斷路器本體三相不一致保護的回路優化研究

國網江西超高壓公司 周璐航 羅志文 張旭剛 張 喻 熊一凡

1 引言

220kV 及以上電壓等級電網的線路非全相運行時，一次設備會被出現的零序、負序分量影響，產生極大的危害，嚴重時將造成二次設備越級誤動。在參數匹配的回間電容耦合情況下非全相線路與其熱備用鄰線可能會產生較高的諧振過電壓[1]。因此，斷路器三相不一致保護的合理性和可靠性顯得尤為重要。目前，斷路器本體非全相保護的啟動判據單一，僅靠斷路器輔助觸點判斷[2-4]。首先，本文分析了在實際情況下斷路器本體三相不一致保護原理、問題及不足。其次分析了對可能造成誤動、拒動的影響因素進行分析，并對二次回路進行改進提出了三種改進方案，對今后電力作業人員分析三相不一致保護工作起到借鑒作用。

2 計算過程

對于一個正常運行的電力系統來說， Ifa為系統中線路A 的負荷電流，若線路A 相因為某種原因突然斷開后，斷相處運行狀態為非全相運行，將出現不對稱電壓，即。對于此非全相狀態的處理方法是采用對稱分量法的思路。

式中：I0表示系統零序電流；IA、IB、IC表示非全相運行時的三相電流；Ifa為正常運行時A 相的負荷電流；和為系統的正序、負序和零序阻抗；IA1、IA2、IA0為系統正序、負序和零序電流；α 為算子，數學上表示為單位向量逆時針方向旋轉120°，。

當不對稱電壓產生零序電流時，上文已證明零序電流的大小與負荷電流有關，也就是說，零序電流的大小與負荷相關，負荷越大零序電流越大。若線路兩端變壓器均有接地中性點，則零序電流可能分流到這些支路。如果長時間不對線路的零序電流和負序電流響應，重負荷線路的零序保護受到影響誤動作。考慮到非全相時保護可能誤動或拒動的情況，需要改進線路三相不一致保護。

3 三相不一致保護的工作原理

目前有兩種斷路器三相不一致保護的實現方式，分別是針對本體和針對保護裝置的三相不一致保護[5]。目前江西220kV 及以上電壓等級斷路器非全相保護均針對本體，因此本文僅討論第一種方式。

圖1 斷路器非全相回路工作原理

4 隱患分析

一是繼電器或輔助接點誤動導致跳閘回路動作。壓板投入時，KT 和KM 的一端相連并與電源負極形成聯結。跳閘回路獨立于三相不一致回路，若現場存在干擾因素造成繼電器兩端同時帶電或輔助接點誤動導致三相不一致回路誤動，則也將導致跳閘回路動作。

二是繼電器的性能狀態不佳導致誤動作。一旦回路中出現斷路器三相位置不一致信號就無條件啟動KT 出口跳閘。

近年來非全相回路故障頻發，江西電網220kV及以上斷路器因非全相故障問題已發生10起非計劃停運事件（以下簡稱“非停事件”），其中繼電器受潮絕緣故障6起，誤碰繼電器1起，輔助斷路器節點粘連1起，非全相相繼電器回路直流接地故障1起，非全相繼電器老化、振動節點導通1起。

5 三相不一致回路優化

方案一：非全相動作回路加斷路器位置確定輔助接點。

出口回路增加斷路器位置確定輔助接點如圖2所示。

圖2 出口回路增加斷路器位置確定輔助接點

采用在非全相出口回路出口壓板YB2與KM 節點間串聯斷路器CK2、CB2輔助開關接點回路的方式，確定斷路器真實位置。即使當時間繼電器KT誤動時，只要斷路器位置正常，分閘回路仍然不通，也減小斷路器誤動的風險。但該方案只新增了一個輔助斷路器回路，也增加了因斷路器輔助節點粘連導致拒動的風險且施工難度較大，部分斷路器輔助開關備用節點不足。

方案二：只串入合閘位置確定接點。

只串入合閘位置確定接點的非全相回路如圖3所示。

圖3 只串入合閘位置確定接點的非全相回路

方案二是在方案一的基礎上進行改良，不考慮分閘狀態（即斷路器停運）后的非全相狀態，只考慮合閘狀態（即斷路器在運）的非全相狀態。采取在非全相出口回路出口壓板YB2與KM 節點間串聯斷路器CB2輔助開關接點回路的方式，避免非全相回路誤動的風險。該方案同時解決了因繼電器誤碰、繼電器潮濕和輔助節點粘連導致的非全相誤動問題，但仍未解決新增斷路器輔助節點粘連導致拒動問題。

方案三：采用非全相啟動回路原有斷路器位置判斷節點。

采用非全相啟動回路原有斷路器位置判斷節點如圖4所示。

圖4 采用非全相啟動回路原有斷路器位置判斷節點

方案二未在回路中新增元件及輔助開關節點，采取非全相回路中原有的斷路器位置輔助接點CK1、CB1，將非全相時間繼電器啟動回路判斷邏輯串入非全相跳閘出口邏輯中，保證實際出現非全相狀態時三相不一致保護才能出口，避免非全相回路誤動的風險。本方案同時解決了以上問題，且此未新增回路元器件，未增加斷路器拒動風險。三種改造方案比選詳見表1。

表1 三種改造方案比選

表1對提出的三種方案進行技術比較。方案一、方案二均會增加斷路器拒動的風險，且施工難度大。方案三可有效避免大多數的斷路器非全相回路故障，且施工難度小，不會增加斷路器拒動的風險。

6 案例分析

江西某500kV 線路停電，需要對斷路器本體三相不一致保護的二次回路進行改造優化，本文采用方案三思路進行優化。通過回路驗證了所選方案回路動作的正確性與合理性，試驗分別進行了兩組，A 相分位BC 相合位是為了驗證保護邏輯和回路動作正確性；ABC 合位繼電器勵磁試驗是驗證外界干擾導致的三相不一致時開關輔助接點對控制回路的閉鎖作用。江西某500kV 開關三相不一致保護相關試驗結果詳見表2。

表2 江西某500kV 開關三相不一致保護相關試驗結果

表2結果顯示了本文所提方案的合理性，可以在一定程度防止繼電器損壞、干擾、電磁或人為因素造成斷路器本體三相不一致保護誤動作。

7 結語

本文對斷路器三相不一致保護的工作原理進行了詳細分析，對誤動或拒動隱患分析，并在此基礎上提出三種改進方案，通過現場試驗驗證了方案的有效性，改進后三相不一致保護動作的可靠性得到顯著提高，保障了電網的安全穩定運行。