一起220kV開關非全相保護動作的原因分析

孫儀 麥立 賈偉 田躍軍 魏霞 王波

摘 要：對現有的220kV開關非全相保護動作原理和實現方法做了概述，針對一起220kV開關非全相保護動作的原因進行了詳細分析，并提出了相應的解決方法。

關鍵詞：非全相保護；開關；原因分析

中圖分類號：TM564 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）25-0079-02

Abstract： This paper summarizes the operation principle and realization method of 220kV switch non-full phase protection， analyzes in detail the reasons of a 220kV switch non-full phase protection action， and puts forward the corresponding solving methods.

Keywords： incomplete phase protection； switch； cause analysis

1 概述

在電力系統220kV及以上電壓等級的電網中，出于電力系統穩定運行的要求考慮，高壓斷路器多采用分相操作斷路器。因此，系統運行中斷路器可能由于控制回路或機械方面的原因，使斷路器不能同時跳、合閘，或在正常運行中由于單相跳閘等原因造成非全相運行的情況。其后果是在系統中產生零、負序分量，對電氣設備產生相當大的危害。近期，在某220kV變電站在執行地調調令“將220kV XXXX開關由冷備用轉熱備用于220kVⅡA 母線”后，14時35分，遠程下發指令，合上該開關，14時35分33秒，報文顯示XXXX 線非全相保護動作。本文對該220kV開關非全相保護動作的原因進行了詳細分析，并提出了相應的解決方法。

2 裝設非全相保護的必要性

根據非全相保護的原理，可以將非全相保護分為兩種。一種是利用斷路器本體的非全相回路從而實現相關保護功能；第二種是利用外部回路與保護裝置的非全相邏輯組合從而實現非全相保護的功能。電力系統在運行時，由于各種原因，斷路器三相可能斷開一相或兩相，造成非全相運行。如果系統采用單重或綜重方式，在等待重合期間，系統也要處于非全相運行狀態。但是，系統非全相運行的時間應有所限制，這是因為：（1）系統要求。當系統處于非全相運行狀態時，系統中出現的負序、零序等分量對電氣設備產生一定危害。（2）保護要求。由于出現負序、零序等分量，使得系統中的一些保護可能處于啟動狀態。例如：目前常用的微機線路保護，當系統由全相變為非全相運行時，如果保護突變量元件啟動，在判斷無故障后，保護程序轉入振蕩閉鎖模塊，若該線路零序分量數值大于零序輔助啟動元件定值時，程序將處于振蕩閉鎖狀態，超過12s時，保護將報告電流互感器（TA）斷線，整套保護中僅余少數保護功能起作用，嚴重影響保護的可靠性。系統中的負序、零序等分量還可能使一些保護（如零序電流保護）動作跳閘，誤斷開正常運行的線路。

對于因設備質量、回路等問題造成的非全相狀態，情況要復雜一些。例如，斷路器偷跳一相，由于斷路器位置不對應，重合閘應當啟動，將斷路器重合，而如果斷路器有問題，偷跳相不能重合，該斷路器將非全相運行。對這類非全相狀態，由設備主保護消除的還不多。仍以微機線路保護為例，如果保護選跳或斷路器偷跳后未重合造成的非全相運行，從保護功能上看，可能僅有不靈敏零序段或靈敏零序段保護起作用，而它們還要受到定值和方向元件的制約，也就是說，線路保護本身對此可能無能為力。因此，綜合考慮以上各種因素，應當裝設能反映斷路器非全相運行狀態的非全相保護，作用于跳開已處于不正常狀態的斷路器。

3 現場工作情況

3.1 故障前現場工作情況

09：09，220kV該開關由熱備用轉檢修操作結束。10：00，許可省檢修變電檢修一班工作票，檢修人員開展該開關二次回路隱患排查工作。檢修班組具體工作為：根據“運檢部關于開展某型斷路器二次回路專項隱患排查治理工作的通知”要求對儲能繼電器K13的常閉接點41-42并接至K12的常開接點41-44。回路改造結束后，現場驗收儲能信號正常。11：12-11：29，開展該開關傳動試驗，分合正常，運維人員在后臺、保護小室（保護、測控）、現場一次設備檢查均分合到位。11：40，檢修工作結束，工作票終結。

3.2 后臺檢查情況

非全相動作后，運維人員詳細檢查了故障前后的報文及光字信息，開關合閘前，無控制回路斷線信號等異常信號。

3.3 保護小室檢查情況

現場檢查該線路微機光纖縱差、微機光纖閉鎖保護均無異常信號。保護屏后操作電源空開正常在合位。打印保護開關位置變位信息，發現14：35 分，該開關B相未合上。操作箱位置監視燈無異常。

