斷路器三相不一致保護誤動分析及對策探究

陳 亮

（國網無錫供電公司，江蘇 無錫 214000）

引言

電壓等級超過220kV，選擇分相操作機構斷路器。在實際應用中可能會出現位置不一致的問題，尤其是在電流負荷比較大的情況下，系統中存在較大的負序、零序分量，直接對交流電動機、發電機等電器設備的正常運行造成影響，還可能會導致高壓線路零序方向在正常運行的情況下，出現誤動作等問題[1]。220kV 及其以上的電壓等級，在選擇分相操作機構斷路器運用時，需要合理斷路器三相不一致保護的設計，同時進行科學的配置，以便于在斷路器三相位置不一致的情況下，可以及時的跳開運行相的斷路器[2]。在目前階段中，電網系統中容易在斷路器三相不一致保護中發生誤動及拒動的問題，導致電網運行安全受到影響，本文對斷路器三相不一致保護進行分析，并探討對策。

1 斷路器三相不一致保護原理

電網高保護能力是將非全相運行狀態運轉中的開關量及電氣量作為基礎，且體現出三相位置差異開關量，通常情況下為了達成相應效果，會選擇斷路器輔助節點組合，也可以選擇斷路器操作箱跳閘位置監視與合閘位置監視繼電器節點組合的方式來實現。在采用斷路器三相不一致的方式運行時，應按照實際需求增設非全相運行中的典型電氣量，以此作為閉鎖條件，如相電流、負序或零序電流等變化量，這樣能夠避免某些異常狀況下產生的誤動作。在現階段中，斷路器三相不一致保護具有兩種形態，即為：斷路器本體、微機型電氣量。

微機型方式，是通過對接點開入斷路器，或者與分項跳閘部位的采集與相應的電流進行組合實現進行邏輯判斷，并識別是否存在斷路器三相不一致狀況，并要增設零序電流與負序電流，將其作為閉鎖條件，實現三相不一致的保護。依據當前主流的保護方式，斷路器操作箱中的跳閘部位TWJ 監視為三相不一致開入，合閘部位開展HWJ 監視，繼電器接點串聯、并聯的組合方式。微機型電氣量三相不一致典型保護動作邏輯如圖1 所示。

圖1 微機型電氣量三相不一致典型保護動作邏輯

斷路器本體三相不一致保護方式為：將斷路器三相常閉輔助節點與常開輔助節點先分別并聯，之后再串聯，將中間延時時間啟動器，若是斷路器發生三相不一致狀況，則可以通過延時繼電器動作來啟動出口繼電器，出口繼電器跳開三相。斷路器本體三相不一致典型保護設計方式如圖2所示。

2 斷路器三相不一致保護誤動分析

通過幾個典型事故案例，分析斷路器三相不一致保護誤動。

圖2 斷路器本體三相不一致典型保護設計方式

2.1 斷路器三相不一致保護誤動典型案例

2.1.1 案例一

某220kV 變電站調度臺收到母聯三相開關的分閘提醒，且出現斷路器本體三相不一致警告。通過開展現場檢查，發現在220kV 母聯開關本體三相不一致時，延時繼電器沒有相應動作的情況下出口繼電器保持動作狀態，進而出現了開關三相跳閘的問題。進一步分析發現，繼電器本體三相不一致延時繼電器動作接點的兩端絕緣達到零，最終使得出口繼電器發生了動作，整體跳閘。此后對延時繼電器進行拆裝檢查，發現部分內部電板因為過于潮濕而發霉，內部元器件間絕緣性急速下降，導致斷開狀態中，工作電壓下延時節繼電器節點被擊穿，進而發生了斷路器跳閘的現象。

2.1.2 案例二

某500kV 變電站發生了C 相接地故障，保護動作跳開斷路器C 相，斷路器本體三相不一致動作出口跳開斷路器三相，動作時間達到了900ms，并沒有達到整定的2s 要求，同時較之重合閘整定要求1.4s 也更低，閉鎖斷路器發生重復合閘。

