青李線斷路器加裝非全相保護箱改造

華電青島發電有限公司 呂 俊

1 背景介紹

青島電廠甲站220kV青李線PCS-923斷路器輔助保護裝置超期服役（超過15年），按省調要求需退出運行。其充電過流功能可由PCS-931主保護的手合后加速功能替代，或由母聯充電保護通過改變方式空母線實現線路充電過流保護功能；而根據《GB/T14285—2006繼電保護和安全自動裝置技術規程》中對非全相保護的具體規定，應優先選用斷路器機構的非全相保護，但某廠甲站青李線的HPL245B1-1P型斷路器無機構本體非全相保護功能，保護班決定對青李線斷路器進行改造，自主設計加裝非全相保護箱，既節約了更換保護的昂貴費用，又滿足了規程的規定。

2 對電網安全穩定運行的影響

近年來，青島電網的容量不斷增大，某廠甲、乙站輸電線路的負荷電流也逐年攀升，某廠220kV青聯線在迎峰度夏期間的負荷電流已達2000A，當非全相運行時，電網中的零序電流也會達到2000A。此時與其相鄰的線路零序電流可能會大于零序后備保護的定值，如不能在規定的時限內切除非全相運行的線路，就會引起相鄰線路零序后備（不經方向）誤動，越級跳閘。對于發變組或機端斷路器，如采用分相斷路器，若發生非全相運行會產生較大的負序電流，在發電機轉子上感應出倍頻電流，造成發電機過熱甚至損壞發電機。所以，需要斷路器非全相保護可靠判別及時跳開三相斷路器，使電網恢復正常運行。根據參考文獻[1]，三相不一致保護延時時間的整定原則為：與線路相關的斷路器微機三相不一致保護，500kV的時間整定為2s，220kV整定為2.5s，其他整定為0.5s；線路斷路器本體的非全相保護整定為3s，主變和母聯斷路器整定為1.0s。

3 典型回路

調查不同廠家的斷路器本體三相不一致保護，二次回路類似，斷路器非全相保護二次回路為：斷路器的三相常開、常閉輔助點先并聯后再串聯，以此作為非全相判別回路，當斷路器有一相或者兩相斷開處在非全相運行時，常開接點和常閉接點分別至少有一副接點處于閉合狀態，則非全相判別回路導通，啟動時間繼電器開始計時達到延時定值后啟動跳閘出口繼電器，最終跳閘出口繼電器的常開接點閉合動作于斷路器的跳閘回路，使斷路器三相跳閘。

4 非全相保護箱的設計、制作

4.1 傳統三相不一致保護可靠性及需要解決的問題

斷路器本體非全相保護不經電量判別，直接由斷路器常開、常閉接點經串并聯組合后的非電量作為保護判據，判據單一，可靠性較差，時間繼電器、出口繼電器接點抖動或誤碰繼電器使接點誤導通均會導致保護誤動。

4.2 二次回路方案的確定

一是為防止時間繼電器故障或在誤碰的情況下誤出口導致誤動，經分析可將跳閘出口繼電器的正電源經斷路器三相不一致接點閉鎖，可有效提高非全相保護可靠性。

二是為防止出口繼電器誤動，可將出口繼電器的跳閘出口接點的公共端串接并聯的斷路器三相常閉輔助接點進行閉鎖后再與正電源相連。這樣若出口繼電器誤動，因斷路器三相的常閉接點在斷路器合位時均處在斷開狀態，出口繼電器的正電源被隔離，斷路器跳閘線圈不會被啟動，能有效防止三相不一致保護誤動作。

三是為防止在長期運行過程中單一時間繼電器發生動作時間偏移，導致三相不一致保護在重合閘動作之前三跳開關，或者延遲動作導致相鄰線路零序保護越級跳閘，采用3個時間繼電器形成“三取二”回路，解決了單個時間繼電器的時間偏移導致三相不一致保護早于線路保護重合閘動作或長時間不動作的問題。

四是非全相保護動作后，為了便于運行人員及時發現及故障分析完善其信號回路，并將自保持動作信號接至NCS后臺，瞬動動作信號接至錄波器。

五是在保護箱內安裝加熱除濕裝置，并做好密閉措施，防止連續陰雨天氣時雨水、濕氣進入保護箱產生凝露現象，有效避免二次回路、繼電器接點、端子排絕緣下降導致的誤動。

六是斷路器的某一相輔助接點連桿機構異常脫開時，可導致此相斷路器常閉接點始終在常開位置無法閉合，會使非全相保護拒動，故設置兩組相互獨立的非全相保護，并分別啟動斷路器的兩組跳閘線圈。這樣即使有一組非全相保護的斷路器常閉接點異常，也可以由第二組非全相保護將斷路器跳開。

