斷路器三相不一致保護(hù)探討

杜延輝 劉家軍 牛志雷

許繼電氣股份有限公司

引言

我國的220kv 以上電壓等級的電網(wǎng)系統(tǒng)，普遍采用分相操作的高壓段斷路器為電網(wǎng)運(yùn)行提供穩(wěn)定性保障。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，容易因?yàn)樽匀粣毫迎h(huán)境因素、電力設(shè)備自身故障、人為的誤操作等原因而導(dǎo)致三相斷路器產(chǎn)生動作不一致的問題。斷路器的非全相運(yùn)行使電力系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)序、零序分量會危害電力設(shè)備等問題，降低了電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠度。因此，有必要深入分析斷路器三相不一致保護(hù)的誘發(fā)問題并找出相應(yīng)的解決方案。

裝設(shè)非全相保護(hù)的必要性

1.當(dāng)斷路器出現(xiàn)三相不一致即非全相運(yùn)行狀態(tài)時，電力系統(tǒng)出現(xiàn)的零、負(fù)序等分量容易危害到電力運(yùn)行設(shè)備，對電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來潛在的安全性威脅。

2.三相不一致保護(hù)容易導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的部分保護(hù)功能一直處于開啟狀態(tài)，在極端運(yùn)行情況下，負(fù)序、零序等分量容易造成一些保護(hù)動作跳閘，阻礙電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

若電力系統(tǒng)采用單重、綜重等方式，由于三相不一致保護(hù)而導(dǎo)致的動作跳閘，如果重合閘成功，則電力系統(tǒng)能快速的轉(zhuǎn)入安全運(yùn)行狀態(tài)；如果重合于故障，斷路器三相跳閘，針對這種等待重合的系統(tǒng)非全相運(yùn)行狀態(tài)，必須制定相應(yīng)的解決措施來保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備和線路的正常運(yùn)行。例如，采用提高保護(hù)動作響應(yīng)定值、延長保護(hù)時間等方式來躲過重合閘等待周期。然而，對于因設(shè)備運(yùn)行故障而導(dǎo)致的非全相運(yùn)行現(xiàn)象，所應(yīng)采取的保護(hù)措施則更為復(fù)雜一些，例如斷路器本期故障而導(dǎo)致的系統(tǒng)非全相運(yùn)行，則會對系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)成極大的危害，針對此問題應(yīng)裝設(shè)實(shí)時反映斷路器非全相運(yùn)行狀態(tài)的非全相保護(hù)系統(tǒng)，以保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

三相不一致保護(hù)的保護(hù)原理

目前，我國電力系統(tǒng)所采用的斷路器三相不一致保護(hù)配置一般分為兩種：一、微機(jī)保護(hù)配置；二、斷路器本體三相不一致保護(hù)配置。微機(jī)三相不一致保護(hù)的基本原理：通過將三相不一致接點(diǎn)開入線路保護(hù)或者斷路器保護(hù)的方式來實(shí)現(xiàn)保護(hù)效能，其中三相不一致接點(diǎn)一般采用斷路器輔助觸點(diǎn)組合或者采用合閘與跳閘位置繼電器接點(diǎn)組合的實(shí)現(xiàn)方案；斷路器本體三相不一致保護(hù)原理：將A、B、C 三相的線路常開、常閉輔助接點(diǎn)分別并聯(lián)后串聯(lián)，通過增設(shè)時間繼電器進(jìn)行狀態(tài)控制，當(dāng)斷路器本體出現(xiàn)三相位置不一致的問題時，在跳開三相斷路器的情況下，借由時間繼電器的一對常開接點(diǎn)發(fā)送信號至監(jiān)控系統(tǒng)控制導(dǎo)通跳閘。

微機(jī)三相不一致保護(hù)

目前，微機(jī)中專用三相不一致保護(hù)常見方案有以下幾種。

1.直接啟動時間繼電器的三相不一致保護(hù)。將三相斷路器與輔助接點(diǎn)跳位并聯(lián)再串聯(lián)三相開關(guān)并串聯(lián)輔助接點(diǎn)合位的方式，當(dāng)產(chǎn)生跳閘現(xiàn)象時，直接啟動時間繼電器進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動作。其原理圖如圖1 所示。

2.增設(shè)接點(diǎn)串聯(lián)零序電流繼電器

圖1 三相不一致接點(diǎn)直接啟動繼電器進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)原理圖

