斷路器三相不一致保護(hù)誤動(dòng)分析及對(duì)策探究

陳 亮

（國(guó)網(wǎng)無錫供電公司，江蘇 無錫 214000）

引言

電壓等級(jí)超過220kV，選擇分相操作機(jī)構(gòu)斷路器。在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)位置不一致的問題，尤其是在電流負(fù)荷比較大的情況下，系統(tǒng)中存在較大的負(fù)序、零序分量，直接對(duì)交流電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等電器設(shè)備的正常運(yùn)行造成影響，還可能會(huì)導(dǎo)致高壓線路零序方向在正常運(yùn)行的情況下，出現(xiàn)誤動(dòng)作等問題[1]。220kV 及其以上的電壓等級(jí)，在選擇分相操作機(jī)構(gòu)斷路器運(yùn)用時(shí)，需要合理斷路器三相不一致保護(hù)的設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行科學(xué)的配置，以便于在斷路器三相位置不一致的情況下，可以及時(shí)的跳開運(yùn)行相的斷路器[2]。在目前階段中，電網(wǎng)系統(tǒng)中容易在斷路器三相不一致保護(hù)中發(fā)生誤動(dòng)及拒動(dòng)的問題，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行安全受到影響，本文對(duì)斷路器三相不一致保護(hù)進(jìn)行分析，并探討對(duì)策。

1 斷路器三相不一致保護(hù)原理

電網(wǎng)高保護(hù)能力是將非全相運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)中的開關(guān)量及電氣量作為基礎(chǔ)，且體現(xiàn)出三相位置差異開關(guān)量，通常情況下為了達(dá)成相應(yīng)效果，會(huì)選擇斷路器輔助節(jié)點(diǎn)組合，也可以選擇斷路器操作箱跳閘位置監(jiān)視與合閘位置監(jiān)視繼電器節(jié)點(diǎn)組合的方式來實(shí)現(xiàn)。在采用斷路器三相不一致的方式運(yùn)行時(shí)，應(yīng)按照實(shí)際需求增設(shè)非全相運(yùn)行中的典型電氣量，以此作為閉鎖條件，如相電流、負(fù)序或零序電流等變化量，這樣能夠避免某些異常狀況下產(chǎn)生的誤動(dòng)作。在現(xiàn)階段中，斷路器三相不一致保護(hù)具有兩種形態(tài)，即為：斷路器本體、微機(jī)型電氣量。

微機(jī)型方式，是通過對(duì)接點(diǎn)開入斷路器，或者與分項(xiàng)跳閘部位的采集與相應(yīng)的電流進(jìn)行組合實(shí)現(xiàn)進(jìn)行邏輯判斷，并識(shí)別是否存在斷路器三相不一致狀況，并要增設(shè)零序電流與負(fù)序電流，將其作為閉鎖條件，實(shí)現(xiàn)三相不一致的保護(hù)。依據(jù)當(dāng)前主流的保護(hù)方式，斷路器操作箱中的跳閘部位TWJ 監(jiān)視為三相不一致開入，合閘部位開展HWJ 監(jiān)視，繼電器接點(diǎn)串聯(lián)、并聯(lián)的組合方式。微機(jī)型電氣量三相不一致典型保護(hù)動(dòng)作邏輯如圖1 所示。

圖1 微機(jī)型電氣量三相不一致典型保護(hù)動(dòng)作邏輯

斷路器本體三相不一致保護(hù)方式為：將斷路器三相常閉輔助節(jié)點(diǎn)與常開輔助節(jié)點(diǎn)先分別并聯(lián)，之后再串聯(lián)，將中間延時(shí)時(shí)間啟動(dòng)器，若是斷路器發(fā)生三相不一致狀況，則可以通過延時(shí)繼電器動(dòng)作來啟動(dòng)出口繼電器，出口繼電器跳開三相。斷路器本體三相不一致典型保護(hù)設(shè)計(jì)方式如圖2所示。

