斷路器越級故障的幾種常見處理方法

紀 璐，楊 峰，張紅艷

(國網河北省電力公司培訓中心，石家莊 050031)

在電力系統中，當電氣設備發生故障，應有保護裝置動作跳開故障設備的各側開關。但由于某些原因開關拒動或保護拒動，可能將引起上級開關跳閘。斷路器拒動或保護拒動雖然出現概率較低，但一旦發生，故障影響范圍將擴大，對設備與電網都會造成很大沖擊，因此以下結合案例分析變電站越級故障幾種常見處理方法。

1 利用斷路器失靈保護

斷路器失靈保護是一種近后備保護，主要用于解決220 kV 及以上斷路器拒動造成的越級故障。

1.1 220 kV 雙母線接線系統

2007年6月22日，某220 kV 變電站2341 線路遭雷擊W 相跳閘后，引起斷路器失靈保護動作造成220 kV I 母線停電。

具體情況分析如下:16 時13 分，該變電站2341 線路W 相遭雷擊，W 相流過很大故障電流，且產生零序電流，如圖1所示。故障點位于2341線路保護范圍，2341 線路保護動作，選相跳開2341 斷路器W 相。

圖1 2341 斷路器電流量及位置變化情況

跳閘后約75 ms，2341 斷路器W 相斷口擊穿，由圖1可看出，此時2341 斷路器W 相雖顯示在分位，但是W 相有故障電流流過。線路保護向2341斷路器W 相發跳令，而且由于W 相斷口擊穿造成W 相故障電流重現，這2 個條件同時滿足時，母差裝置判定為2341 斷路器W 相失靈，進而啟動斷路器失靈保護，并經過其他條件判斷后跳開2341 斷路器所連的I 母上所有斷路器。

從該故障可以看出，在220 kV 雙母線接線中，當線路支路(主變壓器支路類似)發生越級故障時，主要依靠斷路器失靈保護跳開失靈斷路器所在的母線，來實現故障切除。由于斷路器失靈保護與母差保護出口跳閘對象一致，因此2 種保護功能集成在同一個裝置中實現，且共用跳閘出口回路。

1.2 500 kV 3/2 接線系統

與220 kV 雙母線中斷路器失靈保護情況不同，500 kV 3/2 接線中失靈保護按斷路器設置，功能在斷路器保護中實現。判斷斷路器失靈的條件與前者一樣，但動作后的跳閘對象卻并不相同。

2011年10月15日，某500 kV 變電站500 kV朔云線V、W 相間故障，線路保護、5023 斷路器失靈保護先后動作，跳開5022 斷路器、5023 斷路器及Ⅱ母線上其他斷路器。

具體情況分析如下:1 時11 分，該變電站500 kV 朔云線發生V、W 相間故障，5022、5023 斷路器V、W 相均流過較大短路電流，線路保護RCS-931、7SD522 電流差動保護動作，PSL-602 保護動作。5022、5023 斷路器三相均動作分閘后，5022 斷路器三相電流變為0 A，而5023 斷路器V、W 相故障電流仍然存在，如圖2所示。由5023 斷路器V、W 相啟動5023 斷路器失靈保護，保護動作先跟跳本斷路器，跟跳失敗后，440 ms 跳開Ⅱ母上所有斷路器切除故障。

圖2 5023 斷路器電流量及位置變化情況

根據5023 斷路器解體情況，發現V、W 相滅弧室的逆止閥片缺少，導致斷路器在分閘時壓氣缸內壓力不足，嚴重影響斷路器的開斷能力，雖然朔云線5023 斷路器雖分閘動作正確，但V、W 相開斷失敗，未將故障電流切斷而引發越級故障。

由該故障可以看出，在500 kV 3/2 接線中，斷路器失靈保護在邊斷路器發生越級故障后能夠動作跳開中斷路器及邊斷路器相連母線(還包括相連線路對側斷路器或相連變壓器其他側斷路器)后切除故障。與之類似，中斷路器發生越級故障后斷路器失靈保護則跳開兩側邊斷路器(還包括相連線路對側斷路器或相連變壓器其他側斷路器)。

