斷路器三相位置不一致時間繼電器問題分析

蔡耀紅，劉 曦，孫文文

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000）

斷路器三相位置不一致時間繼電器問題分析

蔡耀紅1，劉 曦2，孫文文1

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014；2.國網(wǎng)浙江省電力公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000）

針對斷路器三相位置不一致時間繼電器存在動作時間偏差問題，進行測試和分析，找出了撥輪式和靜態(tài)無源二類時間繼電器出現(xiàn)問題的原因，并提出相應的整改措施，避免由此引起的線路重合失敗而擴大停電事故的發(fā)生，提高了供電可靠性。

斷路器；三相位置不一致；時間繼電器；時間偏差

在電力工程基建驗收中發(fā)現(xiàn)，斷路器匯控柜中斷路器三相位置不一致時間繼電器實際動作時間小于原整定時間，這將出現(xiàn)斷路器本體的斷路器三相位置不一致保護在重合閘動作前動作的狀況，導致線路重合失敗，會擴大線路停電范圍，影響用戶供電，有必要進一步分析時間繼電器產(chǎn)生時間偏差的原因。

1 斷路器三相位置不一致保護原理

分相操作機構的斷路器，因某種原因會出現(xiàn)斷路器三相位置不一致（即：一相或二相斷路器分閘）。當運行線路出現(xiàn)斷路器三相位置不一致時，線路處于非全相運行狀態(tài)，系統(tǒng)會出現(xiàn)負序、零序分量，對一次設備特別是非電阻性電氣設備產(chǎn)生影響；二次保護可能發(fā)生越級誤跳閘，嚴重影響電網(wǎng)的安全及穩(wěn)定性。為此分相操作機構的斷路器本體設計了斷路器三相位置不一致保護跳閘回路，一旦出現(xiàn)斷路器三相位置不一致情況就地給出三相跳閘命令。

斷路器本體三相位置不一致保護的接線是將A，B，C三相的常開、常閉輔助接點分別并聯(lián)后再串聯(lián)，然后啟動1個延時時間繼電器（該繼電器動作電壓應大于55%額定電壓、小于70%額定電壓），當斷路器出現(xiàn)三相位置不一致時，經(jīng)過時間延時，動作起動出口中間繼電器，并跳開三相斷路器。組成該回路的時間繼電器、中間繼電器均就地安裝在斷路器操作箱或匯控箱內(nèi)。斷路器三相位置不一致保護回路如圖1所示。時間繼電器平時不帶電，一旦出現(xiàn)斷路器三相位置不一致時，圖中時間繼電器SJ1動作，經(jīng)延時啟動中間繼電器出口。運行中系統(tǒng)發(fā)生單相故障、斷路器單相或二相偷跳等情況時，該繼電器均會動作。在系統(tǒng)發(fā)生單相瞬時性故障時,該繼電器雖然勵磁但因設定時間大于重合閘時間，在成功重合后該繼電器會立即失磁返回，接點不會動作。

斷路器本體三相位置不一致保護動作時間應與線路保護重合閘時間配合，必須大于線路重合閘時間，以此保證線路單相跳閘至重合閘動作時間內(nèi)出現(xiàn)的斷路器三相位置不一致情況下可靠不動作。如果三相位置不一致保護實際動作時間小于線路重合閘時間（一般重合閘時間為0.7～1 s），線路單相瞬時故障就會發(fā)展為三相全跳，造成事故擴大。

2 時間繼電器動作時間偏差原因分析

2.1 撥輪結構時間繼電器存在問題分析

某變電站基建期技術監(jiān)督中，發(fā)現(xiàn)調(diào)試合格的三相位置不一致時間繼電器共計16個，在投產(chǎn)驗收中發(fā)現(xiàn)7個繼電器出現(xiàn)時間嚴重偏差，設定時間為2 500 ms，實際動作值在300 ms～2 000 ms左右。如果此類隱患存在，在電力系統(tǒng)發(fā)生單相瞬時故障時，保護動作跳開故障相到重合閘期間，會出現(xiàn)三相位置不一致保護誤動三相全跳，造成跳閘范圍擴大的嚴重后果。

撥輪式靜態(tài)時間繼電器內(nèi)部電路如圖2所示，由抗干擾電路，分壓穩(wěn)壓電路、時間電路（含撥輪）、驅(qū)動密封出口繼電器構成。從原理構成分析可以看出：抗干擾電路耐壓水平影響裝置的抗干擾水平；分壓輸出電路的穩(wěn)壓性影響時間精度；計時回路的電容耐壓水平和參數(shù)穩(wěn)定性會影響整定時間精度。時間撥輪出現(xiàn)接觸不良，計時回路元器件異常均會影響動作時間。

出現(xiàn)問題的時間繼電器全部進行返廠測試，部份實測數(shù)據(jù)見表1。

從表1試驗數(shù)據(jù)可見：出現(xiàn)8個時間偏差大的時間繼電器，其中有4個動作時間為500 ms、2個為2 000 ms、1個為300 ms。該型號繼電器為四位撥輪式結構，每位撥輪通過8421碼組合為0～9的時間數(shù)值，時間設定范圍為000 0～999 9 ms。如果設定時間為2 500 ms，撥輪開關設定數(shù)值分別為2，5，0，0。當?shù)谝晃粨茌單恢檬r，設定值2變?yōu)?，繼電器時間變?yōu)?00 ms；當?shù)诙粨茌單恢檬r，設定值5變?yōu)?，繼電器時間變?yōu)? 000 ms。由此可見出現(xiàn)以上時間偏差的原因為撥輪失效。

