ、 4L或5LJ三个继电器中只要其中有一个动作,于是电流继电器的触点闭合,接通时间

10kV侧过流保护接线原理图

图8 10kV侧过流保护接线原理图

继电器1SJ的电源,时间继电器1SJ启动,达到预先整定的时间后,时间继电器1SJ触点(此触点需人工复归)1SJ2闭合,接通信号继电器10XJ的电源,使其触点闭合并发出信号,同时经过8LP和跳闸保护继电器2TBJ接通跳闸线圈2TQ的电源,10kV断路器2DL跳闸(供电正常时,2DL附接点是接通的),将故障线路变压器低压侧停电。信号继电器10XJ发出过电流保护跳低压侧信号,表示10V侧跳闸

当变压器由1#运行改为2#运行时,只要将图8中切换连接片8LP切换为与3TBJ连接即可,这样将8LP1#变压器保护线路上切除,投入到2#变压器保护线路中来,使过电流保护跳主变低压侧保护在两条变压器线路之间切换, 也实现了一套保护分别保护两条线路的功能。8LP为过电流保护跳变压器低压侧保护压板。

电流速断保护与过电流保护比较有两点区别:首先电流速断保护的起动电流是按躲过被保护线路末端的最大短路电流整定的,故电流继电器(1LJ、2LJ)的起动电流要比过电流保护继电器(3L、J4LJ、5LJ)的起动电流大的多;其次电流速断保护是通过动作电流大小的选择达到上、下级保护动作的,而不是像过电流保护依靠动作时间来实现选择性的,故电流速断保护不采用时间继电器,其动作时间是0s,是快速保护,因此多用作线路的主保护,但因其缺点是具有末端死区,即不能保护线路的全长。当线路发生故障时,故障越靠近电源端,速断保护越灵敏,这时的速断保护优先于过电流保护先动作;而当故障发生在电源的远端时,速断保护接近末端死区,这时速断保护不能起作用,而过电流保护通过一个时延,就能将此故障切除。所以速断保护与过电流保护同时配合使用,过电流保护作为速断保护的后备保护。

2.3变压器本体保护

除了电流速断保护和过电流保护外,变压器的本体保护也涉及到了保护的切换问题。在图9中,WSJ为瓦斯继电器,YSF为压力释放继电器,它们都安装于变压器上,瓦斯保护和压力释放属于变压器本体保护,用来保护变压器的。其中1WSJ是本体重瓦斯继电器,2WSJ是有载重瓦斯继电器。

下面我们来分析在非典型性运行系统中变压器的本体保护怎样利用连接片来实现保护切换的。我们以变压器本体重瓦斯为例阐述。我们前面提到过,非典型性运行系统只能运行一台变压器,另一台变压器处于冷备用状态。假设现在1#变压器主用,2#变压器备用,由图9可知,连接片5LP应该投入到1#变压器线路上,而2#变压器线路上的5LP是切除的。那么当1#变压器发生本体重瓦斯故障时,1WSJ1有载重瓦斯继电器动作,其接点闭合,同时接通信号继电器3XJ1发出信号,因为1#变压器主用,切换片1QP切换在跳闸位置,所以中间继电器2BCJ线圈带电,使其常开触点闭合,中间继电器2BCJ的常开触点2BCJ1、2BCJ2分别通过7XJ1、5LP和9XJ1、7LP1作用于跳闸线圈1TQ和跳闸线圈2TQ,即本体重瓦斯同时跳变压器高压侧和跳变压器低压侧。信号继电器7XJ1发出重瓦斯跳高压侧信号,表示变压器本体重瓦斯故障跳高压侧,信号继电器9XJ1发出重瓦斯跳低压侧信号,表示变压器本体重瓦斯故障跳低压侧。

变压器本体保护接线原理图

图9 变压器本体保护接线原理图

当要改变系统运行方式,用2#变压器主用,而1#变压器备用时,由图9可知,还是切换连接片5LP,将5LP从1#变压器线路上切除,连接到2#变压器线路上即可。连接片5LP可实现两个变压器本体重瓦斯保护跳高压侧的投切。连接片7LP1和7LP2可分别实现变压器本体重瓦斯保护跳低压侧的投切。切换片1QP可实现变压器在跳闸和信号两个位置的切换。当变压器工作时1QP切换到跳闸位置,表示变压器本体保护投入;当变压器检修、停用或试验时,1QP切换到信号位置,此时变压器只能发出信号,不能跳闸。

 

3小结

对于非典型性运行系统,在实际运行时,各个保护压板要根据系统运行需要来投切,以保证系统的稳定运行。改造后的电力系统较改造前的系统虽说减少了设备数量,节约了成本,节省了占地面积,但随之而来的是比较复杂的继电保护系统,需要我们在倒换主变时,要正确的切换保护压板,以免因为保护压板的投切错误而造成保护误动作或不动作,影响系统的正常运行。我台的非典型性运行系统运行至今,运行稳定。

 

参考文献

王锡凡.《电力工程基础》.第1版.陕西:西安交通大学出版社:2000.353

谈笑君 尹春燕.《变配电所及其安全运行》.第1版.北京:机械工业出版社2003.442