斷路器三相非同期回路誤動作原因分析及回路優化設計

山東泰開高壓開關有限公司 唐東升 李傳金

0 引言

目前220kV及以上電壓等級分相操作的斷路器，為防止斷路器三相位置不一致，導致斷路器誤動、拒動，引起設備損害或越級跳閘，斷路器應采用三相不一致保護；其目前的設計方案是將斷路器的三相常開、常閉輔助點分別并聯后再串聯，然后啟動時間繼電器，時間繼電器延時后啟動跳閘出口繼電器，最終跳閘出口繼電器啟動使斷路器的三相全部跳閘；結構上簡單可靠，但是受環境及元器件本身質量的問題，絕緣度降低，可能造成三相不一致保護誤動。本文結合各開關廠在現場出現的問題提出解決整改方案，優化設計回路。

1 現場出現情況

某220kVGIS工程，斷路器機構為三相分箱操作機構，在無操作、無故障的正常運行狀況下，斷路器自動跳閘，監控后臺有斷路器三相非同期信號報文，現場實際情況未出現斷路器非同期現象；

2 原因分析以及前期的處理措施

2.1 原因分析

按照圖紙，檢查三相不一致回路，經排查，回路接線完整無誤，匯控柜內的三相不一致信號是由三相不一致保護回路中的跳閘出口繼電器發出，故重點排查非同期繼電器是否出現誤動；恢復二次接線，重新對斷路器進行合閘，并觀察繼電器動作情況，發現斷路器三相合閘后，非同期繼電器動作；因其是靠時間繼電器來啟動的，故首先排查一下時間繼電器的絕緣程度，用兆歐表測時間繼電器的常開輸出抽頭，發現絕緣程度過低；更換時間繼電器，測量常開輸出接點絕緣電阻無窮大，投斷路器操作電源，操作斷路器，故障現象消失。

圖1

2.2 原設計方案分析

斷路器的三相常開、常閉輔助點分別并聯后再串聯，以此作為三相非同期判斷回路，如果發生三相不一致情況，則此判斷回路導通后啟動時間繼電器，經時間繼電器延時后啟動跳閘出口繼電器，最終跳閘出口繼電器啟動并作用于斷路器的分閘回路，使斷路器的三相跳閘。該回路原理圖如圖1所示。

弊端說明：回路中的繼電器屬于固態繼電器，只能通過檢修時進行校驗和測試，無法直觀的檢查內部元器件是否受潮、腐蝕、有無進蚊蟲造成元件絕緣程度降低或短路等異常情況，一旦絕緣程度降低或短路，則將直接啟動斷路器的跳閘回路使之跳閘；

動作原理：如圖1中所示，如果時間繼電器47T1常開觸點47T1-1、47T1-3絕緣程度降低，則會有一部分電流通過，此時直流接觸器47TX1的線圈會有一定電壓，一旦電壓達到線圈啟動額定電壓的55%即121V(觸點47T1-1、47T1-3分擔99V)便會造成47TX1動作，從而直接造成斷路器跳閘。

圖2

圖3

3 新的方案

3.1 方案設計思路

原方案是斷路器的三相常開、常閉輔助點分別并聯后再串聯，如果發生三相不一致情況，則此判斷回路導通后啟動時間繼電器47T1，經時間繼電器47T1延時后啟動跳閘出口繼電器47TX1，最終跳閘出口繼電器47TX1啟動并作用于斷路器的分閘回路，使斷路器的三相全部跳閘；現在的問題是一旦時間繼電器有故障，很容易出現斷路器的三相全部跳閘現象；所以目前需要改進的是三相非同期動作必須是在斷路器三相位置不一致的前提下進行的；

3.2 方案實施

3.2.1 關于斷路器三相不一致跳閘出口的方案設計

方案設計思路：首先考慮非全相跳閘出口的正電源引入問題，不直接取正電源，而是經過斷路器輔助開關的常閉節點后引入正電。

改進說明：如圖2所示，斷路器三相不一致判斷回路由斷路器常開輔助點并聯后串聯常閉輔助點，調整為由常閉輔助點并聯后串聯常開輔助點，非同期跳閘回路的正電源經過輔助點串聯的結點引出，當斷路器在合閘位置時，正電源因為斷路器的常閉輔助點變常開后切斷而無法導通；此時即便時間繼電器47T1常開觸點47T1-1、47T1-3絕緣程度降低，會有一部分電流通過，直流接觸器47TX1的線圈有一定電壓，即便電壓達到線圈啟動額定電壓的55%即121V造成47TX1動作，但因正電源已被DLA/B/C-31，DLA/B/C-32斷開而斷路器無法跳閘。

3.2.2 關于斷路器三相不一致功能投切的方案設計

方案設計思路：考慮非全相跳閘出口的正電源引入問題，不直接取正電源，而是經過三相不一致回路判定后引入正電。

如圖3所示，跳閘出口繼電器47TX1同樣經過三相不一致判斷回路的判定后再啟動；按照此方案，即使時間繼電器47T1的常開點導通，而三相不一致判斷回路未啟動，跳閘出口繼電器47TX1的線圈無法得到正電源，47TX1依舊不會動作，從而避免了時間繼電器47T1故障引起保護誤動作情況的發生。

3.2.3 方案對比

國網反措中明確要求，斷路器跳閘出口繼電器動作功率不能低于5w，時間繼電器47T1常開點的絕緣不達標的情況下，跳閘出口繼電器47TX1不會輕易動作；但時間繼電器47T1的常開點在極端情況下被導通，那跳閘出口繼電器47TX1依舊會得電動作；通過上述兩種方案的改進，可有效的解決保護誤跳的現象。

3.3 試驗驗證

上述方案在多個220kV及550kV變電站得到了有效的驗證，均未出現保護誤動作的現象。

4 結語

保護誤動很大程度上影響了變電站的可靠運行，不僅影響變電站的經濟效益，對用戶及電網都是一個安全隱患，很多地區環境雨水較多，環境潮濕，容易使得元器件的絕緣性降低；通過優化設計方案，保證了三相不一致動作的可靠性，保證了電網的安全運行。