超高壓斷路器非全相回路設計方案可靠性探究

張 博，周 恒，程 晨，楊 勇

(國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250000)

0 引言

隨著電力系統的不斷發展，電壓等級的不斷提升，對于輸電主網架而言，超(特)高壓斷路器動作的可靠性愈發重要。作為高壓斷路器操作的重要神經中樞，斷路器控制回路的可靠性對于電力系統的安全穩定運行具有重要意義[1]。在220 kV 及以上的電力系統中，多采用中性點直接接地的大電流接地方式[2]。上述情形下，一次設備非全相運行對電力系統安全穩定運行產生較大沖擊和負面影響[3]。因此，在220 kV 及以上電力系統中，斷路器普遍配置非全相保護功能，并根據“六統一”規范要求，一般采用更為可靠的斷路器本體非全相回路實現[4]。

目前主流的非全相回路設計是：非全相回路通過斷路器輔助觸點的組合形成判斷邏輯，一般由斷路器的三個常開觸點并聯、三個常閉觸點并聯，再串聯組合而成。當斷路器非全相運行時，三相斷路器分合位置不一致，回路導通，接通時間繼電器，經整定延時后，出口繼電器動作閉合分閘回路上相應接點，非全相動作出口[5]。非全相回路一般配備兩種壓板，分別是功能壓板和出口壓板。功能壓板在非全相回路上，退出后時間繼電器和出口繼電器都無法動作；出口壓板在跳閘回路上，退出后即使繼電器動作也無法實現出口[6]。

在設備運行檢修過程中，上述兩個壓板的可靠穩定對運行檢修安全至關重要。結合實際檢修經驗和現有的非全相跳閘回路，發現一種不經非全相出口壓板跳閘的情況，并對該情況下可能引起的斷路器誤動風險進行分析，進而提出針對該型非全相跳閘回路的改進方案。

1 現象描述

某500 kV 常規變電站，500 kV 側采用3/2接線方式，其中1 號主變掛接在第一串中斷路器5012 和邊斷路器5013 之間，1 號主變配置兩套變壓器保護，5012 斷路器和5013 斷路器分別配置兩套斷路器保護。

某檢修班組對該站1 號主變及其斷路器開展保護功能校驗工作，對中斷路器5012 斷路器保護裝置一跳閘出口進行試驗，僅投入5012 斷路器A 相跳閘出口壓板，模擬加短路電流，斷路器過流保護動作，5012 斷路器A 相跳閘動作出口。在未投入5012 斷路器B 相、C 相跳閘出口壓板的情況下，B，C 相斷路器隨后跳閘動作。對裝置回路進行檢查發現無異常，查看動作報告和錄波信號，B，C 兩相斷路器變位時間滯后A 相1 048 ms，考慮到主變斷路器非全相整定時間一般為1 s，初步懷疑是斷路器本體非全相動作導致B，C 相跟跳。

在現場5012 斷路器匯控柜檢查發現，本體非全相出口壓板在退出狀態，僅投入非全相功能壓板，懷疑壓板接線錯誤。對非全相壓板功能再次校核，發現該出口壓板正常。與5012 斷路器的B 相和C相所有相關出口壓板都在退出狀態，因此斷路器的B 相和C 相出現未經出口壓板跳閘的現象。

2 原因分析

現場人員結合圖紙(見圖1)分析現象原因。該斷路器非全相保護采用本體非全相回路實現，試驗人員在斷路器保護處用繼電保護校驗儀器在斷路器保護電流回路中通入A 相故障電流，斷路器保護動作后未及時復歸，A 相斷路器跳開后，保護裝置跳閘動作持續出口。此時斷路器其中一相已跳開，本體非全相功能壓板LP1 投入，非全相回路導通，非全相延時繼電器得電后其觸點延時1 s 吸合，非全相出口繼電器JX 動作，保護A 相跳閘引入的正電由JX 的A 相觸點再經JX 的B，C 相觸點接入B，C 相跳閘繼電器YB，YC，跳閘繼電器得電后斷路器B 相、C 相動作跳閘。可以看出，此時，即使非全相出口壓板LP2 在退出狀態，B，C 相斷路器仍然會跳閘出口動作，其跳閘動作并不受非全相出口壓板LP2 控制。