2.1.3 案例三

某500kV 變電站中，主變停電檢修完成后，復電操作時，運行人員進行主變500kV 側兩個斷路器之后，對主變220kV 側斷路器進行合閘的過程中，斷路器出現非全相合閘，監控系統也因此發出了220kV 側斷路器三相不一致的報警，主變中兩臺繼電器保護公共繞組零序過流進行了保護動作，跳開了主變500kV 側及220kV 側的三個斷路器。事后檢查的過程中發現，220kV 側斷路器中的匯控柜，在AB 兩相使用遠方/就地進行把手SPT1、SPT2 的切換，在進行切換的過程中，斷路器合閘控制11 到12 的接點會發生接觸不良的情況，以此使得斷路器的AB 兩相難以進行合閘動作，導致只有斷路器C 相是處于合閘非全相的狀態。因為220kV 側斷路器保護運行難以得到保障，對其進行了拆除，但沒有進行進一步的改善，導致改側斷路器輔助裝置中保護因為斷路器不一致位置開入異常，使得保護未動作，進而導致事故范圍擴大。

2.2 斷路器三相不一致保護誤動分析

斷路器本體的保護中，時間繼電器是最關鍵的元器件，但在工作中的可靠性較低，容易發生動作延時、整定不符要求以及延時接點絕緣損壞情況，導致斷路器發生重合閘未完成、三相誤跳閘，對于系統穩定及安全造成嚴重影響，尤其500kV 和以上的高壓系統發生誤跳，進而使得系統穩定性失衡；電氣量三相不一致的關鍵內容為三相不一致開入，實際運行中，容易因為操作相中跳閘位置監視回路異常，發生短路三相不一致，進而使得繼電器被跳開，導致無法采集到三相不一致開入或者是繼電器開入導致的保護拒動，促使相鄰線路出現零序后備保護越級跳閘風險存在。

根據上述案例，對于兩種不同保護方式的三相不一致保護，從保護可靠性、保護工作環境以及保護靈敏性等角度進行對比，明確兩種保護方式在應用中的缺陷及問題。

2.2.1 安裝環境而言

電氣量不一致保護要在繼保室中進行組屏安裝，溫濕度與最佳運行環境要求相接近，在運行過程中不會有振動現象。保護時間延時由CPU 邏輯控制，跳閘出口由CPU 控制啟動繼電器和出口繼電器把關，裝置要保證抗干擾性，具有較高可靠性，繼電器本體保護需在斷路器控制箱中安裝，這使得其運行溫度受外界影響比較大，分合閘振動也會對元器件造成影響，進而影響到運行質量，保護其運行環境非常必要。通過對出口繼電器及延時繼電器運行環境予以妥善保護，有利于實現延時跳閘要求，但是抗電磁干擾與抗交流竄電能力比較差，運行過程中很容易出現誤動。

2.2.2 回路復雜性以及動作靈敏性而言

電氣量保護對三相不一致狀態的判斷，借助于操作箱跳合閘部位對繼電器接點進行監視，從而對斷路器狀態予以間接反映，零序與負序的電流閉鎖，當系統處于輕載狀態時，有可能會導致拒動的發生，本體保護進行三相不一致狀態的判斷時，選擇的是機構常開、常閉輔助接點組合，能直接反映斷路狀態，閉鎖不同電流?；芈返慕Y構更為簡單，具有較高的靈敏性。

