一起500kV断路器本体非全相 保护缺陷分析及改进措施

韦 鑫 温才权

（中国南方电网超高压输电公司梧州局，广西 梧州 543002）

500kV 断路器不仅负责在正常情况下接通或断开电气设备，而且更是要在系统出现故障时，与保护装置或安自装置配合切除、隔离故障，阻止事故的扩大，防止对系统造成更大影响。220kV 及以上电压等级多采用分相断路器，在人为操作或自动重合过程中，存在因三相非同期合闸、单相重合失败等原因导致的非全相运行。由此出现的负序、零序分量对电气设备危害极大,严重时可能引起开关越级跳闸。为此，装设作用于跳开非全相运行状态断路器的保护显得尤为重要[1]。现在开关本体、开关保护均配置有非全相保护，考虑到断路器三相位置不一致保护主要功能是提供保护断路器本体的功能，有电气量闭锁的保护在某些条件下无法提供保护，本着断路器的问题断路器自己解决的原则应配置断路器本体的三相不一致保护，同时开关保护的非全相保护也投入运行[2]。

1 故障现象

在2012年6月进行开关本体三相不一致继电器试验时，发现断路器A、B 相正确动作，C 相拒动（在退出重合闸方式下，直接跳开断路器A 相，由断路器本体非全相保护动作跳开断路器），进行多次重复试验，仍得到相同结果。通过仔细检查发现该开关的分闸继电器损坏的现象，更换该继电器后恢复正常。于2012年12月再次三相不一致时间继电器试验时发现该继电器再次损坏。由于开关分闸继电器的损坏，严重影响了断路器的安全稳定运行，导致开关在事故时拒动的严重后果。为了深入研究分闸继电器损坏的根本原因，本文通过对继电器的质量检查，使其带电励磁，跳开C 相用的常开接点无法接通，机械用力使该继电器动作，该常开接点的电阻仍然为无穷大，证明该接点已损坏。拆开损坏的继电器进行分析，发现该继电器触点存在一层薄灰，有可能属于继电器触点拉弧导致。为了验证该想法，通过检查开关本体回路，继电器的容量核算，检查是否存在继电器容量不足而产生拉弧导致继电器触点损坏的现象。

2 回路分析

法国阿尔斯通厂家的FXT17 型断路器，其本体非全相保护动作逻辑如图1和图2，由断路器三相并联辅助触点合位串联断路器三相并联分位，起动K7 继电器，再由K7 的一对常开触点启动非全相出口中间继电器K2，K2 的常开触点闭合且断路器辅助触点S2a 闭合，从而使Y2 线圈得电出口跳闸。断路器三相跳闸后，断路器本体三相辅助触点动作，非全相继电器K7 失电，K7 的常开触点断开，导致出口中间继电器K2 失电，K2 的常开触点断开，同时有断路器辅助接点S2 动作断开。

图1 断路器本体非全相保护动作逻辑

图2 断路器本体非全相跳闸回路

由图2可知，该分闸回路并没有自保持回路。根据南网反措要求：“断路器跳（合）闸线圈的出口触点控制回路，必须设有串连自保持继电器，并保证：①跳（合）闸出口继电器的触点不断弧；②断路器可靠跳、合闸”[2]。而在断路器本体非全相保护动作时，出现由出口中间继电器触点承担断弧的情况，导致触点变形损坏。该断路器本体非全相保护二次回路设计不满足南网反措要求，会对断路器的正常运行造成重大影响。

在对其他断路器本体回路进行检查时，发现较多断路器也没有自保持回路，但多次试验，均无继电器损坏的现象。检查发现这些断路器采用接触器作为非全相保护的分闸继电器。如图3所示。

图3 继电器与接触器比较

该类型接触器的容量远远大于继电器的容量。其能有效断开断路器的分合闸操作电流。但接触器只有主触点有断弧能力，而增加的辅助触点一般没有断弧能力。而在检查中发现部分断路器厂家在设计时，由于接触器的主触点不够，而采用接触器的副触点接入分合闸回路，为了检查辅助触点是否存在拉弧从而损坏触点的情况。做了继电器与接触器的响应时间测试，其结果见表1、表2。

表1 继电器响应时间

表2 接触器响应时间

通过测试发现由于接触器的常开接点由闭合至断开的时间远远大于继电器常开接点由闭合至断开的时间。这也解释了接触器的接点不会拉弧，而继电器的接点存在拉弧的现象。

3 改进措施

为了解决该项缺陷，与厂家多次沟通，多次修改解决方案。最终确定有两个以下方案。

3.1 方案一：增加自保持回路

如图4所示，在回路中增加一个KZJ 自保持继电器，将本体非全相保护继电器的K7 触点改接至自保持回路当中，原K7 触点位置改为KZJ 继电器的一对常开触点，同时加装一个复位按钮FWJ。当本体非全相保护动作时，由断路器辅助触点启动本体非全相时间继电器K7，K7 的常开触点闭合启动KZJ 自保持继电器，KZJ 由自身的一对常开触点实现自保持功能，另一对常开触点接通启动出口中间继电器K2，K2 的常开触点闭合导通跳闸回路出口跳闸；在断路器跳闸动作过程中，由于KZJ 继电器实现自保持，跳闸控制回路始终导通，将通过断路器跳闸后本体辅助接点S2 动作断开跳闸回路。此方案的优点在于设计思路清晰，且在进行改造后满足南网反措要求，确实消除回路存在缺陷，但会增加断路器操作机构箱回路的复杂性，且需要注意的是，当断路器本体非全相保护动作后，在恢复送电前需要到现场复归自保持回路。

图4 改造方案

3.2 方案二：采用接触器

在之前分析中可知断路器辅助接点断开的时间和中间继电器常开触点断开的时间非常接近，在表1可知接触器的常开触点从闭合到断开的时间约为89ms，比中间继电器的常开触点从闭合到断开时间长77ms。采用接触器替换原有的中间继电器后，因为其常开触点动作时间较长，可以躲过断路器的辅助接点动作的时间，则在此种情况下还是由断路器本体的辅助接点断开回路。即使是在断路器本体的辅助接点粘死无法分开的情况下，此时将由接触器接点断开电路，而接触器主触点容量较大，在断开回路后仍能保持正常工作，并保证断路器本体不一致保护能正确动作。此方案改造简单，用接触器替代继电器即可，不用对断路器本体机构的二次回路进行修改。但由于接触器与继电器的安装尺寸等相差较大，现场施工困难，最终选择方案一作为本次的最终方案。

4 结论

最近两年，在南方电网范围内发生多起因断路器三相不一致保护误动的事故。本文从一起典型的断路器本体分合闸回路设计缺陷进行深入分析，并提出改造方案。研究了继电器、接触器在断路器分合闸回路的作用区别。有效提高了断路器的安全稳定运行。

[1] 刘秋英,邱宏明,李强.断路器三相不一致保护误动原因及对策[J]. 电工电气,2012(7):28-30.

[2] 中国南方电网电力调度通信中心. 中国南方电网公司继电保护反事故措施汇编释义[Z].2010.