淺談斷路器本體三相不一致保護

謝 琳 楊堅平

（廣東電網有限責任公司梅州供電局）

0 引言

目前，220kV及以上電壓等級的輸電線路為了提高供電的可靠性，減少線路停電的次數，同時為了糾正斷路器機構不良或繼電保護誤動作引起的誤跳閘，通常繼電保護會采用單相重合閘功能。而為了配合這項功能在一次設備則需要采用分相操作機構的斷路器。但是若出現單相重合閘失敗、三相非同期合閘等情況時，輸電線路會產生較大的負序電流及零序電流。非全相運行長時間會導致電網各相間負荷或發電機出力嚴重不平衡，同時影響系統保護裝置的正確動作，例如可能會引起相鄰線路的零序保護誤動，從而影響整個電力系統的安全穩定運行，因此不允許輸電線路長時間處于非全相運行狀態。為防止出現非全相運行狀態，需在限定時間內將輸電線路中另外處于合位的斷路器也斷開。實際使用中三相不一致保護包含電氣量的三相不一致保護和斷路器本體三相不一致保護，本文僅淺談對斷路器本體三相不一致保護的認識。

1 斷路器本體三相不一致保護整改前后原理

斷路器本體三相不一致保護回路設計原理并不復雜，邏輯上采用斷路器的常開輔助接點與常閉輔助接點串聯配合啟動三相不一致時間繼電器KT就可以實現保護功能。整個過程不涉及電氣量的采集和判斷，動作靈敏。但是整改前的斷路器本體三相不一致保護，如圖1所示，由于時間繼電器KT導通導致其常開輔助接點意外閉合、出口繼電器KM誤碰或直流回路接地導致出口以及斷路器輔助接點發生故障均能引起誤動作，存在運行中的斷路器跳閘的風險。

圖1 整改前三相不一致回路設計圖

近年來公司發生多起因斷路器本體三相不一致保護誤動跳閘事件，對設備及電網的可靠性造成了較大的影響。對于存量的斷路器本體三相不一致保護可以結合誤動作的原因，在現有設計的基礎上調整回路［1］。圖2顯示將斷路器串聯的常開輔助接點和常閉輔助接點對調后再串接時間繼電器KT，同時將出口繼電器KM的正電端和跳閘回路的正電端均接于斷路器常閉輔助接點之后。整改后的三相不一致回路在未增加新的電子元器件的前提下改變接線方式，使得時間繼電器延時接點發生絕緣異常，進而使誤跳閘動作發生的問題得到解決，可以有效預防因誤碰出口繼電器，造成斷路器誤跳閘的情況。在實際使用時變電站也要求時間繼電器KT和出口繼電器KM的廠家提供防誤觸碰的安全措施，例如在繼電器吸合部分設置透明擋板。但是這一方案并不是完全沒有風險的，因為回路調整對于戶外時間繼電器KT及出口繼電器KM的運行環境沒有進行有效地改善，同時斷路器輔助接點問題也并沒有解決。

圖2 整改后三相不一致回路設計圖

2 造成三相不一致保護誤動的各類典型原因分析

2.1 繼電器故障

2.1.1 繼電器質量缺陷

某省從2011～2018年，共發生5起GL系列斷路器本體三相不一致保護誤動，故障原因均為繼電器線路板擊穿。以某500kV變電站中500kV斷路器為例，現場查看故障錄波并無斷路器變位記錄，但實際是斷路器本體三項不一致保護動作誤跳閘。經檢查確定故障原因為三相不一致時間繼電器KT的正電端與常開輔助接點的端子間絕緣擊穿，造成三相不一致跳閘回路導通，引起斷路器偷跳。經分析，確定正電端附近的接插件固定橫擔潛在的設計缺陷是引起時間繼電器被擊穿故障的直接原因。

2.1.2 繼電器受潮

由于三相不一致時間繼電器KT及出口繼電器KM均在戶外匯控箱或機構箱內工作，存在工作環境較為惡劣的情況，容易使得繼電器受潮后絕緣強度下降導致的機械振動、金屬腐蝕等導致的接點絕緣損壞、延時準確度不高等問題。

某220kV變電站后臺監控機收到三相斷路器的分閘報文，且出現斷路器本體三相不一致警告。通過故障錄波圖可看出只有斷路器變位啟動信號，無其他任何動作信號。通過開展現場檢查發現斷路器匯控柜因連續雨雪天氣受潮嚴重，即使斷路器未出現三相不一致、時間繼電器沒有相應動作的情況下出口繼電器保持動作狀態，進而出現了斷路器三相跳閘的問題。進一步分析發現，斷路器本體三相不一致時間繼電器輔助接點KT1－2的兩端絕緣達到零，最終使得出口繼電器發生了動作，整體跳閘。此后對時間繼電器進行拆裝檢查，發現部分內部電板因為過于潮濕而發霉，內部元器件間絕緣性急速下降，導致斷開狀態中，工作電壓下時間繼電器輔助接點被擊穿，進而發生了斷路器跳閘的現象。

