GIS斷路器非全相保護(hù)功能分析及驗(yàn)收

解建剛

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 211100）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地價(jià)值和人工成本不斷提高，氣體絕緣組合開(kāi)關(guān)電器（GIS）因其占地面積小，后期維護(hù)工作少等特點(diǎn)，越來(lái)越受到電力建設(shè)單位的青睞。目前，就江蘇地區(qū)而言，其新建變電站500kV設(shè)備絕大多數(shù)為GIS，且其原有變電站500kV敞開(kāi)式開(kāi)關(guān)設(shè)備也有逐步被GIS取代的趨勢(shì)。GIS斷路器通常為分相操作的斷路器，因而非全相保護(hù)功能是GIS控制回路中必備的一項(xiàng)保護(hù)功能，其作用主要是防止斷路器在分合閘操作過(guò)程中，由于輔助節(jié)點(diǎn)故障、控制電纜接頭脫落等原因造成斷路器的某一相或兩相的開(kāi)合狀態(tài)與其它相不一致，危害電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文主要針對(duì)平芝GST-550BHC型GIS斷路器控制回路，對(duì)其非全相保護(hù)功能的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行分析，總結(jié)歸納出在驗(yàn)收時(shí)，該型設(shè)備非全相保護(hù)功能時(shí)的驗(yàn)證步驟，確保全面驗(yàn)證回路中各節(jié)點(diǎn)的開(kāi)閉狀態(tài)，避免驗(yàn)收盲點(diǎn)。

1 斷路器非全相運(yùn)行的危害

斷路器非全相運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生負(fù)序及零序電流，破壞系統(tǒng)的對(duì)稱性，對(duì)電網(wǎng)、輸電設(shè)備及電力用戶造成不良影響。（1）在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，當(dāng)斷路器發(fā)生非全相故障時(shí)，系統(tǒng)的對(duì)稱性被嚴(yán)重破壞，其中性點(diǎn)電壓偏移量增大，導(dǎo)致非故障相電壓急劇升高，造成絕緣擊穿，擴(kuò)大故障范圍，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性。（2）斷路器非全相運(yùn)行時(shí)，其產(chǎn)生的負(fù)序電流經(jīng)發(fā)電機(jī)繞組后，會(huì)形成與正常磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向相反的附加磁場(chǎng)，改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的力矩平衡，增加發(fā)電機(jī)的附加損耗，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)振動(dòng)和發(fā)熱；此外，其產(chǎn)生的零序電流在流經(jīng)變壓器繞組時(shí)，會(huì)使得變壓器鐵芯趨于飽和，燒壞變壓器繞組。（3）斷路器非全相運(yùn)行所產(chǎn)生的負(fù)序及零序電流，降低方向阻抗保護(hù)的靈敏性，縮小其保護(hù)范圍，導(dǎo)致保護(hù)存在死區(qū)，引起保護(hù)的拒動(dòng)或誤動(dòng)。

2 非全相保護(hù)的工作原理

圖1、2分別為GST-550BHC型GIS斷路器分閘控制回路和非全相保護(hù)回路，GST-550BHC型GIS斷路器設(shè)有兩套分閘控制回路，且配有相應(yīng)的非全相保護(hù)回路，兩套分閘控制回路基本相同，其主要區(qū)別在于分閘控制回路1帶有就地手動(dòng)分閘功能。為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，以分閘控制回路2及其非全相保護(hù)回路為例，分析非全相保護(hù)的動(dòng)作過(guò)程。

圖1 分閘控制回路

假設(shè)當(dāng)前斷路器處于分閘位置，令斷路器合閘，由于控制回路的某些故障，僅斷路器A相合閘，B、C相均處于分閘位置。此時(shí)，CB1（A）的輔助開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)Lb1斷開(kāi)，A16、A17閉合，CB1（B）、CB1（C）的輔助開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)Lb1閉合，A16、A17斷開(kāi)。

圖2 非全相保護(hù)回路

觀察非全相保護(hù)回路，電流經(jīng)直流母線正極PT→節(jié)點(diǎn)TCB-178、TCB-203→節(jié)點(diǎn)TCB-179、TCB-204→節(jié)點(diǎn)TCB-154→節(jié)點(diǎn)TCB-155→時(shí)間繼電器47T2→非全相保護(hù)壓板PL→直流母線負(fù)極N形成回路，當(dāng)時(shí)間達(dá)到47T2的整定值后，其對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)15-18閉合，輔助繼電器47X2得電，對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)3-4、6-7、10-11閉合。觀察分閘控制回路，電流經(jīng)直流母線正極PT→節(jié)點(diǎn)TCB-178、TCB-203→節(jié)點(diǎn)TCB-179、TCB-204→47X2的觸點(diǎn)3-4→節(jié)點(diǎn)TCB-151→A相分閘線圈52T2→節(jié)點(diǎn)TCB-140→油壓繼電器63QF2X輔助開(kāi)關(guān)2-4、氣體繼電器63GF2X輔助開(kāi)關(guān)2-4→直流母線負(fù)極N形成回路，使斷路器A相分閘，實(shí)現(xiàn)非全相保護(hù)功能。假設(shè)當(dāng)前斷路器處于合閘位置，令斷路器分閘，由于控制回路的某些故障，僅斷路器A相分閘，B、C相均處于合閘位置。此時(shí)，CB1（A）的輔助開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)Lb1閉合，A16、A17斷開(kāi)，CB1（B）、CB1（C）的輔助開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)Lb1斷開(kāi)，A16、A17閉合。

