一起220kV开关非全相保护动作的原因分析

孙仪 麦立 贾伟 田跃军 魏霞 王波

摘 要：对现有的220kV开关非全相保护动作原理和实现方法做了概述，针对一起220kV开关非全相保护动作的原因进行了详细分析，并提出了相应的解决方法。

关键词：非全相保护；开关；原因分析

中图分类号：TM564 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）25-0079-02

Abstract： This paper summarizes the operation principle and realization method of 220kV switch non-full phase protection， analyzes in detail the reasons of a 220kV switch non-full phase protection action， and puts forward the corresponding solving methods.

Keywords： incomplete phase protection； switch； cause analysis

1 概述

在電力系统220kV及以上电压等级的电网中，出于电力系统稳定运行的要求考虑，高压断路器多采用分相操作断路器。因此，系统运行中断路器可能由于控制回路或机械方面的原因，使断路器不能同时跳、合闸，或在正常运行中由于单相跳闸等原因造成非全相运行的情况。其后果是在系统中产生零、负序分量，对电气设备产生相当大的危害。近期，在某220kV变电站在执行地调调令“将220kV XXXX开关由冷备用转热备用于220kVⅡA 母线”后，14时35分，远程下发指令，合上该开关，14时35分33秒，报文显示XXXX 线非全相保护动作。本文对该220kV开关非全相保护动作的原因进行了详细分析，并提出了相应的解决方法。

2 装设非全相保护的必要性

根据非全相保护的原理，可以将非全相保护分为两种。一种是利用断路器本体的非全相回路从而实现相关保护功能；第二种是利用外部回路与保护装置的非全相逻辑组合从而实现非全相保护的功能。电力系统在运行时，由于各种原因，断路器三相可能断开一相或两相，造成非全相运行。如果系统采用单重或综重方式，在等待重合期间，系统也要处于非全相运行状态。但是，系统非全相运行的时间应有所限制，这是因为：（1）系统要求。当系统处于非全相运行状态时，系统中出现的负序、零序等分量对电气设备产生一定危害。（2）保护要求。由于出现负序、零序等分量，使得系统中的一些保护可能处于启动状态。例如：目前常用的微机线路保护，当系统由全相变为非全相运行时，如果保护突变量元件启动，在判断无故障后，保护程序转入振荡闭锁模块，若该线路零序分量数值大于零序辅助启动元件定值时，程序将处于振荡闭锁状态，超过12s时，保护将报告电流互感器（TA）断线，整套保护中仅余少数保护功能起作用，严重影响保护的可靠性。系统中的负序、零序等分量还可能使一些保护（如零序电流保护）动作跳闸，误断开正常运行的线路。

对于因设备质量、回路等问题造成的非全相状态，情况要复杂一些。例如，断路器偷跳一相，由于断路器位置不对应，重合闸应当启动，将断路器重合，而如果断路器有问题，偷跳相不能重合，该断路器将非全相运行。对这类非全相状态，由设备主保护消除的还不多。仍以微机线路保护为例，如果保护选跳或断路器偷跳后未重合造成的非全相运行，从保护功能上看，可能仅有不灵敏零序段或灵敏零序段保护起作用，而它们还要受到定值和方向元件的制约，也就是说，线路保护本身对此可能无能为力。因此，综合考虑以上各种因素，应当装设能反映断路器非全相运行状态的非全相保护，作用于跳开已处于不正常状态的断路器。

3 现场工作情况

3.1 故障前现场工作情况

09：09，220kV该开关由热备用转检修操作结束。10：00，许可省检修变电检修一班工作票，检修人员开展该开关二次回路隐患排查工作。检修班组具体工作为：根据“运检部关于开展某型断路器二次回路专项隐患排查治理工作的通知”要求对储能继电器K13的常闭接点41-42并接至K12的常开接点41-44。回路改造结束后，现场验收储能信号正常。11：12-11：29，开展该开关传动试验，分合正常，运维人员在后台、保护小室（保护、测控）、现场一次设备检查均分合到位。11：40，检修工作结束，工作票终结。

3.2 后台检查情况

非全相动作后，运维人员详细检查了故障前后的报文及光字信息，开关合闸前，无控制回路断线信号等异常信号。

3.3 保护小室检查情况

现场检查该线路微机光纤纵差、微机光纤闭锁保护均无异常信号。保护屏后操作电源空开正常在合位。打印保护开关位置变位信息，发现14：35 分，该开关B相未合上。操作箱位置监视灯无异常。

