高壓斷路器拒分故障的隱含原因與微機差動保護

     摘要：本文結合高壓斷路器拒分故障統(tǒng)計及造成電網火燒連營事故和大面積長時間停電，解析了拒分故障中隱含有繼電保護整定與原理誤區(qū)的原因。針對保護方式/保護整定的時間/電流/選擇性/靈敏度等因素，定量分析了其誤癥細節(jié)，理出并歸納了繼電保護整定原理的更新要點。簡單經濟實用。
　　
　　
　　1高壓斷路器拒分故障與原因分解
　　
　　高壓斷路器的拒分故障影響電網的控制和保護，特別是對電網短路保護的失效給電網帶來的損失是很大的，嚴重的甚至引起火燒連營事故造成大面積長時間停電。短路保護性能的好壞很難實地實戰(zhàn)演習驗證，容易造成麻痹僥幸思維，平時很少短路都認為安然無事，一旦短路失保就會出大事。資料顯示全國電網每年僅火燒連營事故就有近百面開關柜被燒毀。2004年火燒連營事故又有上升趨勢[2]。近年來世界多個按理說是技術先進的發(fā)達國家也都有發(fā)生大面積長時間停電和火燒連營事故。這就不是偶然的現象了，其原因值得深思和細究。筆者認為這里面隱含更深層的繼電保護整定與原理誤區(qū)的原因，并非都歸結為高壓斷路器廠家制造質量這么簡單。
　　
　　根據國家電網公司統(tǒng)計1998~2002年6~500kV高壓斷路器拒分故障占總故障的14.5%，排各類故障的第二位[1]。2004年6~500kV高壓斷路器拒分故障占總故障的15.2%，排各類故障的第三位[2]。2006年12kV以上高壓斷路器的拒分拒合故障,共占總故障的14.5%，排名各類故障的首位。40.5kV高壓斷路器拒分故障2004年占總故障的18.2%，2005年占總故障的29.6%[3]�？梢娖涔收下蔬�不��！
　　
　　電力部門在事故統(tǒng)計中一般都習慣將拒分故障的原因歸結為斷路器，有時還以拒動故障來歸類包括拒分與拒合故障。對短路保護來說拒分影響最大，應該分開統(tǒng)計拒分、拒合，是斷路器故障拒分，還是繼電裝置主保護拒動或后備保護都拒動造成的拒分。后備保護還有低電壓閉鎖拒動、差動保護拒動、距離保護拒動，有無火燒連營事故，等等。各占比例是多少，才便于分析真正原因。在高壓電網保護中，高壓斷路器與繼電保護裝置是分開制造選配安裝的，最后由電力部門來組合整定，形成一個完整的保護系統(tǒng)。這兩個部分都有可能造成拒分故障。從現在的統(tǒng)計中看不出繼保裝置拒動造成的拒分故障和火燒連營故障的比例，也就找不出高壓電網火燒連營事故上升的真正元兇。或許另有內部統(tǒng)計,通過仔細分析都應該能得出問題所在。
　　
　　執(zhí)行開斷任務的斷路器拒分和拒合是開關制造廠的問題，可由繼保信號繼電器有無發(fā)出動作信號來判斷。有動作信號發(fā)出，就是斷路器拒分；沒有動作信號發(fā)出，就是繼保裝置整定失保拒動，造成斷路器無法執(zhí)行分斷的拒分。二者是有本質區(qū)別的，不能混為一談。繼保裝置拒動有主保護拒動和后備保護拒動，是繼保裝置和電站整定的問題，與斷路器制造廠無關。主/后備保護拒動和保護時間過長往往帶來火燒連營事故。而由斷路器拒分造成火燒連營事故的機率很小，因為斷路器的開斷時間＜0.1s，一般為0.06s，上下級斷路器同時都出現故障拒分的可能性不大。第三級斷路器遠后備保護的動作時間應該為0.5~0.7s時才不至于火燒連營。所以出現火燒連營事故，一般都是繼保裝置拒動和保護動作時間太長引起的，應該都是電站的裝置整定問題和責任。這一點或許連統(tǒng)計拒分故障的電站和部門都不會想到，問題竟然會出在自己的繼保系統(tǒng)。