2 增加遠跳功能

該方法可用于解決220 kV 母線故障，某線路斷路器拒動的越級故障。母線故障線路斷路器拒動情況示意見圖3。

圖3 母線故障線路斷路器拒動情況示意

如圖3所示，當母線K1 處故障，母差保護動作跳閘但線路斷路器拒動，如果線路對側有電源，則繼續通過線路、拒動斷路器給故障母線提供故障電流。為防止這種情況發生，線路光纖差動保護裝置增加了遠跳功能，使線路對側保護在這種情況下也能夠快速動作跳閘。河北省南部電網使用永跳繼電器的觸點，并經線路光纖差動保護屏上遠跳壓板后，作為線路光纖差動保護的遠跳開入，通過光纖通道向對側發遠跳信號，如圖4，對側線路保護收到該信號后快速跳閘。

圖4 遠跳信號傳輸示意

3 利用主變壓器后備保護

這種方法主要用于切除110 kV 及以下斷路器拒動或保護拒動引起的越級故障。

2006年6月13日，某110 kV 變電站35 kV 柴錫線故障，該線的線路保護、1 號主變壓器中壓側后備保護先后拒動，最終該變電站1 號主變壓器三側跳閘。

具體情況分析如下:14 時35 分，35 kV 柴錫線發生三相短路，該線線路保護過流Ⅲ段動作跳開3501 斷路器，1 s 后重合成功;5.3 s 后該線路再次發生三相短路，此時線路保護不明原因拒動，3501斷路器因收不到跳閘命令無法分閘，此時應由1 號主變壓器中壓側DL-222 后備保護動作跳開35 kV分段及35 kV 主進斷路器即可切除故障。但由于該保護也拒動，因此只能2.8 s 后由1 號主變壓器高壓側后備保護過流Ⅰ段Ⅰ時限動作跳閘，跳開1 號主變壓器三側斷路器，最終導致該變電站1 號主變壓器、35 kV I 母線及所帶35 kV 出線停電。

經保護人員檢查試驗，發現柴錫線保護裝置的邏輯元件存在缺陷、1 號主變壓器中壓側后備保護裝置性能不穩定，造成該2 種保護先后拒動，最后由1 號主變壓器高壓側后備保護動作切除故障，造成故障停電范圍擴大。

由該故障可以看出，對于110 kV 及以下的斷路器一旦發生越級故障，只能依靠主變壓器后備保護來切除，因此線路保護與主變壓器保護的定值整定及延時整定之間合理配合，是保障電網發生故障后能正確并可靠切除的關鍵。

4 繼電保護雙重化配置

河北省南部電網220 kV 及以上線路、220 kV及以上母線、110 kV 及以上主變壓器均采用繼電保護雙重化配置。雙重化配置不僅是指采用2 套獨立的保護裝置，并且包括2 套保護裝置的電源回路、交流信號輸入回路、輸出回路、跳閘回路、與其他保護或設備配合的回路均完全獨立，互不影響。2 套保護系統之間沒有任何電氣聯系，每套完整的保護系統均能處理可能發生的所有類型的故障，當一套保護系統出現異常時不會影響另一套保護系統的正常工作。

因此，通過雙重化配置繼電保護系統，即使其中一套保護拒動另一套保護仍能正常動作跳閘，來避免發生因某一套保護拒動引發的越級故障。

5 結束語

當電力系統發生越級故障后，容易造成停電范圍的擴大，現場通過采取上述的幾種解決方法，能夠有效快速切除越級故障，進而保證其他無故障設備和電網繼續正常穩定運行。

［1］國家電力調度通信中心.國家電網公司繼電保護培訓教材［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］張紅艷.國家電網公司生產技能人員職業能力培訓專用教材－變電運行(220kV)［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［3］國家電網公司運維檢修部.國家電網公司十八項電網重大反事故措施(修訂版)輔導教材［M］.北京:中國電力出版社，2012.