断路器三相不一致保护误动分析及对策探究

陈 亮

（国网无锡供电公司，江苏 无锡 214000）

引言

电压等级超过220kV，选择分相操作机构断路器。在实际应用中可能会出现位置不一致的问题，尤其是在电流负荷比较大的情况下，系统中存在较大的负序、零序分量，直接对交流电动机、发电机等电器设备的正常运行造成影响，还可能会导致高压线路零序方向在正常运行的情况下，出现误动作等问题[1]。220kV 及其以上的电压等级，在选择分相操作机构断路器运用时，需要合理断路器三相不一致保护的设计，同时进行科学的配置，以便于在断路器三相位置不一致的情况下，可以及时的跳开运行相的断路器[2]。在目前阶段中，电网系统中容易在断路器三相不一致保护中发生误动及拒动的问题，导致电网运行安全受到影响，本文对断路器三相不一致保护进行分析，并探讨对策。

1 断路器三相不一致保护原理

电网高保护能力是将非全相运行状态运转中的开关量及电气量作为基础，且体现出三相位置差异开关量，通常情况下为了达成相应效果，会选择断路器辅助节点组合，也可以选择断路器操作箱跳闸位置监视与合闸位置监视继电器节点组合的方式来实现。在采用断路器三相不一致的方式运行时，应按照实际需求增设非全相运行中的典型电气量，以此作为闭锁条件，如相电流、负序或零序电流等变化量，这样能够避免某些异常状况下产生的误动作。在现阶段中，断路器三相不一致保护具有两种形态，即为：断路器本体、微机型电气量。

微机型方式，是通过对接点开入断路器，或者与分项跳闸部位的采集与相应的电流进行组合实现进行逻辑判断，并识别是否存在断路器三相不一致状况，并要增设零序电流与负序电流，将其作为闭锁条件，实现三相不一致的保护。依据当前主流的保护方式，断路器操作箱中的跳闸部位TWJ 监视为三相不一致开入，合闸部位开展HWJ 监视，继电器接点串联、并联的组合方式。微机型电气量三相不一致典型保护动作逻辑如图1 所示。

图1 微机型电气量三相不一致典型保护动作逻辑

断路器本体三相不一致保护方式为：将断路器三相常闭辅助节点与常开辅助节点先分别并联，之后再串联，将中间延时时间启动器，若是断路器发生三相不一致状况，则可以通过延时继电器动作来启动出口继电器，出口继电器跳开三相。断路器本体三相不一致典型保护设计方式如图2所示。

2 断路器三相不一致保护误动分析

通过几个典型事故案例，分析断路器三相不一致保护误动。

图2 断路器本体三相不一致典型保护设计方式

2.1 断路器三相不一致保护误动典型案例

2.1.1 案例一

某220kV 变电站调度台收到母联三相开关的分闸提醒，且出现断路器本体三相不一致警告。通过开展现场检查，发现在220kV 母联开关本体三相不一致时，延时继电器没有相应动作的情况下出口继电器保持动作状态，进而出现了开关三相跳闸的问题。进一步分析发现，继电器本体三相不一致延时继电器动作接点的两端绝缘达到零，最终使得出口继电器发生了动作，整体跳闸。此后对延时继电器进行拆装检查，发现部分内部电板因为过于潮湿而发霉，内部元器件间绝缘性急速下降，导致断开状态中，工作电压下延时节继电器节点被击穿，进而发生了断路器跳闸的现象。

2.1.2 案例二

某500kV 变电站发生了C 相接地故障，保护动作跳开断路器C 相，断路器本体三相不一致动作出口跳开断路器三相，动作时间达到了900ms，并没有达到整定的2s 要求，同时较之重合闸整定要求1.4s 也更低，闭锁断路器发生重复合闸。

