220 kV斷路器本體三相不一致誤動原因分析及優化

岑確富

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

0 引 言

目前，我國電力系統中220 kV及以上斷路器均配置有本體三相不一致回路。但近些年系統內多次發生因斷路器本體三相不一致回路故障導致的跳閘事件，對設備及電網的可靠性造成了較大影響，因此在電力系統運行過程中需格外重視此問題，及時采取防誤動措施[1-3]。

1 故障概況

廣東省某市某地區220 kV變電站某220 kV線路斷路器選用ABB公司生產的SF6斷路器。2020年某日，運行人員在進行該220 kV線路由檢修轉運行操作過程中，當遙控操作合上斷路器時，該220 kV斷路器三相合閘后AB相立即跳開，C相約1.5 s后跳開。

上述過程中，變電站該220 kV線路主一PCS-931N2和主二CSC-103BFN保護裝置三相不一致保護動作，斷路器三相分閘。此外，監控系統未顯示該220 kV斷路器本體三相不一致告警。

2 原因分析

2.1 故障檢查

（1）基本情況檢查。繼保專業人員到現場檢查后發現該220 kV斷路器三相處于分閘狀態，線路保護裝置三相不一致保護動作，其他保護未動作，監控系統未出現該220 kV斷路器本體三相不一致告警，未出現明顯外觀異常或元件損壞（見圖1）。

圖1 220 kV線路斷路器機構箱照片

（2）保護動作數據分析。調出錄波數據后發現220 kV斷路器動作相電流達到1.43 A，一次電流為686.4 A，保護裝置三相不一致保護動作時零序電流并未對系統產生負面影響，此時保護動作正確。其中，保護起動前相跳閘位置顯示為1，起動后A、B相跳閘位置均由1變為0，約30 ms后變為1，而C相跳閘位置由1變為0，1 560 ms時主一、主二保護動作跳ABC三相由0變為1，1 540 ms時變為1。根據上述動作情況，可初步判斷220 kV斷路器A相和B相在起動時合上后立即變為分閘狀態，C相在起動時成功合閘，但保護動作后變為分閘狀態。

（3）斷路器控制回路檢查。測量保護跳閘回路無異常，但測量斷路器本體跳閘過程中發現K37 1號三相不一致出口繼電器11與12、13與14端子偶爾出現導通，15與16一直不導通。

（4）故障重現測試。按照220 kV斷路器本體三相不一致保護跳閘情況，本次測試將重點對220 kV斷路器進行合閘操作測試，在7次斷路器合閘操作中共出現兩次三相不一致。其中一次為B相合后即分，最后斷路器本體三相不一致動作跳開A、C兩相；另一次為A、B相合后即分，最后斷路器本體三相不一致動作跳開C相。

220 kV斷路器本體三相不一致繼電器規格型號如表1所示。

表1 220 kV斷路器本體三相不一致繼電器規格型號

2.2 故障原因及處理

2.2.1 繼電器裝置損壞

根據上述現場檢查、數據分析以及故障重現后的各項結果，可確定本故障主要是三相不一致出口繼電器損壞導致的。

拆檢過程中K37 1號三相不一致出口繼電器的配套底座發生明顯斷裂，測試其內部端子導通情況時發現端子11與12導通、13與14導通、15與16不導通，導致斷路器A相、B相分閘線圈Y2動作。

2.2.2 回路設計不合理

本次220 kV斷路器本體三相不一致保護回路存在明顯的設計不合理問題，回路原理見圖2。該斷路器本體三相不一致保護回路設計中，當斷路器在合閘狀態時，繼電器故障或人為誤碰使本體三相不一致保護回路的KM跳閘出口繼電器動作，則斷路器跳閘回路啟動，造成運行中的斷路器跳閘。

圖2 220 kV斷路器本體三相不一致保護回路原理圖

為防止斷路器本體三相不一致保護回路中時間繼電器和出口跳閘繼電器故障造成運行中的斷路器跳閘，有必要對斷路器本體三相不一致保護回路進行改進，確保設備安全可靠運行。

3 改進措施

220 kV斷路器本體三相不一致造成的拒動和誤動情況在電力系統中較為常見，這主要是由于三相不一致回路設計不合理、繼電器啟動功率低或繼電器故障等，在很大程度上限制了電力系統運行的安全性、可靠性以及有效性[4]。在對上述問題進行處理時，根據現場實際情況做好相應的調整和優化。

