斷路器三相位置不一致時(shí)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(xué)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(shí)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(xué)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(duì)斷路器三相位置不一致時(shí)間繼電器存在動(dòng)作時(shí)間偏差問題，進(jìn)行測(cè)試和分析，找出了撥輪式和靜態(tài)無源二類時(shí)間繼電器出現(xiàn)問題的原因，并提出相應(yīng)的整改措施，避免由此引起的線路重合失敗而擴(kuò)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(shí)間繼電器；時(shí)間偏差

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

1 斷路器三相位置不一致保護(hù)原理

分相操作機(jī)構(gòu)的斷路器，因某種原因會(huì)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(dāng)運(yùn)行線路出現(xiàn)斷路器三相位置不一致時(shí)，線路處于非全相運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)負(fù)序、零序分量，對(duì)一次設(shè)備特別是非電阻性電氣設(shè)備產(chǎn)生影響；二次保護(hù)可能發(fā)生越級(jí)誤跳閘，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全及穩(wěn)定性。為此分相操作機(jī)構(gòu)的斷路器本體設(shè)計(jì)了斷路器三相位置不一致保護(hù)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(hù)的接線是將A，B，C三相的常開、常閉輔助接點(diǎn)分別并聯(lián)后再串聯(lián)，然后啟動(dòng)1個(gè)延時(shí)時(shí)間繼電器（該繼電器動(dòng)作電壓應(yīng)大于55%額定電壓、小于70%額定電壓），當(dāng)斷路器出現(xiàn)三相位置不一致時(shí)，經(jīng)過時(shí)間延時(shí)，動(dòng)作起動(dòng)出口中間繼電器，并跳開三相斷路器。組成該回路的時(shí)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(hù)回路如圖1所示。時(shí)間繼電器平時(shí)不帶電，一旦出現(xiàn)斷路器三相位置不一致時(shí)，圖中時(shí)間繼電器SJ1動(dòng)作，經(jīng)延時(shí)啟動(dòng)中間繼電器出口。運(yùn)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(shí)，該繼電器均會(huì)動(dòng)作。在系統(tǒng)發(fā)生單相瞬時(shí)性故障時(shí),該繼電器雖然勵(lì)磁但因設(shè)定時(shí)間大于重合閘時(shí)間，在成功重合后該繼電器會(huì)立即失磁返回，接點(diǎn)不會(huì)動(dòng)作。

斷路器本體三相位置不一致保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與線路保護(hù)重合閘時(shí)間配合，必須大于線路重合閘時(shí)間，以此保證線路單相跳閘至重合閘動(dòng)作時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的斷路器三相位置不一致情況下可靠不動(dòng)作。如果三相位置不一致保護(hù)實(shí)際動(dòng)作時(shí)間小于線路重合閘時(shí)間（一般重合閘時(shí)間為0.7～1 s），線路單相瞬時(shí)故障就會(huì)發(fā)展為三相全跳，造成事故擴(kuò)大。

2 時(shí)間繼電器動(dòng)作時(shí)間偏差原因分析

2.1 撥輪結(jié)構(gòu)時(shí)間繼電器存在問題分析

某變電站基建期技術(shù)監(jiān)督中，發(fā)現(xiàn)調(diào)試合格的三相位置不一致時(shí)間繼電器共計(jì)16個(gè)，在投產(chǎn)驗(yàn)收中發(fā)現(xiàn)7個(gè)繼電器出現(xiàn)時(shí)間嚴(yán)重偏差，設(shè)定時(shí)間為2 500 ms，實(shí)際動(dòng)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(shí)故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作跳開故障相到重合閘期間，會(huì)出現(xiàn)三相位置不一致保護(hù)誤動(dòng)三相全跳，造成跳閘范圍擴(kuò)大的嚴(yán)重后果。

撥輪式靜態(tài)時(shí)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(shí)間電路（含撥輪）、驅(qū)動(dòng)密封出口繼電器構(gòu)成。從原理構(gòu)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(shí)間精度；計(jì)時(shí)回路的電容耐壓水平和參數(shù)穩(wěn)定性會(huì)影響整定時(shí)間精度。時(shí)間撥輪出現(xiàn)接觸不良，計(jì)時(shí)回路元器件異常均會(huì)影響動(dòng)作時(shí)間。

出現(xiàn)問題的時(shí)間繼電器全部進(jìn)行返廠測(cè)試，部份實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

