供电系统越级跳闸类型分析与预防

供电系统是企业安全生产的基础环节, 随着大功率设备在企业生产中的应用, 这就对高压供电系统提出了更高的要求。目前, 供电企业已广泛应用集测量、保护、控制和通信于一体的智能化微机型继电保护, 但是, 由于价格昂贵、维护费用高, 在一些企业和民用建筑中还在大量使用电磁型反时限继电保护装置, 这样在实际应用中, 当这些继电保护装置设备老化, 精密度不够, 尤其是时间原件精度极差时, 就可能会导致越级跳闸事故的发生, 危害供电系统的安全。因此, 了解供电系统越级跳闸及相应的预防措施对供电系统的安全运行具有重要的意义。

1 越级跳闸的类型分析

越级跳闸是指电力系统故障时, 本应由保护整定优先跳闸的断路器来切除故障, 但由于另外一些原因而由其他断路器跳闸来切除故障的跳闸行为。越级跳闸的种类很多, 根据引起越级跳闸事故原因来划分, 主要可以分为以下几种。

1.1 由供电系统短路引起的越级跳闸

供电系统短路是造成越级跳闸的直接原因。考虑到电机的正常启动, 工作量的大小, 生产效率的高低, 一般的企业生产都会选择在保证电机启动端电压和过流保护灵敏度的前提下, 尽量延长供电的距离。当这种供电方式使得短路电流值较大时, 由于供电设备容量的限制, 在选择性差的供电系统中, 越级跳闸事故就会频繁发生。

例如:2009年10月23日9时45分, 某化肥厂110k V站全站停电。1号、2号主变两侧开关保护未动作, 造成系统站110k V 152开关距离Ⅲ段动作掉闸。该站6k VⅡ段母线PT柜爆, I段母线PT柜高压侧C相保险熔断部分6k V开关柜过电压保护器爆。次日16时32分该用户站恢复正常状态运行。对该事故分析时发现, 两台主变保护低压PT断线在故障时处于非正常运行状态, 保护功能存在缺陷, 两台主变保护均未动作。高压侧电压降低未达到低电压动作值, 高压后备保护负压闭锁过流保护不动作, 造成保护越级跳闸。

1.2 由电缆线路较短引起的越级跳闸

线路越长, 其始端和末端的短路电流差别就越大, 此时短路电流的变化趋势较陡, 因而保护范围相对较大。当线路比较短时, 由于线路短路电流的变化平缓, 速断保护的整定值在考虑可靠系数后, 其保护范围就会变得很小甚至等于零。

例如:一些煤炭企业在实际作业中, 其井下的电缆长度大约只有500m~600m, 上下级的短路断流很难区分, 有的电缆长度虽然较长, 但因大功率设备的应用以至电缆使用截面较大, 使得短路电流也很大。而此时保护装置的档位只有2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、8倍、10倍, 根据档位的选择, 所选的上一级的整定值可能偏大而导致灵敏度校验通不过, 没有最小的保护范围, 但若选择较小的档位, 使得值偏小而造成越级跳闸。

1.3 由电容器故障引起的越级跳闸

电容器是一种静止的无功补偿设备, 它利用无功补偿原理来减少输电线路输送电流, 起到减少线路能量损耗和压降, 改善电能质量和提高设备利用率的重要作用。但是, 在使用过程中, 如果对电容器的保护配置不当或运行管理不当, 就会给系统供电安全带来极大的影响, 甚至出现越级跳闸事故。

1.4 由运行方式的差异引起的越级跳闸

当系统的最大最小短路容量和系统运行方式存在较大差异时, 就会使得最大最小短路电流差异较大, 这样用最大短路电流计算得到的整定值很难通过灵敏度校验。即使是在线路的始端加装了限流电抗器, 也不能改变由系统运行方式差异而引起的最大最小短路电流之间的较大差别。

2 预防越级跳闸的措施

频繁的越级跳闸, 不仅会增大停电范围, 给安全生产造成很大的冲击, 而且较大的短路电流还会对用电设备造成很大的冲击, 减少设备的使用寿命, 给人身和财产带来无法挽回的损失。笔者在对越级跳闸这一现象进行分类的基础上, 还进一步提出了相应的预防措施。

(1) 为有效杜绝因短路故障引发的供电系统越级跳闸, 可以在一些设备借鉴地面光纤纵联电流差动保护的原理, 在供电系统中, 通过对有上下级供电关系的高开保护器之间建立纵向联机通信网路, 当短路发生时, 通过快速识别区内、区外故障, 由短路点就近开关跳闸达到迅速切除故障, 防止越级跳闸, 保证系统供电可靠性的目的。

(2) 安装限时电流速断保护可以有效防止瞬时电流速断保护的范围与线路本身长度及运行方式的变化引起的灵敏度不高保护范围为零的问题。

(3) 在原保护装置的基础上, 可以采用供电企业通用的一些型号的电流继电器和数字式时间继电器来更换原电磁型反时限继电器, 从根本上解决保护动作时间问题, 从而消除预计故障的发生。同时, 采用这一措施还可以不用改建配电室, 不增加间隔, 不用敷设电缆, 且原运行人员也可以立刻上手, 极大的节约了企业的资金和时间, 提高了效率。在选择继电器时, 建议选用供电企业广泛应用的高密度集成块数字式js系列时间继电器和ac220V, 功率消耗15W, 这样既降低了费用, 同时又达到可靠、精准的保护装置动作时间的目的。

(4) 继电保护装置被用于各种安全生产中, 但也常常由于老化等问题带了极大的安全隐患。针对这一问题, 需要运行维护人员及时淘汰老式继电保护装置, 更改为微机型保护。待发生故障或者有大的启动电流时, 先切断该电动机, 不影响其他设备的正常供电, 力争把企业的损失降低到最低。

(5) 加强对供电系统及设备的维护和管理也是十分必要的。检查维护和管理工作若不到位, 同样也会影响到继电保护及断路器的可靠动作。因此, 要求运行人员严格执行设备定期维护制度和设备巡回检查制度, 管理人员也应及时抓好监督和落实, 使设备始终处于一个良好的状态下。

此外, 还需要加强人员培训, 提高机电保护整定人员技术水平;注重年度整定导则和年度机电保护方案的编制, 确保日常整定工作有章可依;加强对原始资料的管理;将强新设备的验收工作, 排除因设计问题或厂家设备质量问题导致保护误动或拒动, 等等。

3 结语

防止供电系统发生越级跳闸事故涵盖了供电系统设备运行维护的全过程, 我们要加强对供电设备运行的管理。同时还要提高运行人员的安全意识和技能水平, 防止继电保护越级动作, 确保电网安全稳定的运行。

摘要：电力系统的不断发展和安全稳定运行给国民经济和社会发展带来了巨大的动力和效益, 企业的供电系统安全问题就成为了重中之重, 一旦发生故障若不能及时控制, 就会给社会和企业造成直接的经济损失, 甚至更为严重的后果。本文通过对几类越级跳闸产生的原因进行分析, 发现了其中存在的问题和相关因素, 并结合供电保护工作原理的特点, 提出了相应的预防措施。

关键词：供电系统,越级跳闸,继电保护,措施

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