圖1 斷路器非全相保護與分閘控制回路(簡化)

3 可靠性分析

進一步分析可見，當斷路器本體非全相功能壓板LP1 投入時，若斷路器跳閘命令長發，斷路器某一相跳開后，可導致另外兩相斷路器不經任何出口壓板就能夠出口動作，這種情況下，另外兩相斷路器實際上已經脫離了其對應跳閘出口壓板LP2的控制。在設備實際運行檢修過程中，某些極端條件下，特別是現場安全措施執行不到位、操作不規范、技術措施不完備等情況下，該寄生回路可能引發以下兩個問題：

(1) 斷路器的某一相因一次設備檢修等原因無法動作時，一次檢修人員若僅退出非全相出口壓板，和對應相別的跳閘出口壓板，當二次人員對具備動作條件的其他相分別進行出口跳閘試驗時，不具備動作條件的斷路器相可能誤動。

(2) 若非全相功能壓板LP1 未退出，而僅使非全相出口壓板LP2 處于退出狀態。以A 相為例，當合上A 相斷路器后，操作箱A 相OP 燈亮，經過短暫延時，B，C 兩相OP 燈會同時點亮。顯然操作箱指示燈的顯示無法正確反映斷路器的實際狀態。通過回路分析可知，A 相斷路器合上后，雖然LP2 壓板在退出狀態，但是三相不一致回路已啟動，經過1 s 的延時后，JX 繼電器啟動，負電通過A相的跳閘線圈、A 相常開觸點、JX 閉合的接點引至B，C 相的跳閘回路，使B，C 兩相的HWJ 勵磁，并點亮OP 指示燈。

因此，從安全角度而言，該回路設計方案在技術上增加了斷路器誤跳閘的不確定性。

4 改進建議

針對上述情況，提出如下兩方面的改進建議。

(1) 嚴格執行安全規程。試驗過程中按照規定嚴禁斷路器某一相不具備動作條件時對其余相進行傳動試驗；需要投退三相不一致功能時，應嚴格將三相不一致功能壓板和出口壓板同時投退，尤其避免僅退出非全相出口壓板而保留非全相功能壓板的情況。目前，大量單出口壓板(LP2)配置的非全相回路已大范圍投入現場應用，為防止安全隱患，有效避免可能的斷路器誤跳閘行為發生，需進一步強化現場管理，完善規程的執行。以上相關闡述可作為相關規則制定和執行的一個技術依據。

(2) 改變回路設計方案，將回路中非全相出口壓板LP2 由一個總壓板修改為三個分相壓板，并分別與三相JX 接點串聯(串在回路中的JX 接點下方)。一方面，這種改進方案能夠幫助用戶在檢修過程中對非全相回路進行分相試驗，使斷路器及保護設備的檢驗工作更加準確、細化[6]；另一方面，分相出口壓板能夠切斷不同相別跳閘回路正電互竄的路徑，退出某一相非全相出口壓板，能夠可靠保證該相別斷路器不經過非全相出口壓板動作，從而消除特定情況下斷路器誤動的隱患。

5 結束語

針對保護試驗人員控制回路調試過程中出現的非全相回路未經非全相出口壓板跳閘的現象展開深入探討。思考和討論該類型非全相保護出口壓板和功能壓板設置，在實際運行檢修時，極端情況下可能引發的問題和存在的安全隱患。分析認為，從安全角度而言，該回路設計方案增加了斷路器誤動的不確定性。從安全規程制定和回路設計方案修改兩方面提出建議，為高壓斷路器非全相回路的設計提供參考，對提升超高壓設備本質安全水平，保障超高壓電網安全穩定運行具有一定的參考意義。