3.4 一次設備檢查情況

現場檢查該開關三相儲能、壓力均正常。打開開關機構箱，箱內無異味，底部無異物，分合閘線圈外觀無異常。開關非全相繼電器箱內，非全相動作燈點亮。

據此，初步確定本次故障原因是該開關B 相合閘失敗，導致非全相保護正確動作。

4 原因分析及現場處理情況

檢修人員在端子箱測量合閘回路電壓，07A：-57V，07B：0V，07C：-56V，在機構箱復測，結果相同，可以判斷B 相合閘回路不通，A、C相合閘回路正常。繼續排查B 相合閘回路，發現K9繼電器接點31電位為-57V，接點32為0V。K9為低氣壓閉鎖繼電器，共有6對接點：11-12常閉、11-14常開、21-22常閉、21-24常開、31-32常閉、31-34常開，其中11-12、21-24、31-32在使用。31-32常閉接點串聯在合閘回路中。拉除控制電源，測量K9繼電器31-32常閉接點不通。反復多次按動K9測試按鈕，再次測量常閉接點11-12、21-22導通，31-32不通；常開接點11-14、21-24、31-34正常。由于K10繼電器也為低氣壓閉鎖繼電器，接點接在分閘2回路中，K9、K10繼電器型號相同，且K10繼電器31-32、31-34為備用接點，因此現場采取對調K9、K10繼電器的方案。K9、K10繼電器均為插拔式，接線接在底座上。該種方案完全隔離故障的K9繼電器的31、32、34接點。更換后重新測量損壞的原K9繼電器的31-32接點，發現該常閉接點又導通正常（應為插拔、振動等原因使得接點再次恢復正常）。多次測量K9、K10繼電器所有接點均正常。該開關就地分合3次正常、防跳功能正常、非全相功能正常（2s）、后臺遙控分合5次正常。多次分合后再次測量原K9繼電器（現為K10繼電器）接點通斷仍然正常。

5 非全相繼電器使用建議

5.1加強新斷路器用非全相繼電器選型

應選用電磁式繼電器，如德國魏德米勒WTR型等，禁止使用電子式繼電器。非全相繼電器動作電壓在額定直流電源電壓的55%～70%范圍以內，動作功率不低于5W。非全相繼電器應無試驗按鈕。非全相繼電器應雙重化配置。

5.2 加強非全相繼電器驗收

新安裝的非全相繼電器定值按照相關規定整定正確，動作電壓、功率校驗合格，校驗工作驗收人員需旁站見證。非全相跳閘功能模擬試驗正常，后臺信號正確。非全相繼電器二次回路的完整性檢查及絕緣電阻檢測應完好。非全相繼電器的安裝位置不應位于箱柜吊環的下方或加熱器附近。

5.3 加強非全相繼電器運行維護

加強運行環境檢查、維護。一是重點檢查非全相繼電器所處箱柜防雨、防潮、防塵、防小動物措施是否完善，內部加熱、除濕裝置運行是否正常，內部是否存在凝露，發現異常應及時處置。二是在運非全相繼電器位于箱柜吊環下部時，應定期對吊環根部防水膠進行檢查并復涂。三是在運非全相繼電器位于加熱器附近時，經評估可能導致非全相繼電器燒損時，應對加熱器遷移。加強外觀檢查。一是結合設備巡視檢查非全相繼電器是否存在凝露、內部接點及接線端子是否存在銹蝕。二是非全相繼電器外殼、底座存在松動、破裂時，應及時停電更換，嚴禁采用扎帶緊固。加強帶電檢測。結合主設備帶電檢測計劃開展非全相繼電器本體、接線端子紅外測溫。發現異常應及時停電處置。

5.4 加強非全相繼電器檢修管理

嚴格執行檢修標準。斷路器例行停電檢修應開展非全相繼電器校驗及其二次回路檢修。檢修項目如下：外觀檢查，繼電器是否存在破損、凝露、銹跡等。絕緣電阻測量，不解除繼電器二次電纜，繼電器接線端子之間及對地采用500V兆歐表進行絕緣電阻測量應不低于1MΩ。繼電器動作時間，按照原定值進行校核。繼電器動作電壓在額定直流電源電壓的55%～70%范圍以內。非全相跳閘功能模擬試驗正常。校驗不合格的繼電器應更換為品質更優的品牌。加強檢修記錄管理。檢修記錄及試驗報告及時錄入PMS系統，做好工作痕跡留存。做好備件儲備及使用。各單位應提前儲備非全相繼電器備件，經校驗合格后做好保管，便于現場缺陷處置，入庫前的校驗工作不得替代現場更換后的相關校驗工作。非全相繼電器的更換周期與斷路器機構大修周期保持一致，原則上不超過12年。

5.5 加強專業協同

加強一、二次專業協同。一是斷路器二次回路專業界面為端子箱（匯控箱）端子排，至操作機構的二次回路由一次專業負責，至保護、測控裝置的二次回路由二次專業負責。二是非全相繼電器的檢修工作由一次專業負責，條件不具備的項目可委托二次專業開展，但責任主體仍為一次專業。三是二次裝置至斷路器的傳動、聯調等涉及整個二次回路完整性驗證的工作由二次專業負責，二次專業開展線路繼電保護裝置傳動試驗時，應驗證斷路器本體非全相保護滿足線路重合閘功能，發現異常要及時通知一次專業配合檢查處理。加強運維、檢修專業協同。運行中的斷路器如果發生本體非全相動作跳閘，經核實為無繼電保護動作行為的跳閘時，運維人員不應對相關復歸按鈕進行操作，待檢修人員到達現場后配合開展相關檢查工作。

6 結束語

本次開關B相合閘不成功的直接原因為：合閘回路中低氣壓閉鎖繼電器K9的一對常閉接點（31-32）接觸不良，導致合閘回路不通。A、C相合閘后三相不一致保護正確動作，跳開A、C相開關。后續處理建議：參照非全相繼電器管理要求，此類繼電器更換周期與斷路器機構大修周期保持一致，原則上不超過12年。

參考文獻：

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