2.1.3 案例三

某500kV 变电站中，主变停电检修完成后，复电操作时，运行人员进行主变500kV 侧两个断路器之后，对主变220kV 侧断路器进行合闸的过程中，断路器出现非全相合闸，监控系统也因此发出了220kV 侧断路器三相不一致的报警，主变中两台继电器保护公共绕组零序过流进行了保护动作，跳开了主变500kV 侧及220kV 侧的三个断路器。事后检查的过程中发现，220kV 侧断路器中的汇控柜，在AB 两相使用远方/就地进行把手SPT1、SPT2 的切换，在进行切换的过程中，断路器合闸控制11 到12 的接点会发生接触不良的情况，以此使得断路器的AB 两相难以进行合闸动作，导致只有断路器C 相是处于合闸非全相的状态。因为220kV 侧断路器保护运行难以得到保障，对其进行了拆除，但没有进行进一步的改善，导致改侧断路器辅助装置中保护因为断路器不一致位置开入异常，使得保护未动作，进而导致事故范围扩大。

2.2 断路器三相不一致保护误动分析

断路器本体的保护中，时间继电器是最关键的元器件，但在工作中的可靠性较低，容易发生动作延时、整定不符要求以及延时接点绝缘损坏情况，导致断路器发生重合闸未完成、三相误跳闸，对于系统稳定及安全造成严重影响，尤其500kV 和以上的高压系统发生误跳，进而使得系统稳定性失衡；电气量三相不一致的关键内容为三相不一致开入，实际运行中，容易因为操作相中跳闸位置监视回路异常，发生短路三相不一致，进而使得继电器被跳开，导致无法采集到三相不一致开入或者是继电器开入导致的保护拒动，促使相邻线路出现零序后备保护越级跳闸风险存在。

根据上述案例，对于两种不同保护方式的三相不一致保护，从保护可靠性、保护工作环境以及保护灵敏性等角度进行对比，明确两种保护方式在应用中的缺陷及问题。

2.2.1 安装环境而言

电气量不一致保护要在继保室中进行组屏安装，温湿度与最佳运行环境要求相接近，在运行过程中不会有振动现象。保护时间延时由CPU 逻辑控制，跳闸出口由CPU 控制启动继电器和出口继电器把关，装置要保证抗干扰性，具有较高可靠性，继电器本体保护需在断路器控制箱中安装，这使得其运行温度受外界影响比较大，分合闸振动也会对元器件造成影响，进而影响到运行质量，保护其运行环境非常必要。通过对出口继电器及延时继电器运行环境予以妥善保护，有利于实现延时跳闸要求，但是抗电磁干扰与抗交流窜电能力比较差，运行过程中很容易出现误动。

2.2.2 回路复杂性以及动作灵敏性而言

电气量保护对三相不一致状态的判断，借助于操作箱跳合闸部位对继电器接点进行监视，从而对断路器状态予以间接反映，零序与负序的电流闭锁，当系统处于轻载状态时，有可能会导致拒动的发生，本体保护进行三相不一致状态的判断时，选择的是机构常开、常闭辅助接点组合，能直接反映断路状态，闭锁不同电流。回路的结构更为简单，具有较高的灵敏性。

2.2.3 造价和运维成本而言

电气量保护装置以及相关的配套设备具有材料使用多、费用高的特点，本体保护配套二次设备材料用量相对来说比较少，且回路较为简单，运行维护的工作量小。

3 断路器三相不一致保护误动对策分析

针对上文对继电器三相不一致误动分析、电气量三相不一致保护方式与本体三相不一致保护的优缺点对比，采取以下的改进方式，进而使保护误动的情况得到改善。

3.1 电气量三相不一致保护完善

3.1.1 电流闭锁改善

零序与负序电流闭锁开放是电气量三相不一致保护常用的方式，在实施整定时，应确保满足下列要求：固定采用零序电流实施闭锁，零序电流过流定值则统一更具3Io一次值进行整定，CT 变比在2400 以上的情况下，要根据0.1IM进行整定，IM是指CT 的二次额定电流，对于保护动作时间的整定，要保证为1.5s 或者2.0s。断路器跳开的是两相或者一相致使发生的非全相状态，只有在负荷相电流在240A 以上时，才能够使电气量保护零序电流闭锁为开放状态，否则保护会因为零序电流判断而不进行开放，最终使拒动现象发生，而选择负序电流当做闭锁判断标准也是同理。在电气量保护中，增加负序电流与该相正序电流比值判据之后，负荷电流值若是在240A 之下，但只要通过断路器负荷电流较之保护装置所搜集最小电流更大，保护仍然可达到可靠动作要求。保护装置采集最小电流约计为0.5IM。断路器负荷电流较之0.5IM更小的情况下，因电流判据难以达成电气保护要求，所以仍然会发生拒动。在目前电气量保护逻辑基础上，增加不经过电气量特征闭锁三相不一致后备段保护，这一判据只在断路器负荷电流较之0.5IM更小的情况下应用，同时要达成三相不一致开入，延时时间和断路器本体保护也同样一致，整定时间是2.0s。增设后备段能够使电气量保护轻载状况下发生拒动问题得到解决，同时也对三相不一致开入要求提升。