綜上所述，圖1（a）和圖1（b）為斷路器非全相保護箱二次回路的最終方案。

圖1

5 方案實施

5.1 元器件選型

5.1.1 斷路器非全相保護箱繼電器的選型

時間繼電器型號的確定：根據文獻[1]，時間繼電器的整定值誤差需不大于1%或40ms。檢驗比對5種時間繼電器的備品，確定使用RF5643 DC110V型時間繼電器，時間誤差均低于10ms。時間繼電器校驗完畢后，將時間波輪用號頭筆標記，防止接線調試時誤碰導致誤整定。

出口中間繼電器型號的確定：根據文獻[2]和文獻[3]，斷路器跳閘出口繼電器動作功率不能低于5W，動作電壓應為55%～70%額定電壓。選用UEG/F-4H/110VDC型大功率繼電器。

發信的中間繼電器型號的確定：選用RF5647 DC110V型中間繼電器，校驗滿足動作電壓、返回電壓滿足規程要求。

5.1.2 其他元器件的選擇

加熱器選用50W的備品加熱器；加熱器空開選用西門子2A的備品空開；槽盒、導軌均選用備品；端子排選用鳳凰端子排；箱內接地銅排選用100mm2，固定絕緣子選用備品，與升壓站電纜溝的等電位銅纜連接的銅纜選用50mm2，所有外接電纜的屏蔽線均可靠壓接在箱內接地銅上，可有效減弱升壓站強磁場、強電場的干擾。

指示燈、按鈕型號確定：AD11-22/21型指示燈（黃色）、LA3811BN型按鈕（綠色）在本廠6kV配電室開關柜控制回路上使用較多，具有壽命長、可靠性高、耐振動等優點，安裝接線方便，班組備品較充足。班組人員對其進行2.5kV工頻耐壓試驗1min，未發生絕緣損壞。

壓板型號確定：JL02-2保護壓板（黃色）班組備品充足，2.5kV工頻耐壓試驗合格。

二次線型號確定：所選線型為2.5mm2軟線，滿足一定機械強度，滿足二次回路對載流量的要求，并便于二次回路接線；通過試驗，滿足絕緣耐壓1000V要求。

根據所選繼電器型號及相關元器件選擇合適的箱體，按照尺寸進行篩選，班組人員最終選定改造停用的電源控制箱箱體，該箱體尺寸為50cm×60cm×20cm，狀態良好，完全能滿足繼電器及相關元器件的安裝。

5.2 布局設計、裝配

一是柜門布局設計，確定方案為指示燈、按鈕、壓板上下布局；第一套保護在左側，第二套保護在右側。

二是測量指示燈、按鈕、壓板接線柱尺寸，按照尺寸對柜門鉆眼，安裝指示燈、按鈕、壓板接線柱，并打貼標明名稱。

三是箱內布局設計，確定方案為第一套保護繼電器安裝在上方；第二套保護繼電器安裝在下方；槽盒布置在繼電器四周；接線端子排橫向布局位于箱內最下方，與箱體底面距離略大于5cm，便于接線；接地銅排用立式絕緣子固定在箱體左下側；電加熱固定在箱體右下側；二次線在槽盒內走線，跨越柜門的二次線經纏線管保護，并綁扎牢固防止絕緣損失。

四是安裝布局設計，在箱體上打孔固定槽盒、導軌、絕緣子及銅排、加熱器，安裝繼電器、端子排并標號；打印號頭，對照圖1配接二次線。

5.3 非全相保護箱制作完成后上電試驗

5.3.1 接線檢查和寄生回路檢查

檢查箱內實際接線與圖1一致，接線壓接牢固，接線號頭規范正確；先送第一組控制電源，使用萬用表檢查第二組保護回路全部端子均無電壓；再送第二組控制電源，使用萬用表檢查第一組保護回路全部端子均無電壓。

5.3.2 驗證保護箱功能的正確性

一是在非全相保護箱端子排接入兩路直流電源，僅送第一路保護電源，用短路線在端子排模擬斷路器接點正常合閘狀態，強制出口繼電器TX1動作，因正電被斷路器常閉接點閉鎖，故跳斷路器A、B、C相出口回路端子1KD：1、2、3無正電。