從表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見：出現(xiàn)8個(gè)時(shí)間偏差大的時(shí)間繼電器，其中有4個(gè)動(dòng)作時(shí)間為500 ms、2個(gè)為2 000 ms、1個(gè)為300 ms。該型號(hào)繼電器為四位撥輪式結(jié)構(gòu)，每位撥輪通過8421碼組合為0～9的時(shí)間數(shù)值，時(shí)間設(shè)定范圍為000 0～999 9 ms。如果設(shè)定時(shí)間為2 500 ms，撥輪開關(guān)設(shè)定數(shù)值分別為2，5，0，0。當(dāng)?shù)谝晃粨茌單恢檬r(shí)，設(shè)定值2變?yōu)?，繼電器時(shí)間變?yōu)?00 ms；當(dāng)?shù)诙粨茌單恢檬r(shí)，設(shè)定值5變?yōu)?，繼電器時(shí)間變?yōu)? 000 ms。由此可見出現(xiàn)以上時(shí)間偏差的原因?yàn)閾茌喪А?/p>

圖1 斷路器三相位置不一致保護(hù)回路

圖2 撥輪時(shí)間繼電器原理框圖

表1 時(shí)間繼電器時(shí)間測(cè)試

進(jìn)一步對(duì)問題時(shí)間繼電器的撥輪開關(guān)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(dòng)觸頭寬度只有0.5 mm，并且動(dòng)觸頭的銅片壓力較小，當(dāng)接觸面發(fā)生氧化時(shí)易造成接觸不良使設(shè)定值失效。解剖其他型號(hào)時(shí)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(shí)動(dòng)觸頭有1 mm寬并感覺動(dòng)觸頭的銅片壓力明顯要大，可見有問題的時(shí)間繼電器在撥輪結(jié)構(gòu)上存在缺陷。

圖3 撥輪解剖照片

2.2 靜態(tài)無源時(shí)間繼電器存在問題分析

西門子公司斷路器中的OM3型時(shí)間繼電器，長期運(yùn)行后時(shí)間動(dòng)作特性不穩(wěn)定，實(shí)際動(dòng)作時(shí)間可能遠(yuǎn)小于設(shè)定值。

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

圖4 OM3時(shí)間繼電器

圖4中的“時(shí)間調(diào)整”按鈕為無節(jié)調(diào)節(jié)的電位器，多次旋轉(zhuǎn)后易松動(dòng)變位，“時(shí)間倍率”調(diào)整開關(guān)為有節(jié)調(diào)節(jié)，不易震動(dòng)變位。同時(shí)斷路器匯控箱安裝在斷路器的機(jī)構(gòu)鐵架上，每次斷路器分合操作時(shí)構(gòu)架震動(dòng)較大。長時(shí)間運(yùn)行后，頻繁震動(dòng)會(huì)使“時(shí)間調(diào)整”按鈕偏移，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)設(shè)定2.5× 10（s）的時(shí)間變位接近0.5×10（s），即出現(xiàn)斷路器三相位置不一致時(shí)間變?yōu)?.5 s，小于線路重合閘時(shí)間（0.7～1 s），斷路器三相位置不一致保護(hù)搶先動(dòng)作，導(dǎo)致線路重合失敗，擴(kuò)大跳閘范圍。

3 三相不一致時(shí)間繼電器整改措施

以上2個(gè)案例反映了時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)存在一定的缺陷，針對(duì)以上問題提出整改措施：

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

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

（3）時(shí)間繼電器中如采用抗干擾器件，其耐壓應(yīng)大于2 500 V。

（4）用調(diào)節(jié)電位器設(shè)定時(shí)間的時(shí)間繼電器，設(shè)定時(shí)間相關(guān)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(guān)。

（5）對(duì)安裝在斷路器機(jī)構(gòu)上的斷路器匯控箱，應(yīng)采取措施防止斷路器三相位置不一致時(shí)間繼電器受振動(dòng)。

（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(shí)間繼電器中的電容器工作性能。

4 結(jié)語

電力線路單相瞬時(shí)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(xiàng)技術(shù)措施。如果斷路器三相位置不一致時(shí)間繼電器因存在時(shí)間偏差而引起三相跳閘，會(huì)使重合閘失效，造成了不應(yīng)該的停電事故，應(yīng)引起電網(wǎng)運(yùn)維部門、時(shí)間繼電器生產(chǎn)廠家高度重視。應(yīng)采取相應(yīng)措施提高產(chǎn)品質(zhì)量，斷路器廠家對(duì)時(shí)間繼電器選擇上要嚴(yán)格把關(guān)，選用質(zhì)量優(yōu)異的繼電器，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

[1]趙曼勇.線路非全相運(yùn)行時(shí)保護(hù)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(hù)拒動(dòng)原因分析[J].電工技術(shù)，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(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)試驗(yàn)方法研究和電力系統(tǒng)事故分析。