　　
　　斷路器的開斷性能應該由廠家的型式試驗和出廠試驗來保證，并出具試驗報告；繼電保護裝置及整定的各種主/后備保護時間電流安秒動作特性，應當在安裝整定調試時進行二次回路通電驗證，出具驗證數據報告。嚴格具體地講必須保證主保護能在末端為最小單相短路電流時0.1s內動作,后備保護應在同樣電流時0.3~0.5s內動作。國際電工IEC62271-200:2003內部故障電弧試驗標準推薦的開關設備燃弧時間優(yōu)選值為1s/0.1s[4]，即遠后備保護的動作時間都不能超過1s，最好控制在0.7s以內。否則極易造成燒毀開關設備和火燒連營事故！事實上，我國和世界上包括一些發(fā)達國家的許多電站目前都達不到這個要求。這就是繼電保護整定原理之誤區(qū)帶來的結果[5]。
　　
　　國外資料顯示開關設備的燃弧時間從0.1s每提高0.1s，開關柜的成本要增加10%。提高到1s時，將增加開關柜的成本100%。如果電網短路保護時間按現在的4s來要求，開關柜的成本將無法承受，用戶也接受不了。如果保護時間再延長，那造價將是個天文數字！是不可能實現的。所以繼電保護原理中用長延時來作短路主保護，那根本就是一個主觀的誤導和天真的臆想！短路保護的原則應當盡量減少動作時間，故障電弧的燒損就小，供電的恢復時間也就短，利國利民利業(yè)。過去的短路保護原理缺乏與實際制造相結合的系統(tǒng)經濟觀念。
　　
　　低壓斷路器由于是和繼保裝置整體制造整定，才由制造廠實事求是地找到了一個解決途徑：整定簡單實用的三段式保護，避免了低壓系統(tǒng)火燒連營事故。而高壓斷路器與繼保裝置是分開制造，致使電力部門過于拘泥信賴繼電保護整定原理的誤區(qū)，其保護方式繁瑣復雜又不實用，整定值寬泛不精，才造成了火燒連營事故居高不下。發(fā)達國家目前也沒有走出這個怪圈，這從國際電工標準IEC60255-3、英國標準BS142和美國標準ANSIC37.112以及中國國家標準GB/T14598.7-3的長延時轉盤仿真特性還在應用于微機控制的短路保護，就能說明這一點。這樣的微機保護只能叫作“危機”保護。不要以為有了微機保護就萬事大吉、高枕無憂了，微機控制又不是萬能的神仙，它的原理也是由人來設計的，也還是要由人去整定的好，才能起到應有的保護作用。客觀現實是冷酷的火燒連營事故和造成大面積長時間停電，應當認真堅決地去杜絕它。是什么問題就解決什么問題，觀念的轉變才是最根本的轉變。對洋技術應當分析消化和揚棄。

    2高壓斷路器拒分故障的隱含因素
　　
　　繼電保護裝置與整定達不到在末端最小單相短路電流時，主保護＜0.1s/后備保護0.3~0.5s/遠后備保護0.5~0.7s動作特性要求的原因是：繼電保護整定原理一直采用長延時作短路主保護和后備保護致使時間太長；并按最大短路電流來整定瞬時保護與短延時保護，造成保護死區(qū)等于沒有瞬時/短延時保護和后備保護。這就從時間和電流兩個參數上都喪失了短路保護的作用[5]。令人遺憾的是，目前與此有關的大學仍然還在教授這些內容，誤人子弟。國內外的微機保護裝置也都不具備這種明確的保護功能。短路時造成火燒連營事故和大面積長時間停電也就不奇怪了。
　　
　　例如[6]:2008.3.21日,北京電網220kV草橋變電站停電事故，導致該站和下屬3座110kV變電站全停，另外2座220kV變電站和4座110kV變電站切換電源運行。涉及16座開閉站和2個重要用戶，大面積停電，損失負荷78MW。事