超（特）高壓交流斷路器三相不一致保護(hù)分析及改進(jìn)研究

逯 遙，李 偉，趙桂鑫

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引言

扎魯特—青州±800 kV特高壓直流工程（以下簡稱魯固直流）中，廣固換流站是國內(nèi)首批實(shí)現(xiàn)交流側(cè)電壓分層接入500 kV、1 000 kV電網(wǎng)的特高壓換流站之一。該站500 kV GIS場和小組濾波器場以及1 000 kV GIS場和小組濾波器場均采用分相操作。一旦發(fā)生斷路器三相不一致故障，將嚴(yán)重影響魯固直流工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為避免出現(xiàn)斷路器三相不一致運(yùn)行事故，廣固換流站交流斷路器本體全部配置了三相不一致保護(hù)［1-2］。

斷路器本體三相不一致保護(hù)由斷路器三相常開和常閉觸點(diǎn)以及時間繼電器、出口繼電器等二次回路組成，保護(hù)的可靠性完全由二次回路特性決定［3-4］。但由于制造廠家尚存在對斷路器本體三相不一致保護(hù)原理與危險點(diǎn)認(rèn)識不清的問題，造成三相不一致二次回路設(shè)計存在缺陷［5-8］，可能導(dǎo)致斷路器三相不一致誤動或拒動事故，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

對廣固換流站（超）特高壓交流斷路器本體三相不一致保護(hù)回路進(jìn)行全面排查，深入分析三相不一致保護(hù)回路存在的共性問題，結(jié)合國家電網(wǎng)有限公司反措要求，提出本體三相不一致回路優(yōu)化改造方案，并在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證。

1 三相不一致保護(hù)基本原理

斷路器三相不一致保護(hù)分為本體三相不一致保護(hù)和微機(jī)三相不一致保護(hù)，兩者實(shí)現(xiàn)原理存在較大差異，前者通過繼電器二次回路實(shí)現(xiàn)，后者通過微機(jī)邏輯判別實(shí)現(xiàn)。

1.1 本體三相不一致保護(hù)

斷路器本體三相不一致保護(hù)原理如圖1所示。斷路器本體三相不一致保護(hù)分為功能回路和出口回路2部分［9］：首先經(jīng)功能回路啟動三相不一致保護(hù)，后經(jīng)出口回路跳閘出口。功能回路的原理為：由三相分閘位置接點(diǎn)（常閉）并聯(lián)、三相合閘位置接點(diǎn)（常開）并聯(lián)，兩部分串聯(lián)后經(jīng)三相不一致功能壓板啟動三相不一致時間繼電器。出口回路的原理為：時間繼電器經(jīng)固定延時后啟動三相不一致保護(hù)出口繼電器；出口回路按照“正電源經(jīng)判據(jù)”原則，正電源經(jīng)“斷路器常閉接點(diǎn)、出口壓板及三相不一致出口繼電器動作接點(diǎn)”實(shí)現(xiàn)本體三相不一致動作跳閘。出口繼電器動作后，出口繼電器接點(diǎn)閉合，從而接通斷路器三相跳閘回路。

斷路器正常運(yùn)行時，三相不一致功能、出口壓板均投入，常閉接點(diǎn)（R26、R28）處于斷開狀態(tài)，常開接點(diǎn)（R25、R27）處于閉合狀態(tài)，功能回路和出口回路均處于斷開狀態(tài)，三相不一致保護(hù)不啟動。以斷路器A相跳閘，其他兩相因機(jī)構(gòu)故障無法跳閘為例，此時一組常閉接點(diǎn)（如A相）變?yōu)殚]合狀態(tài)，將與未跳閘兩相（B、C相）的常開接點(diǎn)（仍處于閉合狀態(tài)）構(gòu)成通路，從而啟動時間繼電器47T1，經(jīng)過整定延時（Δt）啟動出口繼電器47TX1，出口繼電器三組接點(diǎn)（3-4，6-7，10-11）閉合，斷路器三相不一致出口跳閘回路接通：正電源—A相常閉接點(diǎn)—出口壓板—出口繼電器3組接點(diǎn) （3-4，6-7，10-11）—斷路器三相跳閘回路—負(fù)電源，從而將三相斷路器跳開，避免斷路器長時間運(yùn)行于非全相狀態(tài)。

1.2 微機(jī)三相不一致保護(hù)

微機(jī)三相不一致保護(hù)配置原理如圖2所示。與斷路器本體三相不一致保護(hù)相比，其判別斷路器跳閘位置時增加了電流判據(jù)［10］，即任一相TWJ（跳位繼電器）動作，且該相無電流時，則判斷該相斷路器在跳閘位置。