二是用手按壓三個時間繼電器K1、K2、K3，模擬其全部動作，因正電被非全相判別回路閉鎖，故TX1不動作，跳斷路器A、B、C相出口回路端子1KD：1、2、3亦無正電。

三是第一套三相不一致保護壓板置投入位，用短路線在端子排模擬斷路器三相不一致狀態，保護延時3s正確動作，跳斷路器A、B、C相出口回路端子1KD：1、2、3有正電，柜門動作燈點亮并保持，非全相動作瞬動及自保持信號端子導通正確，按第一套非全相復歸按鈕后，柜門動作燈熄滅，自保持信號復歸。

四是第一套三相不一致保護壓板置退出位，用短路線在端子排模擬斷路器三相不一致狀態，第一套三相不一致保護不動作。

五是時間繼電器“三取二”功能驗證，第一套三相不一致保護壓板置投入位，任意插入一個時間繼電器，用短路線在端子排模擬斷路器三相不一致狀態，非全相保護不動作；任意插入兩個時間繼電器，用短路線在端子排模擬斷路器三相不一致狀態，非全相保護正確動作。

六是合上加熱器空開，電加熱工作正常。

七是第二套非全相保護驗證步驟與第一套非全相保護相同。

6 對青李線斷路器本體加裝非全相保護箱進行改造

6.1 二次接線圖設計

根據設計的非全相保護箱二次原理圖（圖1）和HPL245B1-1P型斷路器原理圖確定青李線加裝非全相保護箱的二次接線圖（圖2）。

圖2

6.2 非全相保護箱在青李線間隔就地的安裝

一是選擇青李線間隔電纜溝正上方的墻上，避免安裝在斷路器本體因斷路器合分閘時的震動對箱內繼電器的不良影響，正下方鉆孔直接進入電纜溝，方便電纜敷設，進入混凝土部分安裝金屬管保護電纜。

二是在墻上鉆孔設置膨脹螺絲固定非全相保護箱。

三是根據圖2敷設電纜并完成接線。

四是電纜穿管處封堵，保護箱內封堵嚴密，防止潮氣進入箱內。

6.3 非全相保護箱帶開關傳動試驗

一是第一套非全相保護試驗，僅送青李線第一路操作電源，投入停用重合閘壓板斷，第一套三相不一致保護壓板置投入位。

二是斷路器由分位到合位非全相傳動試驗，集控室遙控合上青李線218斷路器，檢查三相開關合閘到位。在就地匯控柜短接啟動A相斷路器跳圈，分開A相斷路器，經過整延時（3s）后，第一套非全相保護動作，跳開斷路器B相和C相，非全相保護箱第一套非全相保護動作燈亮，NCS發信正確。利用故障錄波器確定時間繼電器的動作時間為2.99s，符合要求。按照以上步驟進行B相、C相斷路器測試，均正確[4]。

三是斷路器由合位到分位非全相傳動試驗，檢查開關三相均在分位。在就地匯控柜短接啟動A相斷路器合圈，合上A相斷路器，經整定的動作時間（3s）后，第一套非全相保護動作，跳開A相斷路器，非全相保護箱第一套非全相保護動作燈亮，NCS發信正確。利用錄波器確定第一套非全相保護動作時間為3s，正確。按照以上步驟進行B相、C相斷路器測試，均正確。

四是防誤動功能驗證，合上青李線218斷路器，用短路線短接正電和1QD:A4，模擬三個時間繼電器K1、K2、K3和出口跳閘繼電器誤動作，第一套非全相保護動作信號發出，開關保持合閘狀態。

五是時間繼電器“三取二”功能試驗，第一套三相不一致保護壓板置投入位，任意插入一個時間繼電器，合上A相斷路器滿足斷路器三相不一致狀態，非全相保護不動作；任意插入兩個時間繼電器，非全相保護正確動作。

六是按照第一套非全相保護的試驗步驟驗證第二套非全相保護功能全部正確。

通過傳動試驗驗證青李線非全相保護箱各項功能完全滿足設計要求，可以投入運行。

7 結語

本文介紹了對某廠青李線HPL245B1-1P型斷路器加裝機構本體非全相保護箱的改造方案，以及斷路器本體非全相保護箱的制作及改造過程，對斷路器本體非全相保護可靠性的相關影響因素進行了改進，完成青李線的此次改造，能有效提高三相不一致保護的正確性和可靠性，保證電網的安全穩定運行，對于不具備本體非全相保護的斷路器在工程改造上具有借鑒意義。