2.2.3 造價和運維成本而言

電氣量保護裝置以及相關的配套設備具有材料使用多、費用高的特點，本體保護配套二次設備材料用量相對來說比較少，且回路較為簡單，運行維護的工作量小。

3 斷路器三相不一致保護誤動對策分析

針對上文對繼電器三相不一致誤動分析、電氣量三相不一致保護方式與本體三相不一致保護的優缺點對比，采取以下的改進方式，進而使保護誤動的情況得到改善。

3.1 電氣量三相不一致保護完善

3.1.1 電流閉鎖改善

零序與負序電流閉鎖開放是電氣量三相不一致保護常用的方式，在實施整定時，應確保滿足下列要求：固定采用零序電流實施閉鎖，零序電流過流定值則統一更具3Io一次值進行整定，CT 變比在2400 以上的情況下，要根據0.1IM進行整定，IM是指CT 的二次額定電流，對于保護動作時間的整定，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生的非全相狀態，只有在負荷相電流在240A 以上時，才能夠使電氣量保護零序電流閉鎖為開放狀態，否則保護會因為零序電流判斷而不進行開放，最終使拒動現象發生，而選擇負序電流當做閉鎖判斷標準也是同理。在電氣量保護中，增加負序電流與該相正序電流比值判據之后，負荷電流值若是在240A 之下，但只要通過斷路器負荷電流較之保護裝置所搜集最小電流更大，保護仍然可達到可靠動作要求。保護裝置采集最小電流約計為0.5IM。斷路器負荷電流較之0.5IM更小的情況下，因電流判據難以達成電氣保護要求，所以仍然會發生拒動。在目前電氣量保護邏輯基礎上，增加不經過電氣量特征閉鎖三相不一致后備段保護，這一判據只在斷路器負荷電流較之0.5IM更小的情況下應用，同時要達成三相不一致開入，延時時間和斷路器本體保護也同樣一致，整定時間是2.0s。增設后備段能夠使電氣量保護輕載狀況下發生拒動問題得到解決，同時也對三相不一致開入要求提升。

3.1.2 三相不一致開入改善

目前電氣量保護選擇的是操作箱三相跳合閘部位進行繼電器接點監視，以此進行三相不一致開入量得到確認，但該設計使斷路器開閉閘狀態無法直接反映，同時在可靠性上受到操作箱開閉閘部位監視回路的影響較大?？梢砸霐嗦菲鞅倔w常閉或常開輔助接點組合，進而使三相不一致狀態判斷形成，將其引入保護屏中當做電氣量保護三相不一致開入。但由于目前眾多改進，導致三相不一致開入判斷無法實現良好的效果。為此可采取以下創新，保護裝置進行三相不一致開入的單獨設計，開入量從斷路器常閉、常開輔助點串并聯組合構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，新增負序電流和正序電流的比值判據，以此使電流閉鎖判據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的后備段保護，避免輕載拒動問題的發生。

3.2 斷路器本體三相不一致保護改善

3.2.1 二次回路設計完善

二次回路設計完善方案為，時間繼電器接點與斷路器輔助接點串接后，將斷路器常閉輔助接點與出口繼電器常開接點串聯，再使其介入到斷路器分閘回路當中，三相不一致的判斷回路當中，各個相都需要選擇相應的常閉輔助接點并聯。該改進方案中，時間繼電器延時接點發生絕緣異常，進而使誤跳閘動作發生的問題得到解決，因誤碰了出口繼電器，導致其損壞，造成誤跳閘，在三相不一致判斷回路中，每相都需要選擇應用常閉輔助接點并聯的方式，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被燒損的概率降低。但是這一方案對于戶外時間繼電器及出口繼電器使用環境沒有進行有效的改善，更不能使時間繼電器自身元器件受潮導致的機械振動、金屬腐蝕等導致的接點絕緣損壞、延時準確度不高等問題得到改善。

3.2.2 時間繼電器改善

時間繼電器是斷路器本體保護中最關鍵的構件，因受戶外惡劣環境的影響，導致在實際使用過程中可靠性受到影響。系統中出現延時接點的接通異常，進而發生誤跳閘。確保良好的運行環境才有利于微機保護運行正常。所以說，應將時間斷路器安裝在保護屏當中，這一設計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屏中安裝的時間繼電器勵磁線圈，時間繼電器接點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重合閘與失靈保護動作，并取消出口繼電器，對二次回路進行有效精簡，以此使其可靠性提升?；芈穼煽啃缘囊笙鄬^高，要保證時間繼電器的質量，選用知名品牌，同時也要為電子型。此外，將兩個時間繼電器并聯，接入到三相不一致啟動回路，之后串聯兩個繼電器的延時接點，接入到操作箱跳閘繼電器中，以此使單一繼電器接點異常促使的誤跳閘現象得到預防，同時使繼保室運行環境提升時間繼電器運行環境的質量，對環境進行改善，從而使繼電器本體保護可靠性得到保障。

4 結論

繼電器三相不一致保護，對整體電力系統的穩定性和安全性有著極重大的影響，也直接影響著電網安全和電能質量。在電力系統的運行中，人員要重視到三相不一致保護的可靠性，提升對其的認識，以此使設備運行得到保障。本文提出的斷路器不一致保護改進方案對于機電設備及供電單位等都具有一定借鑒意義。