3.1.2 三相不一致开入改善

目前电气量保护选择的是操作箱三相跳合闸部位进行继电器接点监视，以此进行三相不一致开入量得到确认，但该设计使断路器开闭闸状态无法直接反映，同时在可靠性上受到操作箱开闭闸部位监视回路的影响较大。可以引入断路器本体常闭或常开辅助接点组合，进而使三相不一致状态判断形成，将其引入保护屏中当做电气量保护三相不一致开入。但由于目前众多改进，导致三相不一致开入判断无法实现良好的效果。为此可采取以下创新，保护装置进行三相不一致开入的单独设计，开入量从断路器常闭、常开辅助点串并联组合构成的判断回路中取得，以此使三相不一致开入失效的问题得到避免，新增负序电流和正序电流的比值判据，以此使电流闭锁判据开放可靠性不足的情况得到改善，新增不通过电气量闭锁判据的后备段保护，避免轻载拒动问题的发生。

3.2 断路器本体三相不一致保护改善

3.2.1 二次回路设计完善

二次回路设计完善方案为，时间继电器接点与断路器辅助接点串接后，将断路器常闭辅助接点与出口继电器常开接点串联，再使其介入到断路器分闸回路当中，三相不一致的判断回路当中，各个相都需要选择相应的常闭辅助接点并联。该改进方案中，时间继电器延时接点发生绝缘异常，进而使误跳闸动作发生的问题得到解决，因误碰了出口继电器，导致其损坏，造成误跳闸，在三相不一致判断回路中，每相都需要选择应用常闭辅助接点并联的方式，以此使得断路器分闸断弧能力得到提升，分闸电流太大使常闭辅助接点被烧损的概率降低。但是这一方案对于户外时间继电器及出口继电器使用环境没有进行有效的改善，更不能使时间继电器自身元器件受潮导致的机械振动、金属腐蚀等导致的接点绝缘损坏、延时准确度不高等问题得到改善。

3.2.2 时间继电器改善

时间继电器是断路器本体保护中最关键的构件，因受户外恶劣环境的影响，导致在实际使用过程中可靠性受到影响。系统中出现延时接点的接通异常，进而发生误跳闸。确保良好的运行环境才有利于微机保护运行正常。所以说，应将时间断路器安装在保护屏当中，这一设计使二次电缆从高压差地将三相不一致的判断回路引入至保护屏中安装的时间继电器励磁线圈，时间继电器接点与断路器操作箱跳闸继电器直接相接，跳闸继电器并不启动重合闸与失灵保护动作，并取消出口继电器，对二次回路进行有效精简，以此使其可靠性提升。回路对可靠性的要求相对较高，要保证时间继电器的质量，选用知名品牌，同时也要为电子型。此外，将两个时间继电器并联，接入到三相不一致启动回路，之后串联两个继电器的延时接点，接入到操作箱跳闸继电器中，以此使单一继电器接点异常促使的误跳闸现象得到预防，同时使继保室运行环境提升时间继电器运行环境的质量，对环境进行改善，从而使继电器本体保护可靠性得到保障。

4 结论

继电器三相不一致保护，对整体电力系统的稳定性和安全性有着极重大的影响，也直接影响着电网安全和电能质量。在电力系统的运行中，人员要重视到三相不一致保护的可靠性，提升对其的认识，以此使设备运行得到保障。本文提出的断路器不一致保护改进方案对于机电设备及供电单位等都具有一定借鉴意义。