一例220 kV斷路器三相不一致保護誤動作問題分析

葉炎鋒

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門529000）

0 引言

斷路器三相不一致保護在電網運行中能減小斷路器三相不一致時對系統造成的危害，將出現三相不一致的斷路器退出運行，保證系統的正常運行，但如果三相不一致保護誤動也會引起線路不必要的跳閘。在新設備投運前驗收或日常的定檢工作中，需要以嚴謹的工作態度，嚴格把關，確保保護動作的正確性。

1 斷路器三相不一致保護淺議

1.1 三相不一致保護原理

采用分相操作機構的斷路器在運行中由于各種原因，斷路器三相可能斷開一相或兩相，造成三相不一致（即非全相運行）。斷路器三相不一致會導致零序、負序電流較大，如果這些零序、負序電流持續很長時間，就會導致重負荷線路的零序保護四段越級誤動作。因此，裝設斷路器三相不一致保護的作用是恢復斷路器三相全相運行，避免上述情況的出現。斷路器本體三相不一致保護的接線是將A、B、C相的斷路器分閘位置輔助常閉觸點、合閘位置輔助常開觸點分別并聯后再串聯，然后串聯入延時時間繼電器，經過時間延時啟動三相不一致保護繼電器，通過三相不一致保護繼電器的接點跳開三相開關，構成自保持并發出遙信信號，直到手動復歸信號，如圖1所示。

圖1 斷路器三相不一致保護原理圖

當開關出現三相不一致時，由TWJ、HWJ組成的回路接通，如果壓板投入，此時，時間繼電器ST帶電，經過時間繼電器延時后接點閉合，中間繼電器ZJ帶電，中間繼電器常開接點閉合，一方面啟動開關A、B、C相跳閘，切除三相不一致回路電源，時間繼電器失電返回；另一方面啟動重動中間繼電器1ZJ，1ZJ的作用是啟動紅色跳閘信號燈并自保持，同時發出三相不一致動作后臺信號，通知值班或監控人員及時處理和手動復歸信號。

1.2 斷路器三相不一致保護配置及特點

斷路器三相不一致保護有兩種：（1）斷路器本體的三相不一致保護；（2）保護裝置的三相不一致保護。

當線路剛啟動或運行電流很小時，如果恰好此時出現斷路器非全相運行（三相不一致），由于裝置保護的三相不一致保護要經零序或負序電流閉鎖，此時零序或負序電流小到不足以令啟動元件動作，那么，保護裝置的三相不一致保護可能不會動作。斷路器本體三相不一致保護就顯得非常重要了。不過，斷路器本體三相不一致保護也有其缺點，斷路器本體非全相保護僅用斷路器的輔助觸點作為啟動判據，沒有采用其他條件來閉鎖保護，容易誤動作。當天氣潮濕時，在戶外運行的斷路器容易出現三相不一致保護啟動、回路兩點接地的現象，從而造成非全相保護誤動作。為了避免此類現象的出現，現在的斷路器機構箱和端子箱都裝設有智能加熱器。

1.3 斷路器三相不一致保護與自動重合閘的配合

三相不一致時間應躲過單相重合閘時間加開關固有動作時間，一般按2 s或接近2 s整定，對于220 kV開關不應低于1.4 s（重合閘動作時間0.6 s+開關返回時間0.8 s），500 kV開關不應低于1.8 s。

2 一例因斷路器三相不一致保護誤動的案例分析

2.1 事件發生簡況

2017年6月，新建220 kV孟槐變電站工程進入驗收階段，在檢驗220 kV孟恩甲線重合閘單跳單重功能過程中，發現220 kV孟恩甲線2709開關在A相先跳開時，B相、C相均曾出現未到不一致動作延時就偷跳的現象（現場整定三相不一致啟動時間繼電器的延時為2 s）。在反復試驗過程中，這種現象出現的概率并不是100%，且其他3條220 kV線路也偶爾存在同樣的現象。正因為故障現象并不是常態存在，給排查帶來了更大的困難。為找出原因，只好每條線路每相開關逐一反復試驗。

2.2 偷跳現象原因排查

在檢驗220 kV孟恩甲線2709開關重合閘單跳單重功能過程中，對保護裝置加量傳動，模擬線路A相故障，保護動作出口跳閘，220 kV孟恩甲線2709開關A相跳閘，但最后結果是2709開關A、B、C三相都在分閘位置，重合閘沒有動作，沒有得到預計單跳單重的結果。查看故障錄波信息，可以看出，當220 kV孟恩甲線2709開關A相保護動作跳閘后，約192 ms，B、C相也跳閘了，檢查保護裝置及后臺，只有A相保護動作信息，未見有B、C相保護動作信息，檢查220 kV孟恩甲線操作箱：A相跳位指示燈亮，B、C相跳位指示燈均不亮。初步判斷保護動作是正確的。但為什么B、C相保護沒動作也分閘了呢？為了查找出原因，我們決定分兩段來排查。

首先檢查的是保護裝置及跳閘出口回路。我們采用的是重復剛才檢驗220 kV孟恩甲線重合閘單跳單重的方法，在端子排解開B、C相跳閘出口端子，一人負責加量傳動，一人負責測量記錄B、C相跳閘出口端子是否有正電壓。結果220 kV孟恩甲線2709開關A相保護動作跳閘時，B、C相跳閘出口端子沒有正電壓，但最終狀態還是A、B、C三相都是在分閘位置。這樣我們基本可以判斷220 kV孟恩甲線保護裝置及出口回路沒有存在誤動。