3.4 一次设备检查情况

现场检查该开关三相储能、压力均正常。打开开关机构箱，箱内无异味，底部无异物，分合闸线圈外观无异常。开关非全相继电器箱内，非全相动作灯点亮。

据此，初步确定本次故障原因是该开关B 相合闸失败，导致非全相保护正确动作。

4 原因分析及现场处理情况

检修人员在端子箱测量合闸回路电压，07A：-57V，07B：0V，07C：-56V，在机构箱复测，结果相同，可以判断B 相合闸回路不通，A、C相合闸回路正常。继续排查B 相合闸回路，发现K9继电器接点31电位为-57V，接点32为0V。K9为低气压闭锁继电器，共有6对接点：11-12常闭、11-14常开、21-22常闭、21-24常开、31-32常闭、31-34常开，其中11-12、21-24、31-32在使用。31-32常闭接点串联在合闸回路中。拉除控制电源，测量K9继电器31-32常闭接点不通。反复多次按动K9测试按钮，再次测量常闭接点11-12、21-22导通，31-32不通；常开接点11-14、21-24、31-34正常。由于K10继电器也为低气压闭锁继电器，接点接在分闸2回路中，K9、K10继电器型号相同，且K10继电器31-32、31-34为备用接点，因此现场采取对调K9、K10继电器的方案。K9、K10继电器均为插拔式，接线接在底座上。该种方案完全隔离故障的K9继电器的31、32、34接点。更换后重新测量损坏的原K9继电器的31-32接点，发现该常闭接点又导通正常（应为插拔、振动等原因使得接点再次恢复正常）。多次测量K9、K10继电器所有接点均正常。该开关就地分合3次正常、防跳功能正常、非全相功能正常（2s）、后台遥控分合5次正常。多次分合后再次测量原K9继电器（现为K10继电器）接点通断仍然正常。

5 非全相继电器使用建议

5.1加强新断路器用非全相继电器选型

应选用电磁式继电器，如德国魏德米勒WTR型等，禁止使用电子式继电器。非全相继电器动作电压在额定直流电源电压的55%～70%范围以内，动作功率不低于5W。非全相继电器应无试验按钮。非全相继电器应双重化配置。

5.2 加强非全相继电器验收

新安装的非全相继电器定值按照相关规定整定正确，动作电压、功率校验合格，校验工作验收人员需旁站见证。非全相跳闸功能模拟试验正常，后台信号正确。非全相继电器二次回路的完整性检查及绝缘电阻检测应完好。非全相继电器的安装位置不应位于箱柜吊环的下方或加热器附近。

5.3 加强非全相继电器运行维护

加强运行环境检查、维护。一是重点检查非全相继电器所处箱柜防雨、防潮、防尘、防小动物措施是否完善，内部加热、除湿装置运行是否正常，内部是否存在凝露，发现异常应及时处置。二是在运非全相继电器位于箱柜吊环下部时，应定期对吊环根部防水胶进行检查并复涂。三是在运非全相继电器位于加热器附近时，经评估可能导致非全相继电器烧损时，应对加热器迁移。加强外观检查。一是结合设备巡视检查非全相继电器是否存在凝露、内部接点及接线端子是否存在锈蚀。二是非全相继电器外壳、底座存在松动、破裂时，应及时停电更换，严禁采用扎带紧固。加强带电检测。结合主设备带电检测计划开展非全相继电器本体、接线端子红外测温。发现异常应及时停电处置。

5.4 加强非全相继电器检修管理

严格执行检修标准。断路器例行停电检修应开展非全相继电器校验及其二次回路检修。检修项目如下：外观检查，继电器是否存在破损、凝露、锈迹等。绝缘电阻测量，不解除继电器二次电缆，继电器接线端子之间及对地采用500V兆欧表进行绝缘电阻测量应不低于1MΩ。继电器动作时间，按照原定值进行校核。继电器动作电压在额定直流电源电压的55%～70%范围以内。非全相跳闸功能模拟试验正常。校验不合格的继电器应更换为品质更优的品牌。加强检修记录管理。检修记录及试验报告及时录入PMS系统，做好工作痕迹留存。做好备件储备及使用。各单位应提前储备非全相继电器备件，经校验合格后做好保管，便于现场缺陷处置，入库前的校验工作不得替代现场更换后的相关校验工作。非全相继电器的更换周期与断路器机构大修周期保持一致，原则上不超过12年。

5.5 加强专业协同

加强一、二次专业协同。一是断路器二次回路专业界面为端子箱（汇控箱）端子排，至操作机构的二次回路由一次专业负责，至保护、测控装置的二次回路由二次专业负责。二是非全相继电器的检修工作由一次专业负责，条件不具备的项目可委托二次专业开展，但责任主体仍为一次专业。三是二次装置至断路器的传动、联调等涉及整个二次回路完整性验证的工作由二次专业负责，二次专业开展线路继电保护装置传动试验时，应验证断路器本体非全相保护满足线路重合闸功能，发现异常要及时通知一次专业配合检查处理。加强运维、检修专业协同。运行中的断路器如果发生本体非全相动作跳闸，经核实为无继电保护动作行为的跳闸时，运维人员不应对相关复归按钮进行操作，待检修人员到达现场后配合开展相关检查工作。

6 结束语

本次开关B相合闸不成功的直接原因为：合闸回路中低气压闭锁继电器K9的一对常闭接点（31-32）接触不良，导致合闸回路不通。A、C相合闸后三相不一致保护正确动作，跳开A、C相开关。后续处理建议：参照非全相继电器管理要求，此类继电器更换周期与断路器机构大修周期保持一致，原则上不超过12年。

参考文献：

[1]谭金花.断路器三相不一致保护的分析[J].电力安全技术，2016，5（18）：59-61.

[2]李志輝.220kV断路器更换二次回路遇到的问题及解决方案[J].科技风，2016，10（2）：51.