2 斷路器三相不一致保護(hù)誤動(dòng)分析

通過幾個(gè)典型事故案例，分析斷路器三相不一致保護(hù)誤動(dòng)。

圖2 斷路器本體三相不一致典型保護(hù)設(shè)計(jì)方式

2.1 斷路器三相不一致保護(hù)誤動(dòng)典型案例

2.1.1 案例一

某220kV 變電站調(diào)度臺(tái)收到母聯(lián)三相開關(guān)的分閘提醒，且出現(xiàn)斷路器本體三相不一致警告。通過開展現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)在220kV 母聯(lián)開關(guān)本體三相不一致時(shí)，延時(shí)繼電器沒有相應(yīng)動(dòng)作的情況下出口繼電器保持動(dòng)作狀態(tài)，進(jìn)而出現(xiàn)了開關(guān)三相跳閘的問題。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，繼電器本體三相不一致延時(shí)繼電器動(dòng)作接點(diǎn)的兩端絕緣達(dá)到零，最終使得出口繼電器發(fā)生了動(dòng)作，整體跳閘。此后對(duì)延時(shí)繼電器進(jìn)行拆裝檢查，發(fā)現(xiàn)部分內(nèi)部電板因?yàn)檫^于潮濕而發(fā)霉，內(nèi)部元器件間絕緣性急速下降，導(dǎo)致斷開狀態(tài)中，工作電壓下延時(shí)節(jié)繼電器節(jié)點(diǎn)被擊穿，進(jìn)而發(fā)生了斷路器跳閘的現(xiàn)象。

2.1.2 案例二

某500kV 變電站發(fā)生了C 相接地故障，保護(hù)動(dòng)作跳開斷路器C 相，斷路器本體三相不一致動(dòng)作出口跳開斷路器三相，動(dòng)作時(shí)間達(dá)到了900ms，并沒有達(dá)到整定的2s 要求，同時(shí)較之重合閘整定要求1.4s 也更低，閉鎖斷路器發(fā)生重復(fù)合閘。

2.1.3 案例三

某500kV 變電站中，主變停電檢修完成后，復(fù)電操作時(shí)，運(yùn)行人員進(jìn)行主變500kV 側(cè)兩個(gè)斷路器之后，對(duì)主變220kV 側(cè)斷路器進(jìn)行合閘的過程中，斷路器出現(xiàn)非全相合閘，監(jiān)控系統(tǒng)也因此發(fā)出了220kV 側(cè)斷路器三相不一致的報(bào)警，主變中兩臺(tái)繼電器保護(hù)公共繞組零序過流進(jìn)行了保護(hù)動(dòng)作，跳開了主變500kV 側(cè)及220kV 側(cè)的三個(gè)斷路器。事后檢查的過程中發(fā)現(xiàn)，220kV 側(cè)斷路器中的匯控柜，在AB 兩相使用遠(yuǎn)方/就地進(jìn)行把手SPT1、SPT2 的切換，在進(jìn)行切換的過程中，斷路器合閘控制11 到12 的接點(diǎn)會(huì)發(fā)生接觸不良的情況，以此使得斷路器的AB 兩相難以進(jìn)行合閘動(dòng)作，導(dǎo)致只有斷路器C 相是處于合閘非全相的狀態(tài)。因?yàn)?20kV 側(cè)斷路器保護(hù)運(yùn)行難以得到保障，對(duì)其進(jìn)行了拆除，但沒有進(jìn)行進(jìn)一步的改善，導(dǎo)致改側(cè)斷路器輔助裝置中保護(hù)因?yàn)閿嗦菲鞑灰恢挛恢瞄_入異常，使得保護(hù)未動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大。