圖1 斷路器三相位置不一致保護回路

圖2 撥輪時間繼電器原理框圖

表1 時間繼電器時間測試

進一步對問題時間繼電器的撥輪開關解體見圖3，發(fā)現(xiàn)撥輪中有些銅片有氧化現(xiàn)象。繼電器撥輪動觸頭寬度只有0.5 mm，并且動觸頭的銅片壓力較小，當接觸面發(fā)生氧化時易造成接觸不良使設定值失效。解剖其他型號時間繼電器撥輪，從外觀上撥輪體積比問題繼電器的撥輪大，同時動觸頭有1 mm寬并感覺動觸頭的銅片壓力明顯要大，可見有問題的時間繼電器在撥輪結構上存在缺陷。

圖3 撥輪解剖照片

2.2 靜態(tài)無源時間繼電器存在問題分析

西門子公司斷路器中的OM3型時間繼電器，長期運行后時間動作特性不穩(wěn)定，實際動作時間可能遠小于設定值。

靜態(tài)無源時間繼電器的時間設定，通過調(diào)節(jié)電位器的阻值來實現(xiàn)。OM3-IE型時間繼電器面板見圖4，其時間的計算方法：延時時間=時間調(diào)整旋扭所指示的時間刻度×時間倍率（單位）。如K1延時時間2 s=0.2×10（s）。

圖4 OM3時間繼電器

圖4中的“時間調(diào)整”按鈕為無節(jié)調(diào)節(jié)的電位器，多次旋轉后易松動變位，“時間倍率”調(diào)整開關為有節(jié)調(diào)節(jié)，不易震動變位。同時斷路器匯控箱安裝在斷路器的機構鐵架上，每次斷路器分合操作時構架震動較大。長時間運行后，頻繁震動會使“時間調(diào)整”按鈕偏移，嚴重時出現(xiàn)設定2.5× 10（s）的時間變位接近0.5×10（s），即出現(xiàn)斷路器三相位置不一致時間變?yōu)?.5 s，小于線路重合閘時間（0.7～1 s），斷路器三相位置不一致保護搶先動作，導致線路重合失敗，擴大跳閘范圍。

3 三相不一致時間繼電器整改措施

以上2個案例反映了時間繼電器結構存在一定的缺陷，針對以上問題提出整改措施：

（1）撥輪式時間繼電器的撥輪質(zhì)量必須可靠，要求接觸面大，動觸點銅簧片壓力大，撥輪器件應密封性良好不易受潮。

（2）時間繼電器中的電容器不宜采用普通電解電容，應選用耐高溫和溫度性能穩(wěn)定的鉭電容。

（3）時間繼電器中如采用抗干擾器件，其耐壓應大于2 500 V。

（4）用調(diào)節(jié)電位器設定時間的時間繼電器，設定時間相關的調(diào)節(jié)旋鈕必須采用有節(jié)調(diào)節(jié)的電位器或旋鈕開關。

（5）對安裝在斷路器機構上的斷路器匯控箱，應采取措施防止斷路器三相位置不一致時間繼電器受振動。

（6）夏季要注意斷路器匯控箱受太陽暴曬而引起的溫度升高的問題，以免影響時間繼電器中的電容器工作性能。

4 結語

電力線路單相瞬時性故障頻率較高，通過單相重合成功是保持線路連續(xù)性供電的一項技術措施。如果斷路器三相位置不一致時間繼電器因存在時間偏差而引起三相跳閘，會使重合閘失效，造成了不應該的停電事故，應引起電網(wǎng)運維部門、時間繼電器生產(chǎn)廠家高度重視。應采取相應措施提高產(chǎn)品質(zhì)量，斷路器廠家對時間繼電器選擇上要嚴格把關，選用質(zhì)量優(yōu)異的繼電器，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運行。

[1]趙曼勇.線路非全相運行時保護問題探討[J].繼電器，2003，31（7）∶81-83.

[2]雷亞蘭，金釗.斷路器三相不一致保護拒動原因分析[J].電工技術，2009（10）∶59-60.

（本文編輯：楊 勇）

Analysis on Problems in Three-Phase Inconsistent Time Relay

CAI Yaohong1，LIU Xi2，SUN Wenwen1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.State Grid Wenzhou Power Supply Company，Wenzhou Zhejiang 325000，China）

Operating time deviation of three-phase inconsistent time relay is tested and analyzed.Reasons of problems in thumb wheel time relay and passive time relay are detected，and corresponding improvement is proposed to avoid outage extension resulting from line reclosure failure and improve power supply reliability.

breaker；three-phase inconsistent；time relay；time deviation

TM645.2

B

1007-1881（2015）05-0063-03

2015-03-09

蔡耀紅（1964），女，高級工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護試驗方法研究和電力系統(tǒng)事故分析。