断路器三相不一致保护探讨

杜延辉 刘家军 牛志雷

许继电气股份有限公司

引言

我国的220kv 以上电压等级的电网系统，普遍采用分相操作的高压段断路器为电网运行提供稳定性保障。电力系统在运行过程中，容易因为自然恶劣环境因素、电力设备自身故障、人为的误操作等原因而导致三相断路器产生动作不一致的问题。断路器的非全相运行使电力系统产生的负序、零序分量会危害电力设备等问题，降低了电网运行的稳定性和可靠度。因此，有必要深入分析断路器三相不一致保护的诱发问题并找出相应的解决方案。

装设非全相保护的必要性

1.当断路器出现三相不一致即非全相运行状态时，电力系统出现的零、负序等分量容易危害到电力运行设备，对电力系统运行带来潜在的安全性威胁。

2.三相不一致保护容易导致电力系统中的部分保护功能一直处于开启状态，在极端运行情况下，负序、零序等分量容易造成一些保护动作跳闸，阻碍电力系统的正常运行。

若电力系统采用单重、综重等方式，由于三相不一致保护而导致的动作跳闸，如果重合闸成功，则电力系统能快速的转入安全运行状态；如果重合于故障，断路器三相跳闸，针对这种等待重合的系统非全相运行状态，必须制定相应的解决措施来保护系统设备和线路的正常运行。例如，采用提高保护动作响应定值、延长保护时间等方式来躲过重合闸等待周期。然而，对于因设备运行故障而导致的非全相运行现象，所应采取的保护措施则更为复杂一些，例如断路器本期故障而导致的系统非全相运行，则会对系统运行构成极大的危害，针对此问题应装设实时反映断路器非全相运行状态的非全相保护系统，以保障电力系统的正常运行。

三相不一致保护的保护原理

目前，我国电力系统所采用的断路器三相不一致保护配置一般分为两种：一、微机保护配置；二、断路器本体三相不一致保护配置。微机三相不一致保护的基本原理：通过将三相不一致接点开入线路保护或者断路器保护的方式来实现保护效能，其中三相不一致接点一般采用断路器辅助触点组合或者采用合闸与跳闸位置继电器接点组合的实现方案；断路器本体三相不一致保护原理：将A、B、C 三相的线路常开、常闭辅助接点分别并联后串联，通过增设时间继电器进行状态控制，当断路器本体出现三相位置不一致的问题时，在跳开三相断路器的情况下，借由时间继电器的一对常开接点发送信号至监控系统控制导通跳闸。

微机三相不一致保护

目前，微机中专用三相不一致保护常见方案有以下几种。

1.直接启动时间继电器的三相不一致保护。将三相断路器与辅助接点跳位并联再串联三相开关并串联辅助接点合位的方式，当产生跳闸现象时，直接启动时间继电器进行相应的保护动作。其原理图如图1 所示。

2.增设接点串联零序电流继电器

图1 三相不一致接点直接启动继电器进行系统保护原理图

图2 零序电流接点启动时间继电器原理图

图3 无电流接点启动时间继电器原理图

在三相不一致接点直接启动时间继电器的基础上进行改进，增加了零序电流闭锁判据，安全性有了很大的提高。其原理图如图2 所示。根据电网运行中零序电流的获取方式较为容易，使得这种保护方案得以广泛应用。目前，电网一般按躲过正常负荷下的不平衡电流整定。因此，此种微机三相不一致保护配置存在一个缺点：当系统负荷电流值小于一定范围时，非全相保护存在较大的拒动可能性。在2009 年K 变电站内的500kV 断路器，5051 非全相运行，保护拒动，最后通过拉开5052，增加变5051 的负荷电流，从而保护正确动作。

3.三相不一致接点串联负序电流继电器接点后启动时间继电器。

此方法与三相不一致接点串联零序电流继电器接点后启动时间继电器的原理类似，电网系统电流判别采用负序分量，比较常用于较易获得负数电流的情况，例如，发电机与变压器组合成的配套保护设置中，负序电流也按躲过正常运行时的不平衡电流整定，当负荷小时，也可能拒动。

断路器本体三相不一致保护

继路器本体三相位置不一致保护的方法是通过时间延时保护处理方式，由中间继电器启动保护动作，跳开三相继路器。此保护措施不经零、负序元件闭锁，保护定值按躲过单相重合闸时间和断路器固有动作时间整定。如图3所示。此方案的三相不一致跳闸出口是分别接入两路控制电源对应的跳闸线圈，但其三相不一致启动回路均接于控制电源Ⅰ内。当Ⅰ路控制电源失压后，断路器三相不一致保护将失效。由于断路器合闸回路及线圈也是接于Ⅰ路控制电源，如果此时控制电源Ⅰ路快分开关跳闸，此时线路发生单相故障，保护将选相跳开其断路器故障相，并启动重合闸，但由于Ⅰ路控制电源消失，断路器重合闸失败，且此时断路器本体三相不一致失效。这样断路器将长期保持非全相运行。

运行维护的注意事项

1.在三相不一致保护中的开关辅助保护新增设保护定值的情况下，在投入运行之前对保护定值进行调试与核对。如果发现调试中存在问题，运行人员应及时反馈与计算人员，对定值进行调整，以保证其正确性。对投入的电流回路有某些变动的三相不一致保护要做出六角图并对零序电流进行反复测试，如果零序电流偏大应找出问题原因并制定解决措施，以确保电流回路的正确性。从以上两个方面确保开关辅助保护的正确起动动作。

2.要特别注意开关本体保护时间元件的运行状态检查工作。开关本体时间元件出口跳闸的无闭锁条件配置性，所以必须确保时间元件的运行可靠度。运行人员要做好开关时间元件的保护定检工作，重点检查时间继电器的性能状态，对运行可靠性差以及离散值大出规定范围的时间继电器及时更换，最好由运行可靠度高的电子式时间继电器进行替换。

3.当断路器发生“三相不一致”预警信号时，运行人员应立即检查三相断路器的具体跳相情况，如果只跳开一相，则立即合上对应相，如果无法闭合，则应将断路器断开操作；如果跳开两项，则应立即断开继路器；如果继路器三相位置不一致且信号无法复归，则应检查中间继电器的运行状态是否良好，确认继电器是否存在卡滞或触点接触不良等问题，直到找出原因并使系统恢复正常运行。