2.2 斷路器三相不一致保護(hù)誤動(dòng)分析

斷路器本體的保護(hù)中，時(shí)間繼電器是最關(guān)鍵的元器件，但在工作中的可靠性較低，容易發(fā)生動(dòng)作延時(shí)、整定不符要求以及延時(shí)接點(diǎn)絕緣損壞情況，導(dǎo)致斷路器發(fā)生重合閘未完成、三相誤跳閘，對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定及安全造成嚴(yán)重影響，尤其500kV 和以上的高壓系統(tǒng)發(fā)生誤跳，進(jìn)而使得系統(tǒng)穩(wěn)定性失衡；電氣量三相不一致的關(guān)鍵內(nèi)容為三相不一致開入，實(shí)際運(yùn)行中，容易因?yàn)椴僮飨嘀刑l位置監(jiān)視回路異常，發(fā)生短路三相不一致，進(jìn)而使得繼電器被跳開，導(dǎo)致無法采集到三相不一致開入或者是繼電器開入導(dǎo)致的保護(hù)拒動(dòng)，促使相鄰線路出現(xiàn)零序后備保護(hù)越級(jí)跳閘風(fēng)險(xiǎn)存在。

根據(jù)上述案例，對(duì)于兩種不同保護(hù)方式的三相不一致保護(hù)，從保護(hù)可靠性、保護(hù)工作環(huán)境以及保護(hù)靈敏性等角度進(jìn)行對(duì)比，明確兩種保護(hù)方式在應(yīng)用中的缺陷及問題。

2.2.1 安裝環(huán)境而言

電氣量不一致保護(hù)要在繼保室中進(jìn)行組屏安裝，溫濕度與最佳運(yùn)行環(huán)境要求相接近，在運(yùn)行過程中不會(huì)有振動(dòng)現(xiàn)象。保護(hù)時(shí)間延時(shí)由CPU 邏輯控制，跳閘出口由CPU 控制啟動(dòng)繼電器和出口繼電器把關(guān)，裝置要保證抗干擾性，具有較高可靠性，繼電器本體保護(hù)需在斷路器控制箱中安裝，這使得其運(yùn)行溫度受外界影響比較大，分合閘振動(dòng)也會(huì)對(duì)元器件造成影響，進(jìn)而影響到運(yùn)行質(zhì)量，保護(hù)其運(yùn)行環(huán)境非常必要。通過對(duì)出口繼電器及延時(shí)繼電器運(yùn)行環(huán)境予以妥善保護(hù)，有利于實(shí)現(xiàn)延時(shí)跳閘要求，但是抗電磁干擾與抗交流竄電能力比較差，運(yùn)行過程中很容易出現(xiàn)誤動(dòng)。

2.2.2 回路復(fù)雜性以及動(dòng)作靈敏性而言

電氣量保護(hù)對(duì)三相不一致狀態(tài)的判斷，借助于操作箱跳合閘部位對(duì)繼電器接點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視，從而對(duì)斷路器狀態(tài)予以間接反映，零序與負(fù)序的電流閉鎖，當(dāng)系統(tǒng)處于輕載狀態(tài)時(shí)，有可能會(huì)導(dǎo)致拒動(dòng)的發(fā)生，本體保護(hù)進(jìn)行三相不一致狀態(tài)的判斷時(shí)，選擇的是機(jī)構(gòu)常開、常閉輔助接點(diǎn)組合，能直接反映斷路狀態(tài)，閉鎖不同電流。回路的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，具有較高的靈敏性。

2.2.3 造價(jià)和運(yùn)維成本而言

電氣量保護(hù)裝置以及相關(guān)的配套設(shè)備具有材料使用多、費(fèi)用高的特點(diǎn)，本體保護(hù)配套二次設(shè)備材料用量相對(duì)來說比較少，且回路較為簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)的工作量小。

3 斷路器三相不一致保護(hù)誤動(dòng)對(duì)策分析

針對(duì)上文對(duì)繼電器三相不一致誤動(dòng)分析、電氣量三相不一致保護(hù)方式與本體三相不一致保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，采取以下的改進(jìn)方式，進(jìn)而使保護(hù)誤動(dòng)的情況得到改善。