圖2 零序電流接點(diǎn)啟動時間繼電器原理圖

圖3 無電流接點(diǎn)啟動時間繼電器原理圖

在三相不一致接點(diǎn)直接啟動時間繼電器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，增加了零序電流閉鎖判據(jù)，安全性有了很大的提高。其原理圖如圖2 所示。根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行中零序電流的獲取方式較為容易，使得這種保護(hù)方案得以廣泛應(yīng)用。目前，電網(wǎng)一般按躲過正常負(fù)荷下的不平衡電流整定。因此，此種微機(jī)三相不一致保護(hù)配置存在一個缺點(diǎn)：當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷電流值小于一定范圍時，非全相保護(hù)存在較大的拒動可能性。在2009 年K 變電站內(nèi)的500kV 斷路器，5051 非全相運(yùn)行，保護(hù)拒動，最后通過拉開5052，增加變5051 的負(fù)荷電流，從而保護(hù)正確動作。

3.三相不一致接點(diǎn)串聯(lián)負(fù)序電流繼電器接點(diǎn)后啟動時間繼電器。

此方法與三相不一致接點(diǎn)串聯(lián)零序電流繼電器接點(diǎn)后啟動時間繼電器的原理類似，電網(wǎng)系統(tǒng)電流判別采用負(fù)序分量，比較常用于較易獲得負(fù)數(shù)電流的情況，例如，發(fā)電機(jī)與變壓器組合成的配套保護(hù)設(shè)置中，負(fù)序電流也按躲過正常運(yùn)行時的不平衡電流整定，當(dāng)負(fù)荷小時，也可能拒動。

斷路器本體三相不一致保護(hù)

繼路器本體三相位置不一致保護(hù)的方法是通過時間延時保護(hù)處理方式，由中間繼電器啟動保護(hù)動作，跳開三相繼路器。此保護(hù)措施不經(jīng)零、負(fù)序元件閉鎖，保護(hù)定值按躲過單相重合閘時間和斷路器固有動作時間整定。如圖3所示。此方案的三相不一致跳閘出口是分別接入兩路控制電源對應(yīng)的跳閘線圈，但其三相不一致啟動回路均接于控制電源Ⅰ內(nèi)。當(dāng)Ⅰ路控制電源失壓后，斷路器三相不一致保護(hù)將失效。由于斷路器合閘回路及線圈也是接于Ⅰ路控制電源，如果此時控制電源Ⅰ路快分開關(guān)跳閘，此時線路發(fā)生單相故障，保護(hù)將選相跳開其斷路器故障相，并啟動重合閘，但由于Ⅰ路控制電源消失，斷路器重合閘失敗，且此時斷路器本體三相不一致失效。這樣斷路器將長期保持非全相運(yùn)行。

運(yùn)行維護(hù)的注意事項(xiàng)

1.在三相不一致保護(hù)中的開關(guān)輔助保護(hù)新增設(shè)保護(hù)定值的情況下，在投入運(yùn)行之前對保護(hù)定值進(jìn)行調(diào)試與核對。如果發(fā)現(xiàn)調(diào)試中存在問題，運(yùn)行人員應(yīng)及時反饋與計(jì)算人員，對定值進(jìn)行調(diào)整，以保證其正確性。對投入的電流回路有某些變動的三相不一致保護(hù)要做出六角圖并對零序電流進(jìn)行反復(fù)測試，如果零序電流偏大應(yīng)找出問題原因并制定解決措施，以確保電流回路的正確性。從以上兩個方面確保開關(guān)輔助保護(hù)的正確起動動作。

2.要特別注意開關(guān)本體保護(hù)時間元件的運(yùn)行狀態(tài)檢查工作。開關(guān)本體時間元件出口跳閘的無閉鎖條件配置性，所以必須確保時間元件的運(yùn)行可靠度。運(yùn)行人員要做好開關(guān)時間元件的保護(hù)定檢工作，重點(diǎn)檢查時間繼電器的性能狀態(tài)，對運(yùn)行可靠性差以及離散值大出規(guī)定范圍的時間繼電器及時更換，最好由運(yùn)行可靠度高的電子式時間繼電器進(jìn)行替換。

3.當(dāng)斷路器發(fā)生“三相不一致”預(yù)警信號時，運(yùn)行人員應(yīng)立即檢查三相斷路器的具體跳相情況，如果只跳開一相，則立即合上對應(yīng)相，如果無法閉合，則應(yīng)將斷路器斷開操作；如果跳開兩項(xiàng)，則應(yīng)立即斷開繼路器；如果繼路器三相位置不一致且信號無法復(fù)歸，則應(yīng)檢查中間繼電器的運(yùn)行狀態(tài)是否良好，確認(rèn)繼電器是否存在卡滯或觸點(diǎn)接觸不良等問題，直到找出原因并使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。