觀察非全相保護(hù)回路，電流經(jīng)直流母線正極PT→節(jié)點(diǎn)TCB-153→節(jié)點(diǎn)TCB-154→節(jié)點(diǎn)TCB-179、TCB-204→節(jié)點(diǎn)TCB-180、TCB-205→時(shí)間繼電器47T2→非全相保護(hù)壓板PL→直流母線負(fù)極N形成回路，當(dāng)時(shí)間達(dá)到47T2的整定值后，其對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)15-18閉合，輔助繼電器47X2得電，對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)3-4、6-7、10-11閉合。觀察分閘控制回路，電流經(jīng)直流母線正極PT→節(jié)點(diǎn)TCB-153→節(jié)點(diǎn)TCB-154→47X2的 觸 點(diǎn) 6-7、10-11→ 節(jié) 點(diǎn) TCB-176、TCB-201→B、C相分閘線圈52T2→節(jié)點(diǎn)TCB-165、TCB-190→油壓繼電器63QF2X輔助開(kāi)關(guān)2-4、氣體繼電器63GF2X輔助開(kāi)關(guān)2-4→直流母線負(fù)極N形成回路，使斷路器B、C相分閘，實(shí)現(xiàn)非全相保護(hù)功能。

3 非全相保護(hù)驗(yàn)證步驟

在驗(yàn)收GIS斷路器非全相保護(hù)功能時(shí)，傳統(tǒng)做法一般是隨機(jī)進(jìn)行抽測(cè)，將斷路器置于分閘或合閘位置，利用短接線隨機(jī)對(duì)斷路器某一相進(jìn)行分合操作，造成斷路器三相不一致的狀態(tài)，觀察非全相保護(hù)能否動(dòng)作，該方法的優(yōu)點(diǎn)是工作量小，斷路器分合操作次數(shù)較少，對(duì)設(shè)備的損害較低，但缺點(diǎn)是非全相保護(hù)回路驗(yàn)證不全面，存在驗(yàn)收盲區(qū)。以圖2為例，假設(shè)CB1（A）中輔助開(kāi)關(guān)Lb2-Lb02開(kāi)路故障，及Lb2-Lb02始終處于斷開(kāi)狀態(tài)。此時(shí)，令斷路器處于合閘位置，單獨(dú)跳開(kāi)B相，則電流經(jīng)直流母線正極PT→節(jié)點(diǎn)TCB-178→節(jié)點(diǎn)TCB-179→節(jié)點(diǎn)TCB-154、TCB-204→節(jié)點(diǎn)TCB-155、TCB-205→時(shí)間繼電器47T2→非全相保護(hù)壓板PL→直流母線負(fù)極N形成回路，當(dāng)時(shí)間達(dá)到47T2的整定值后，其對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)15-18閉合，輔助繼電器47X2得電，對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)3-4、6-7、10-11閉合，使得斷路器A、C相跳閘。從斷路器動(dòng)作狀態(tài)看，則其非全相保護(hù)回路動(dòng)作正確，但CB1（A）中輔助開(kāi)關(guān)Lb2-Lb02開(kāi)路故障并未被發(fā)現(xiàn)，該故障對(duì)斷路器的安全運(yùn)行埋下隱患。若斷路器正常運(yùn)行過(guò)程中，斷路器處于合閘狀態(tài)，由于控制回路或保護(hù)回路故障，導(dǎo)致斷路器A相跳閘，則由于CB1（A）中輔助開(kāi)關(guān)Lb2-Lb02的開(kāi)路故障，非全相保護(hù)不能正常啟動(dòng)，斷路器始終處于非全相狀態(tài)，危害系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

綜合上述分析，GST-550BHC型GIS斷路器非全相保護(hù)功能的驗(yàn)證步驟如下。（1）短路器處于分閘位置，遠(yuǎn)/近控轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處于遠(yuǎn)控位置，非全相保護(hù)壓板投入。（a）單獨(dú)合閘A相，延時(shí)后A相跳閘；（b）單獨(dú)合閘B相，延時(shí)后B相跳閘；（c）單獨(dú)合閘C相，延時(shí)后C相跳閘。（2）短路器處于合閘位置，遠(yuǎn)/近控轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處于遠(yuǎn)控位置，非全相保護(hù)壓板投入。（a）單獨(dú)跳閘A相，延時(shí)后B、C相跳閘；（b）單獨(dú)跳閘B相，延時(shí)后A、C相跳閘；（c）單獨(dú)跳閘C相，延時(shí)后A、B相跳閘。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于GST-550BHC型GIS斷路器，對(duì)其非全相保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析，指出傳統(tǒng)驗(yàn)收方式存在的驗(yàn)收盲區(qū)，并總結(jié)歸納出全面驗(yàn)證該型斷路器非全相保護(hù)功能的正確步驟。

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