关于GIS电弧故障的继电保护完善要点

关于GIS电弧故障的继电保护完善要点

王晓丽

国网河南省电力公司叶县供电公司河南平顶山467200

摘要：文章以GIS电弧故障的继电保护完善要点为研究对象，首先对GIS电弧故障保护的作用进行了具体阐述分析，随后研究分析了GIS电弧故障保护运行存在的问题，最后根据其问题对GIS电弧故障保护完善相关要点进行了分析以供参考。

关键词：GIS电弧故障；继电保护；要点分析

前言：为了更好的保护电网设备，ABB公司在GIS的开关设备上进行了电弧故障保护设置，从而使得SF6气室发生电弧短路故障时，能够迅速切断短路电流，保护电网设备。但该设置仍存在一定缺陷与问题，需要结合实际情况对其进行相应完善分析。

一、GIS电弧故障保护的作用

针对与GIS电弧故障保护的作用可以借助节庄变35kv系统为例子进行具体分析，该系统主接线主要采用的形式为双母线形式。由ABB公司生产的GIS设备都有两个母线气室与一个断路器气室。并且两种气室相对独立，将气体压力传感器在上述两种气室之上分别进行了安装，并且额定工作的压力是130kPa。一旦气压出现异常变化便会触发报警装置进行报警，如触发低压报警的临界条件是气压室气压低于120kPa,触发过气压报警临界条件是150kPa。而启动电弧故障保护的临界条件是气室气压突然增加到190kPa,并将其判断为内部燃弧故障，并迅速使开关动作跳闸，将短路电流切断。若电弧故障没有被切除，带气室内达到200kPa时，压力释放盘会打开并释放气体，从而使得GIS设备得到应有的保护。

二、GIS电弧故障保护运行存在的问题

由于电弧保护运行时会优先保护开关柜，再加我公司35kv系统的运行方式是双母线形式，因此GIS电弧故障保护运行时会存在以下问题。

如果在节庄变35kv系统中GIS开关柜进线开关直流电源处于失电状态，那么电弧故障就会启动，相应继电器线圈就会失电复归，继电器的常闭接点也会闭合，开关故障跳闸回路得以接通，因为同时失电的还有保护电源，因此相应开关不会产生任何动作。若此时开关柜直流电源被送上，那么就会导致保护电源处于受电状态，使得电弧故障启动继电器常闭接点不能及时打开，此时开关故障跳闸回路仍处于接通状态，因此就会出现开关误动等问题。

当发生电弧短路故障时，为了实现对相应设备的保护，因此需要将所有母联开关与电源进线进行切断处理，因此按照相应设计要求，会使得节庄变35kv系统中一些进线开关同时跳闸，从而导致该系统全部处于失电状态，使得事故范围及影响进一步扩大。

在原节庄变35kv系统中的电弧故障继电保护并不符合我公司电力系统实际运行方式，如果按照原节庄变35kv系统中电源只由主变35kV侧进线开关进行考虑，那么只会对跳主变35kv侧进线与母联开关进行了设置，事实上，该系统的电源进线也可以由尊化变经过龚店联络线回路组成。结合我公司实际情况来看，我公司变电站也经常通过相应回路向原节庄变35kv系统进行反送电。因此如果按照原设计进行相应运行，必然会导致GIS设备的电弧故障事故发生率迅速提升。基于此需要对GIS电弧故障保护进行相应完善。

三、GIS电弧故障保护完善要点

（一）初步完善分析

通过上文叙述，我们已知节庄变35kv系统中电弧故障继电保护并不适合我公司电力系统实际运行方式，因此为了提升我公司电力系统运行安全性，需要对该系统进行电弧故障保护的设计与改进。每个电弧故障保护通过增设过流保护来进行相应起动，当直流电源消失后再对其进行重新送电时，由于电流没有发生相应变化，因此自然也不会满足过流动作的条件，从而就可以有效避免电弧故障保护的电源恢复误跳。与此同时，也可以通过电源进线开关过流元件动作与否来对故障范围进行相应判断。简单来说，当非故障侧电源进线开关过流元件不动作时，电弧故障保护就不会启动；当故障侧电源进线开关过流元件进行相应动作时，电弧故障保护跳闸就会启动。此时为了使得快速保护要求进一步得到满足，可以采用过流无延时动作加以实现。由于双母线具有较为灵活的运行方式，当任一气室电弧故障保护动作时，为故障气室供电的电源进线开关关还不能再设计出简单的区分故障范围的方案，因此全部满足条件的开关都跳闸，使得故障气室停电时35kv的母联开关不再同时跳出。为了上述要求都能够得到满足，因此对节庄变35kv系统做出了如下改进，在电弧故障跳闸回路中，通过增设不带延时的过流保护来对电流故障保护进行相应启动。

（二）最终完善分析

通过对上述问题进行初步改进完善，增设不带延时的过流保护后，有效改善了电弧故障继电保护中存在的缺陷，但通过对我公司实际情况进一步分析发现，仍无法满足现实实际需求。若变压器在容量方面没有做到足够大，那么电网系统在运行过程中经常会出现满荷载运行的情况，或者电荷在运行方式方面经常出现不平衡等问题。例如，直流电源在消失后进行重新送电时，恰逢有规模较大、装置较为复杂的电机启动，那么就会造成过流动作保护，此时电弧故障保护仍旧会错误启动，对整体电网系统造成不利影响。事实上，在电网中有时短路电流与过负荷电流的差异并不明显，因此最大负荷电流整定的过电流保护在灵敏度方面并不能满足相关要求。但是短路电流与过负荷两种情况之下，短路阻抗性质与负载阻抗性质并不相同，相应的电压幅值会产生不一样的变化，因此可以借助现有的综保SEL都有的电压元件条件，在电弧故障跳闸回路中再增加相应的低电压闭锁，该低电压闭锁可以确保当存在低电压满足时才会允许动作，这种措施在现有的综保SEL产品中都能够做到很好的实现。当下低电压闭锁过流保护出口为OUT，且这种出口并不带延迟，可以作为电弧故障保护的启动装置，接线的方式与前面相同，并在SEL继电器中直接设置增加的逻辑方程。

通过上述分析我们可以发现，在整加了低电压闭锁后的保护一方面提升了灵敏性与可靠性，另一方面在各种情况之下都能够实现选择性与速动性的良好保持。以下为完善后的方案动作分析：当某一气室发生了电弧短路故障时，且通过气体压力传感器检测到的压力已高达190kPa，相应常闭接点打开，所有的电弧故障启动继电器线圈也随之失电复归，而继电器的常闭接点也随之闭合，再通过判断各自的过电流是否满足相应条件，若是供电到该气室的开关，就启动相应故障跳闸回路，并使该开关动作进行相应跳闸。

总结：综上所述，通过电弧故障保护与低电压闭锁无延时过流关系之间的配合应用，使得现场的条件也实现了充分的利用，最终完善的方案较为科学合理，接线也比较简单。一方面有效解决了电弧故障保护控制电源恢复时开关误跳的问题，另一方面有效解决了了电弧故障保护在双母线多电源系统的运用问题，对GIS电弧故障继电保护发展具有重要的参考意义。

参考文献：

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[4]孟繁华.刍议继电保护故障应对策略及新型继电保护技术.[J].工程技术.2017（02）

作者简介：王晓丽（1984年03），女，河南省平顶山市叶县人，本科，助理工程师，研究方向:关于提升变电站GIS设备安全运行。