3.1 電氣量三相不一致保護(hù)完善

3.1.1 電流閉鎖改善

零序與負(fù)序電流閉鎖開放是電氣量三相不一致保護(hù)常用的方式，在實(shí)施整定時(shí)，應(yīng)確保滿足下列要求：固定采用零序電流實(shí)施閉鎖，零序電流過流定值則統(tǒng)一更具3Io一次值進(jìn)行整定，CT 變比在2400 以上的情況下，要根據(jù)0.1IM進(jìn)行整定，IM是指CT 的二次額定電流，對(duì)于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定，要保證為1.5s 或者2.0s。斷路器跳開的是兩相或者一相致使發(fā)生的非全相狀態(tài)，只有在負(fù)荷相電流在240A 以上時(shí)，才能夠使電氣量保護(hù)零序電流閉鎖為開放狀態(tài)，否則保護(hù)會(huì)因?yàn)榱阈螂娏髋袛喽贿M(jìn)行開放，最終使拒動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，而選擇負(fù)序電流當(dāng)做閉鎖判斷標(biāo)準(zhǔn)也是同理。在電氣量保護(hù)中，增加負(fù)序電流與該相正序電流比值判據(jù)之后，負(fù)荷電流值若是在240A 之下，但只要通過斷路器負(fù)荷電流較之保護(hù)裝置所搜集最小電流更大，保護(hù)仍然可達(dá)到可靠動(dòng)作要求。保護(hù)裝置采集最小電流約計(jì)為0.5IM。斷路器負(fù)荷電流較之0.5IM更小的情況下，因電流判據(jù)難以達(dá)成電氣保護(hù)要求，所以仍然會(huì)發(fā)生拒動(dòng)。在目前電氣量保護(hù)邏輯基礎(chǔ)上，增加不經(jīng)過電氣量特征閉鎖三相不一致后備段保護(hù)，這一判據(jù)只在斷路器負(fù)荷電流較之0.5IM更小的情況下應(yīng)用，同時(shí)要達(dá)成三相不一致開入，延時(shí)時(shí)間和斷路器本體保護(hù)也同樣一致，整定時(shí)間是2.0s。增設(shè)后備段能夠使電氣量保護(hù)輕載狀況下發(fā)生拒動(dòng)問題得到解決，同時(shí)也對(duì)三相不一致開入要求提升。

3.1.2 三相不一致開入改善

目前電氣量保護(hù)選擇的是操作箱三相跳合閘部位進(jìn)行繼電器接點(diǎn)監(jiān)視，以此進(jìn)行三相不一致開入量得到確認(rèn)，但該設(shè)計(jì)使斷路器開閉閘狀態(tài)無法直接反映，同時(shí)在可靠性上受到操作箱開閉閘部位監(jiān)視回路的影響較大?？梢砸霐嗦菲鞅倔w常閉或常開輔助接點(diǎn)組合，進(jìn)而使三相不一致狀態(tài)判斷形成，將其引入保護(hù)屏中當(dāng)做電氣量保護(hù)三相不一致開入。但由于目前眾多改進(jìn)，導(dǎo)致三相不一致開入判斷無法實(shí)現(xiàn)良好的效果。為此可采取以下創(chuàng)新，保護(hù)裝置進(jìn)行三相不一致開入的單獨(dú)設(shè)計(jì)，開入量從斷路器常閉、常開輔助點(diǎn)串并聯(lián)組合構(gòu)成的判斷回路中取得，以此使三相不一致開入失效的問題得到避免，新增負(fù)序電流和正序電流的比值判據(jù)，以此使電流閉鎖判據(jù)開放可靠性不足的情況得到改善，新增不通過電氣量閉鎖判據(jù)的后備段保護(hù)，避免輕載拒動(dòng)問題的發(fā)生。