然后把檢查重點縮窄至開關機構箱。根據前面的現象，我們把重點放在非全相保護回路。第一步，先把開關機構三相不一致跳閘出口Ⅰ壓板退出，重復單跳單重試驗方法，結果還是A、B、C三相都分閘。第二步，把開關機構三相不一致跳閘出口Ⅱ壓板退出，重復單跳單重試驗方法，結果也是A、B、C三相都分閘。第三步，把兩個跳閘回路出口壓板同時退出，重復單跳單重試驗方法，結果A相正常跳閘，B、C兩相均不動。可以判斷開關機構箱非全相跳閘回路沒有誤動，進一步把重點縮窄到非全相保護回路。該回路的元件中，檢查開關輔助觸點沒有問題，那么就時間繼電器和三相不一致啟動出口繼電器存在較大疑點。通過對比前面幾次試驗的數據，發現B、C相開關都是在A相跳閘后的200 ms左右分閘的，這在很大程度上跟時間繼電器有關，該時間繼電器整定的動作時間是2 s。專門針對非全相保護回路的時間繼電器延時閉合接點動作時間進行測量，發現它的動作時間非常不穩定，有時是2 000 ms，有時200 ms左右。

2.3 原因分析

從上述對非全相保護回路的時間繼電器延時閉合接點動作時間測量可以判斷，由于開關機構箱非全相保護回路的時間繼電器延時閉合接點的動作時間有時不符合整定的時間要求，導致開關單相跳閘后，200 ms左右，非全相保護動作跳開其他兩相。

廠家將該類繼電器返廠試驗，3個月后，給出以下結論：2017年7月，我司接到現場反饋，某站正在安裝的LTB245E1-1P斷路器在進行非全相試驗時，首次上電時個別時間繼電器會發生不經設定的時間延時而直接動作，現場初步確認時間繼電器可能存在問題，并將繼電器返回供應商分析，最終形成如下報告。

2.3.1 故障現象

時間繼電器第一次通電時不經設定的時間延時而直接動作，即瞬動；而從第二次通電開始，恢復到正常的延時動作。如果斷電超過5 min，再次操作還會發生瞬動。

2.3.2 工作原理

該時間繼電器為單片機控制型時間繼電器，其信號通道為：外部電源信號→單片機→芯片→光耦→繼電器。

2.3.3 故障原因

對返廠產品進行反復試驗比對，發現在上電瞬間有一個干擾信號給到光耦從而引發繼電器動作。

時間繼電器中芯片CF775由于生產批次不同，輸出腳在出廠過程中對I/O口的缺省定義有的是高電平有的是低電平，初始設計是按照低電平設計的，在第一次上電以及斷電5 min以上時，單片機中觸發初次上電初始化動作，該動作與I/O口缺省值相同，所以出現了缺省值為高電平的產品有高電平的脈沖輸出；在斷電5 min之內的上電因為電路中電容的存在有少量的電，CF775芯片在很低的電壓下保存內部EEPROM的存儲數據源，在短時間啟動后還是記憶的上一次EEPROM數據，所以導致在短時間內上電不會出現初次上電的瞬動現象，而時間繼電器過了一定的時間（大約5 min）電路中的電基本放掉后，CF775芯片的EEPROM數據重新復位，所以會出現初始狀態的現象。

2.4 整改措施

在新建220 kV孟槐變電站工程的驗收報告中，220 kV線路開關三相不一致保護偶爾出現誤動現象被定義為A類問題，必須完成整改后才能投運。驗收人員在2017年6月25日已確認時間繼電器存在問題，反映給上級部門，廠家到場后，給出兩種方案：一是重新設定整定時間再調試，二是更換新的同類型的時間繼電器再調試。我們懷疑此類型時間繼電器存在質量問題，要求廠家棄用原來的撥碼式時間繼電器，更換為另一種型號的撥輪式時間繼電器。更換新的繼電器以后，將動作時間整定為2 s，反復試驗，結果正確率100%。安裝在非全相保護回路再進行試驗，未再發現異常現象。本項工作有效防范了設備運行過程中單相瞬時故障跳閘后引起的三相誤跳事故，確保了電網的安全穩定運行。

3 結果驗證

220 kV孟槐變電站于2017年7月投運，截至2018年8月，220 kV線路共出現3次單相故障保護動作跳閘，3次都重合成功。

2018年7月—8月，220 kV孟槐變電站4條220 kV線路輪停，繼保專業完成保護定檢工作，結果正常。

2018年7月初，公司生產技術部發文，要求全面排查并更換此批次的時間繼電器。

4 結語

在新設備投運前的驗收工作中，檢驗220 kV線路重合閘單跳單重功能時，偶然發現該線路在A相先跳開時B相、C相均曾出現未到不一致動作延時就偷跳的現象，本著認真嚴謹的工作態度，通過深入排查，分析出開關機構箱非全相保護回路的時間繼電器延時閉合接點的動作時間有時不符合整定的時間要求，屬于產品質量問題，并反映至廠家，及時更換了同批次產品，有效防止了設備誤動，確保了電網安全穩定運行。