圖1 斷路器本體三相不一致保護(hù)原理

當(dāng)不一致保護(hù)功能投入時，若任一相（或兩相）在跳閘位置且三相不全在跳閘位置時，則判別斷路器處于三相不一致狀態(tài)。例如A相跳閘（TWJ=1）且無電流，B、C相處于合閘位置，此時“與門邏輯器件”輸出“1”，判別結(jié)果可選擇經(jīng)零序電流或負(fù)序電流開放（由控制字設(shè)定投退），經(jīng)可整定的動作時間后滿足不一致動作條件時，三相不一致出口跳開斷路器三相。

為減少電纜迂回帶來的直流接地、對微機(jī)保護(hù)引入干擾和二次回路斷線等不可靠因素，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)定［2］，應(yīng)盡量采用斷路器本體的三相不一致保護(hù)，而不再另外設(shè)置三相不一致保護(hù)；如斷路器本身無三相不一致保護(hù)，則應(yīng)為該斷路器配置三相不一致保護(hù)。

圖2 微機(jī)三相不一致保護(hù)原理

2 主要問題分析

對廣固換流站所用不同超（特）高壓交流斷路器本體三相不一致回路進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)存在出口回路設(shè)計不合理、繼電器參數(shù)不符合要求2類問題。

圖3 1 000 kV GIS斷路器三相不一致保護(hù)回路

2.1 出口繼電器兩側(cè)帶電存在誤動風(fēng)險

1）1 000 kV GIS 斷路器。

3）做好低硫燃油供應(yīng)資金的使用安排。相對高硫油，低硫油價格更加昂貴，會帶來整個航運(yùn)業(yè)經(jīng)營成本大幅上升。IHS Markit咨詢公司認(rèn)為，低硫油和高硫油如果按照以往200美元/噸的價差測算，全球航運(yùn)業(yè)燃油成本將增加500億～600億美元。低硫油的使用將給船東帶來額外資金負(fù)擔(dān)，航運(yùn)公司必須提前安排，做好資金保障，避免出現(xiàn)資金緊張問題。

1 000 kV GIS斷路器三相不一致保護(hù)回路如圖3所示。三相不一致出口回路為：正電源經(jīng)斷路器常開接點(diǎn)、出口壓板及出口繼電器動作接點(diǎn)—斷路器三相跳閘回路—負(fù)電源。正常運(yùn)行時，斷路器常開接點(diǎn)（27，28）閉合，正電源經(jīng)出口壓板至出口繼電器接點(diǎn)（3，6，10），此時出口繼電器接點(diǎn)（4，7，11）帶負(fù)電，極易因繼電器誤動作導(dǎo)致跳閘出口。

2）1 000 kV交流濾波器場小組斷路器。

1 000 kV交流濾波器場小組斷路器由兩臺雙斷口斷路器串聯(lián)組成，當(dāng)任一臺斷路器三相不一致動作時，同時跳開兩臺斷路器。斷路器三相不一致保護(hù)回路如圖4所示。

該斷路器三相不一致保護(hù)功能回路和出口回路均存在嚴(yán)重缺陷。功能回路為：正電源經(jīng)時間繼電器+K15動作接點(diǎn)（3—4）—出口繼電器+Q13—LP32功能壓板—負(fù)電源。時間繼電器+K15接點(diǎn)4帶正電，而接點(diǎn)3帶負(fù)電，兩側(cè)同時帶電易發(fā)生誤動，導(dǎo)致出口繼電器+Q13勵磁誤動作。

出口回路為：正電源—出口繼電器+Q13動作接點(diǎn) （1—2，3—4，5—6）—+K10.1 閉 鎖 接 點(diǎn) （12—11，22—21，32—31）—斷路器 1跳閘線圈—斷路器2跳閘線圈—負(fù)電源。其中出口繼電器+Q13動作接點(diǎn)（1，3，5）帶正電，出口繼電器+Q13 動作接點(diǎn)（2，4，6）帶負(fù)電，易發(fā)生誤動出口事故。

圖4 1 000 kV交流濾波器場小組斷路器三相不一致回路

3）500 kV交流濾波器場小組斷路器。

該斷路器的三相不一致出口回路為：正電源—XB7出口壓板—三相不一致出口繼電器KL2接點(diǎn)（4，7，10）—出口繼電器 KL2 接點(diǎn)（5，8，11）經(jīng)斷路器跳閘回路至負(fù)電源。因此，出口繼電器KL2接點(diǎn)兩側(cè)同時帶電，存在繼電器誤動（或絕緣降低、接點(diǎn)銹蝕、粘連等）而直接引起斷路器跳閘的風(fēng)險。

