断路器三相不一致保护异常动作分析及控制措施

张晴 黄淼华 钟日平

摘  要：220kV及以上线路需配置能够反映断路器非全相状态的三相不一致保护。本文介绍了断路器本体三相不一致和电气量三相不一致保护的原理，结合两起典型事故案例，分析了保护异常动作的原因，针对这两种保护在运行过程中存在的安全隐患，提出了相应的控制措施，提高了三相不一致保护动作的可靠性。

关键词：三相不一致保护;异常动作分析;控制措施

0引言

220kV及以上电压等级的电网普遍采用分相操作机构的断路器，当运行线路因某种原因出现断路器三相位置不一致时，线路处于非全相运行状态，导致系统出现零序、负序分量，对一次设备特别是非电阻性电气设备产生较大影响，可能发生越级跳闸，严重影响电网的安全稳定运行。

根据南方电网电力系统继电保护反事故措施（2014）要求：220kV及以上线路应投入开关本体的三相不一致功能，同时还应配置基于电气量的三相不一致保护。对于采用单相重合闸的线路，其本体不一致保护动作时间应可靠躲过单相重合闸时间，且动作时间不大于2秒，其它情况下不需要考虑和重合闸配合的，时间可缩短，但不低于0.5秒。对基于电气量的三相不一致保护，其动作时间要躲过线路保护的重合闸时间，还应考虑与零序四段的配合需要。对于220kV线路，应将基于电气量的三相不一致保护的动作时间整定为1.5秒[1]。

一、三相不一致保护原理

三相不一致保护分为本体三相不一致保护和电气量三相不一致保护。

本体三相不一致采用每相断路器分闸位置辅助常闭触点并联及合闸位置辅助常开触点并联，之后再串联启动时间继电器，经时间继电器延时启动三相不一致保护中间继电器，经三相不一致保护继电器接点接通三相跳闸线圈，以断开仍在运行的其他相断路器，防止扩大事故范围。断路器本体三相不一致保护完全依赖于断路器辅助触点和时间继电器的正确性[2]，三相不一致位置继电器和时间继电器安装于汇控柜或断路器机构箱，受外部环境影响大，因此可靠性会受一定影响。

电气量三相不一致保护经过相电流、零（负）序电流等电气量的判断，不完全依赖于外部接点，提高了保护动作的可靠性;保护逻辑由装置内部软件实现，受环境影响小，但在故障电流较小时保护无法启动[3]。

电气量三相不一致保护和本体三相不一致保护各有利弊，需要同时投入以提高保护可靠性。

二、事故案例及隐患分析

（1）2018年9月，某变电站220kV某线4401断路器跳闸，后台监控系统报“220kV某线4401断路器三相不一致报警”“220kV某线4401断路器分闸”信号。保护装置无动作信号，操作箱断路器分闸位置指示灯点亮。检查发现本体三相不一致保护时间继电器ST常开接点绝缘性能不足，导致中间继电器ZJ长期吸合，使其常开接点闭合，造成三相断路器误跳闸。

（2）2016年3月，某变电站220kV某线2837检修工作结束恢复送电过程中，合上2837断路器时，因2837断路器汇控柜内“远方/就地”切换把手存在质量缺陷，断路器A、B相合闸回路断线，A、B相无法合闸，出现仅C相在合位的非全相运行状态，但断路器电气量三相不一致保护未动作。检查发现是由于2837断路器合闸及跳位监视回路设计不合理，在断路器非全相运行期间，不能给保护装置提供三相不一致的接点开入，导致2837断路器电气量三相不一致保护不动作。

通过分析上述事故案例，可知两种三相不一致保护均存在安全隐患。

（1）本体三相不一致保护：时间继电器是本体三相不一致保护的核心元件，时间继电器延时常开接点直接串接在控制电源正电与出口中间继电器之间，正常运行时该接点两端为异极性电位（110V或220V）。在运行过程中易出现延时常开接点因绝缘损坏而导通的情况，将导致出口中间继电器励磁，断路器误跳闸。

（2）电气量三相不一致保护：两套主保护均采用合闸回路中的跳位监视继电器常开接点作为三相不一致保护的TWJ开入，合闸回路采用第一路控制电源，若第一路控制电源异常或操作箱跳位监视回路异常，跳位监视继电器失电，电气量三相不一致保护采集不到TWJ开入，保护将拒动，可能导致相邻线路零序保护越级跳闸。

三、三相不一致保护异常动作控制措施

本文针对本体三相不一致保护和电气量三相不一致保护存在的安全隐患，通过改进其二次回路和判别逻辑，提出了相应的控制措施，具体如下：

1、本体三相不一致保护控制措施

如图1所示，将时间继电器延时常开接点ST串接在断路器辅助接点之后，正常运行时其接点两端均为负电，即使延时接点ST异常也不会导致断路器误跳闸，有效解决了断路器状态正常时由于时间继电器接点绝缘降低导致的三相不一致保护误动的问题。

图1 本体三相不一致二次回路改进示意图

2、电气量三相不一致保护控制措施

如图2所示，将断路器机构常开、常闭辅助接点串并联后作为非全相状态判别条件，引至线路保护屏作为电气量三相不一致保护的开入。当操作箱三相不一致判据异常时，还可以通过断路器机构辅助接点判别断路器三相位置，有效解决了控制电源异常或跳位监视回路异常时电气量三相不一致保护拒动的问题。

图2 电气量三相不一致改进逻辑框图

四、结语

220kV及以上线路需配置断路器本体三相不一致保护和电气量三相不一致保护。本体三相不一致保护存在时间继电器接点绝缘下降导致保护误动的隐患，而电气量三相不一致保护存在控制电源异常或跳位监视回路异常而保护拒动的问题。本文在深入分析两种三相不一致保护原理的基础上，结合事故案例，通过改进其二次回路和判別逻辑，提出了相应的控制措施，提高了三相不一致保护动作的可靠性。

参考文献

[1]中国南方电网有限责任公司.南方电网电力系统继电保护反事故措施汇编[M].北京：中国电力出版社，2016.

[2]江知瀚，马迎新，高旭，刘蔚，杜丽艳.断路器三相不一致保护可靠性分析及二次回路改进[J].电力系统自动化，2017，41（11）：169-172+180.

[3]叶炎锋.一例220kV断路器三相不一致保护误动作问题分析[J].机电信息，2018（33）：11-12.

作者简介：张晴（1991—），女，硕士，研究方向为电力系统继电保护技术