2.2 輔助開關或二次電纜絕緣下降

根據2006～2009年公司開關專業工作總結的事故事件數據，公司內部已有三起因輔助開關或二次電纜破損或老化使得絕緣被擊穿造成斷路器跳閘的事故事件。

以某220kV變電站中220kV輸電甲線為例，經檢查確定故障原因為：由于該斷路器機構箱內二次保護回路電纜采用了廠家提供的非鎧裝銅絞線電纜，其三相不一致保護回路C相常閉輔助接點的連接電纜皮被老鼠啃食后破損，銅線外露，使得電纜芯間絕緣下降，即C相常閉輔助接點閉合，造成三相不一致啟動回路動作，斷路器跳閘。

以上均為斷路器本體三相不一致保護誤動的典型原因，除此之外，其保護誤動還有人為因素，例如之前有保護的時間繼電器小轉軸一側沒有裝配到位，導致常開輔助接點復位不正常，輔助接點間隙變小等。

3 防范措施及事故處理

通過上述原因分析可以發現為避免出現斷路器誤跳閘，提高輸電線路運行可靠性，重點關注防小動物、日常運維、設計與安裝及驗收這幾方面情況。現提出以下防范措施：

1）開關匯控箱或機構箱均屬于一級防區，應嚴格按照公司防小動物措施要求開展防小動物封堵檢查。對于其封堵首先可用硬質絕緣板在二次電纜周邊圍繞，減小孔洞大小，之后再用防火泥進線完全封堵，并在封堵后用手或者透光法對電纜周邊封堵處作詳細檢查，確保二次電纜之間無明顯的間隙。如若發現有坍塌應及時使用防火泥進行封堵。同時可以在二次電纜周邊放置小型的粘板，可有效避免小動物進入設備。

2）時間繼電器因受戶外惡劣環境的影響，容易存在輔助接點的異常導通，進而發生誤跳閘的概率。第一，選用知名廠家生產的電子型時間繼電器，可確保時間繼電器的質量，同時其裝配人員相較于一般非知名廠家的裝配人員在裝配質量上有所保證；第二，可以采用將兩個時間繼電器并聯接入到三相不一致啟動回路，之后串聯兩個繼電器的延時輔助接點后再串接出口繼電器，預防單一繼電器接點異常誤跳閘現象；第三，運行人員在日常巡視維護工作中應關注機構箱內加熱除濕裝置的使用情況，若發現其工作異常應及時上報缺陷后處理問題；第四，運行人員在濕度較大或氣溫較低時應加大巡視力度，及時打開匯控箱或機構箱的加熱除濕裝置，確保加熱除濕裝置可靠工作，杜絕箱內凝露的發生。

3）因為本體三相不一致保護判據為斷路器輔助接點，所以其輔助接點是保護中重要的元器件。除采用高質量的斷路器輔助接點之外，還需要定期完成清掃檢查工作，及時發現并更換不滿足運行要求的輔助接點，消除隱患。

運行人員在驗收時需檢查改造所動的端子排松緊情況外，另外需要檢查匯控箱或機構箱內三相不一致功能壓板及出口壓板均應在投入位置、三相不一致動作信號接點已通過測控裝置接入后臺端及調度端、時間繼電器和出口繼電器均有防止人員誤觸碰的安全措施、時間繼電器已按要求整定在對應的時間以及在復歸按鈕或把手附近貼有“非繼保人員請勿觸碰”的標語。

若出現斷路器本體三相不一致保護動作時，運行人員應分情況進行處置。若是由于非全相運行導致斷路器跳閘，則應檢查后臺光字牌及信號、抄錄繼電保護裝置電氣量三相不一致動作情況以及檢查斷路器本體三相不一致時間繼電器和出口繼電器的動作情況再進行匯報；若是由于誤動作導致斷路器跳閘，則應確定后臺光字牌及信號后檢查繼電保護裝置無異常動作情況，再現場檢查斷路器本體三相不一致時間繼電器和出口繼電器的動作情況以及匯控箱或機構箱內封堵、潮濕、接線端子后再匯報。

4 結束語

從近幾年的斷路器本體三相不一致保護誤動作情況來看，因為繼電器本身質量問題及絕緣能力降低造成的斷路器運行時跳閘占絕大部分，所以變電站運行人員要提升對斷路器本體三相不一致保護認識，充分關注設備運行環境，使設備運行得到保障。