3.1 繼電器優化

上述故障處理時更換繼電器及其配套裝置，按照現場實際情況逐一檢查，對本區域內220 kV斷路器本體三相不一致繼電器老化、破損等進行統一更換，避免再出現同類型事故。與此同時，參照220 kV斷路器本體三相不一致繼電器使用規范，對現場繼電器進行相應維護，按照電力系統中的各項指標要求對三相不一致繼電器使用狀況進行檢查，及時判斷其老化程度、安全指標以及可靠性能等，對不符合要求的繼電器應及時更換，從而保證220 kV斷路器本體三相不一致保護的準確性、可靠性及有效性。

在繼電器選型過程中，應嚴格按要求選擇對應功率的繼電器。220 kV斷路器本體三相不一致出口繼電器應具備自保持功能，且滿足出口功率大于5 W，這樣才能夠保證其安全啟動。若功率未達到上述要求，可以通過并聯電阻的方式增大繼電器功率，這種方法在當前220 kV斷路器本體三相不一致繼電器調整過程中非常普遍。

3.2 回路優化

針對以上問題，提出兩種改進方案。

方案一：將原三相不一致保護跳閘出口回路常開接點的公共接點改至斷路器常閉輔助接點與KT線圈中間。斷路器在合閘狀態時，CB1常閉輔助觸點斷開，即使三相不一致繼電器出現故障或誤碰，也不會造成斷路器跳閘。在斷路器三相不一致時，三相不一致保護回路接通才啟動跳閘時間繼電器，經延時后跳閘出口繼電器動作，斷路器跳閘。此方案可有效避免由人為誤碰、外力作用或三相不一致繼電器故障引起的本體三相不一致保護回路誤動，提高運行可靠性，適用于帶有復歸功能繼電器的保護回路改進。與原保護回路相比，此方案接線變動最小，如圖3所示。

圖3 方案一改進后斷路器本體三相不一致保護回路原理圖

方案二：將原三相不一致保護跳閘出口回路常開接點的公共接點改至斷路器常閉輔助接點與常開輔助接點中間。斷路器在合閘狀態時，CB1常閉輔助觸點斷開，即使三相不一致繼電器出現故障或誤碰，也不會造成斷路器跳閘。在斷路器三相不一致時，三相不一致保護回路接通才啟動跳閘時間繼電器，經延時后跳閘出口繼電器動作，斷路器跳閘。此方案可有效避免由人為誤碰、外力作用或三相不一致繼電器故障引起的本體三相不一致保護回路誤動，提高運行可靠性。此改進方案不限制繼電器是否帶有復歸功能，適用于不帶有復歸功能繼電器的保護回路改進。接線的改動較第一種改進方案大，如圖4所示。

圖4 方案二改進后斷路器本體三相不一致保護回路原理圖

3.3 專用裝置優化

在220 kV斷路器本體三相不一致保護設計過程中，需根據實際情況設置相應檢測裝置，對可能出現的異常接線、接點誤觸等進行檢查。例如，可使用功率監測儀對220 kV斷路器本體三相不一致繼電器功率進行檢查，快速排除造成功率異常的各項因素。根據220 kV斷路器本體三相不一致保護要求設置專用保護裝置，如防護罩、防護網等。尤其是在三相不一致繼電器附近工作過程中，必須設置好防護罩，這樣才能夠最大限度避免人員工作過程中誤觸碰造成220 kV斷路器本體三相不一致動作事故[5]。

4 結 論

環境因素、回路設計以及裝置損壞等均可能造成220 kV斷路器本體三相不一致誤動或拒動，嚴重時甚至導致區域電力系統失穩，造成大面積停電，因此需高度重視上述問題。在故障排查分析過程中，要對回路全面檢查并對元件全面測試，根據保護動作信息、錄波信息以及測試數據準確判斷220 kV斷路器本體三相不一致保護故障的原因，對癥下藥。從二次回路進行改進，甚至從圖紙設計時便做好隱患消除工作，這樣才能從根本上提高220 kV斷路器本體三相不一致保護效果，提升二次保護回路的安全性與可靠性，確保電網的安全穩定運行。