4）500 kV GIS 斷路器。

經(jīng)檢查500 kV GIS斷路器三相不一致回路不存在缺陷，符合要求。

2.2 繼電器參數(shù)不符合要求

對上述斷路器三相不一致回路涉及的繼電器參數(shù)進(jìn)行校核分析，結(jié)果如表1所示。《國家電網(wǎng)有限公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》規(guī)定：所有涉及直接跳閘的重要回路應(yīng)采用動作電壓在額定直流電源電壓的55%～70%范圍以內(nèi)的中間繼電器，并要求其動作功率不低于5 W。該規(guī)定主要為防止電磁干擾或二次回路接地等造成動作繼電器誤動出口引起造成斷路器跳閘。分析結(jié)果表明，1 000 kV交流濾波器場小組斷路器的三相不一致保護(hù)動作繼電器動作功率小于5 W，不滿足要求；時間繼電器動作電壓過低，為了提高其抗干擾性，應(yīng)同時更換動作電壓在額定直流電源電壓的55%～70%范圍以內(nèi)的時間繼電器。

表1 出口繼電器和時間繼電器參數(shù)分析

圖5 500 kV交流濾波器場小組斷路器三相不一致回路

3 優(yōu)化改進(jìn)方案

3.1 二次回路優(yōu)化

1 000 kV GIS斷路器。將三相不一致回路中的斷路器常開、常閉節(jié)點(diǎn)位置對調(diào)，三相不一致出口回路改為：正電源經(jīng)斷路器常閉接點(diǎn)—出口壓板—出口繼電器動作接點(diǎn)—斷路器三相跳閘回路—負(fù)電源。正常運(yùn)行時，斷路器常閉接點(diǎn)斷開，出口繼電器接點(diǎn)（3，6，10）不帶電。

1 000 kV交流濾波器場小組斷路器。改進(jìn)方案包括功能回路和出口回路兩部分，如圖4所示。功能回路：時間繼電器動作接點(diǎn)（4）由直接連接正電源，改接至兩個機(jī)構(gòu)箱共6個并聯(lián)的斷路器常開輔助接點(diǎn)之后，確保正常運(yùn)行條件下時間繼電器動作接點(diǎn)（4）不帶電；出口回路：出口繼電器+Q13 接點(diǎn)（1，3，5）由直接連接正電源，改為經(jīng)出口壓板LP34接至機(jī)構(gòu)箱共6個并聯(lián)的斷路器常閉輔助接點(diǎn)之后，確保正常運(yùn)行時出口繼電器+Q13接點(diǎn)（1，3，5）不帶電。

500 kV交流濾波器場小組斷路器。在正電源與三相不一致出口壓板間中串入斷路器常閉接點(diǎn)，即斷開出口壓板XB7上端接點(diǎn)（1）與正電源之間的連接，將出口壓板XB7上端接點(diǎn)（1）與斷路器常閉接點(diǎn)端子（169）跳接。確保斷路器正常運(yùn)行時出口繼電器 KL2 接點(diǎn)（4，7，10）不帶電，如圖 5 所示。

3.2 更換出口繼電器和時間繼電器

針對1 000 kV交流濾波器場小組斷路器，應(yīng)將其三相不一致保護(hù)動作繼電器更換為動作功率不低于5 W的中間繼電器。目前關(guān)于時間繼電器的動作電壓尚無明確規(guī)定，但從提高抗干擾性角度，應(yīng)更換為動作電壓在額定直流電源電壓的55%～70%范圍以內(nèi)的時間繼電器。

4 結(jié)語

對±800 kV魯固直流工程廣固換流站的500 kV GIS場和小組濾波器場、1 000 kV GIS場和小組濾波器場共4種斷路器三相不一致回路的排查結(jié)果進(jìn)行了深入分析，總結(jié)了二次回路存在的典型問題，并提出針對性的改進(jìn)方案，為今后產(chǎn)品設(shè)計和運(yùn)行管理提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

斷路器本體三相不一致必須由三相分閘位置接點(diǎn)（常閉）并聯(lián)、三相合閘位置接點(diǎn)（常開）并聯(lián)，兩部分串聯(lián)后啟動三相不一致時間繼電器。

出口壓板和出口繼電器接點(diǎn)必須接于斷路器常閉接點(diǎn)之后，一是防止出口繼電器接點(diǎn)兩側(cè)同時帶電，避免單繼電器誤動造成斷路器誤跳；二是重合閘成功后，斷路器常閉接點(diǎn)斷開，出口回路失電，防止重合成功后斷路器誤跳。

出口繼電器動作電壓必須介于55%～70%之間，以防止單端接地誤動和電壓不足拒動；動作功率應(yīng)不低于5 W，以防止誤動；動作時間應(yīng)不小于10 ms，以防止抖動和誤動。