3.2 斷路器本體三相不一致保護(hù)改善

3.2.1 二次回路設(shè)計(jì)完善

二次回路設(shè)計(jì)完善方案為，時(shí)間繼電器接點(diǎn)與斷路器輔助接點(diǎn)串接后，將斷路器常閉輔助接點(diǎn)與出口繼電器常開接點(diǎn)串聯(lián)，再使其介入到斷路器分閘回路當(dāng)中，三相不一致的判斷回路當(dāng)中，各個(gè)相都需要選擇相應(yīng)的常閉輔助接點(diǎn)并聯(lián)。該改進(jìn)方案中，時(shí)間繼電器延時(shí)接點(diǎn)發(fā)生絕緣異常，進(jìn)而使誤跳閘動(dòng)作發(fā)生的問題得到解決，因誤碰了出口繼電器，導(dǎo)致其損壞，造成誤跳閘，在三相不一致判斷回路中，每相都需要選擇應(yīng)用常閉輔助接點(diǎn)并聯(lián)的方式，以此使得斷路器分閘斷弧能力得到提升，分閘電流太大使常閉輔助接點(diǎn)被燒損的概率降低。但是這一方案對(duì)于戶外時(shí)間繼電器及出口繼電器使用環(huán)境沒有進(jìn)行有效的改善，更不能使時(shí)間繼電器自身元器件受潮導(dǎo)致的機(jī)械振動(dòng)、金屬腐蝕等導(dǎo)致的接點(diǎn)絕緣損壞、延時(shí)準(zhǔn)確度不高等問題得到改善。

3.2.2 時(shí)間繼電器改善

時(shí)間繼電器是斷路器本體保護(hù)中最關(guān)鍵的構(gòu)件，因受戶外惡劣環(huán)境的影響，導(dǎo)致在實(shí)際使用過程中可靠性受到影響。系統(tǒng)中出現(xiàn)延時(shí)接點(diǎn)的接通異常，進(jìn)而發(fā)生誤跳閘。確保良好的運(yùn)行環(huán)境才有利于微機(jī)保護(hù)運(yùn)行正常。所以說，應(yīng)將時(shí)間斷路器安裝在保護(hù)屏當(dāng)中，這一設(shè)計(jì)使二次電纜從高壓差地將三相不一致的判斷回路引入至保護(hù)屏中安裝的時(shí)間繼電器勵(lì)磁線圈，時(shí)間繼電器接點(diǎn)與斷路器操作箱跳閘繼電器直接相接，跳閘繼電器并不啟動(dòng)重合閘與失靈保護(hù)動(dòng)作，并取消出口繼電器，對(duì)二次回路進(jìn)行有效精簡(jiǎn)，以此使其可靠性提升。回路對(duì)可靠性的要求相對(duì)較高，要保證時(shí)間繼電器的質(zhì)量，選用知名品牌，同時(shí)也要為電子型。此外，將兩個(gè)時(shí)間繼電器并聯(lián)，接入到三相不一致啟動(dòng)回路，之后串聯(lián)兩個(gè)繼電器的延時(shí)接點(diǎn)，接入到操作箱跳閘繼電器中，以此使單一繼電器接點(diǎn)異常促使的誤跳閘現(xiàn)象得到預(yù)防，同時(shí)使繼保室運(yùn)行環(huán)境提升時(shí)間繼電器運(yùn)行環(huán)境的質(zhì)量，對(duì)環(huán)境進(jìn)行改善，從而使繼電器本體保護(hù)可靠性得到保障。

4 結(jié)論

繼電器三相不一致保護(hù)，對(duì)整體電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性有著極重大的影響，也直接影響著電網(wǎng)安全和電能質(zhì)量。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，人員要重視到三相不一致保護(hù)的可靠性，提升對(duì)其的認(rèn)識(shí)，以此使設(shè)備運(yùn)行得到保障。本文提出的斷路器不一致保護(hù)改進(jìn)方案對(duì)于機(jī)電設(shè)備及供電單位等都具有一定借鑒意義。