高压断路器三相不一致回路改造方案浅析

郑诗翀

（ABB电网投资（中国）有限公司厦门分公司，福建厦门 361000）

0 引言

目前国内运行的220 kV及以上电压的高压断路器大多采用分相断路器，当输电线路出现断相，高压断路器出现触头合分闸故障或者单相接地永久故障跳闸等都会导致断路器三相不一致运行。此时，分相断路器需要通过断路器运行情况准确动作三相不一致回路。目前断路器三相不一致回路都设置在本体操作箱或者组合电器的控制柜内，最近几年，随着电网的迅速扩张，高压断路器运行数量大幅增加。由于断路器本体三相不一致回路设计不完善、元器件老化故障率增加等，常常导致断路器误动作。相关的电网运行单位因此要求进行相关整改工作。本文针对三相不一致回路设计改造运行中出现的问题分析原因，并提供相关方案建议。

1 断路器三相不一致回路设计和运行现状

以南方某省电网公司为例，主要针对组合电器（气体绝缘开关GIS）断路器和户外敞开式断路器大多采用本体三相不一致回路实现三相不一致保护。通过微机保护去实现切除非全相运行状态较为少见，本文主要讨论基于本体的三相不一致设计。目前，国内外厂家大多数的三相不一致回路设计中，较多采用三相不一致回路独立设计，再将出口动作跳闸的触点穿入跳闸回路中。

某合资公司2014年设计的断路器三相不一致回路如图1、图2所示。图1中的断路器操作机构触点为S1，回路设计通过采集断路器A、B、C三相的辅助触点，分别是图纸Q0.1、Q0.2、Q0.3。当断路器出现非全相运行时，就会通过辅助触点接通时间继电器QA.K42，如果此时延时躲开了单相重合闸时间后，就会启动接触器QA.K43，从而使QA.K43在图2中的3对触点（1L1、2T1，3L2、4T2，5L3、6T3）闭合，这样通过断路器跳闸回路使得三相不一致动作跳闸。

图1 断路器三相不一致电气回路

图2 高压断路器跳闸回路

以上这类设计，可以简化为图3形式：三相不一致跳闸接触器动作线圈和触点都是分开设置在各自回路中。在许多运行的设备中，由于接触器运行环境恶劣，导致老化速度较快，加之安装位置不当，在维护中人员触碰时，再受到周围高电压的感应电影响，都会导致接触器的误动作，使得正在运行的断路器非故障跳闸，导致事故发生。由于220 kV及以上的电网都是重要负荷，此问题严重影响电网的稳定运行。

图3 高压断路器三相不一致原始设计

基于以上隐患，设备厂家、电网和电厂运行单位提出相应的整改方案，某方案如图4所示：将触点和接触器动作线圈的一端并接，都经过三相不一致的触点判断后再驱动三相跳闸，这样当高压断路器处于运行状态时，直流电源正端就不会直接接通触点，即使出现接触器误动作时，也不会驱动跳闸输出。此回路设计虽然改进了原设计的弊端，但是在实际调试过程中，发现跳闸回路被自保持住无法复位。这样解决了误动跳闸的问题，又带来三相不一致动作后无法合闸的新问题。

图4 高压断路器三相不一致整改方案

2 原因查找和分析

结合跳闸回路重新完整展现三相不一致和跳闸回路，如图5所示：断路器的保护、遥控和合位监视的操作回路跳闸出口通过本体控制柜的远方操作节点接入跳闸线圈回路，当三相不一致启动时间继电器KT后，经过避开单相重合闸时间后，触发节点1、2动作，这时接触器KM线圈就带电动作，接触器KM的触头1/2、3/4、5/6就会闭合，迅速接通跳闸回路使得断路器全相跳闸；与此同时，操作箱回路的合位监视出口的正电也通过接触器KM的触点使得时间继电器KT继续接通。合位监视和远方跳闸出口通常合并接入，由于监视回路经过5～10 kΩ的位置继电器接入，正常跳闸线圈电阻都在30～100Ω，所以电压基本都分在位置继电器上，不足以启动跳闸回路。可是时间继电器的阻值在20 kΩ左右，所以当三相不一致出口接触器KM动作后，断路器跳开，同时监视回路通过KM的触点接通时间继电器并使它的线圈始终带电保持住，这样时间继电器就无法复位，使得KM也无法断电，导致KM跳闸触点始终保持输出。

图5 高压断路器三相不一致带跳闸回路

3 解决对策

以上问题的原因是监视回路引入了正电，导致时间继电器KT被保持住，无法掉电复位，于是拟定3个调整方案。

（1）方案一：增加监视继电器HWY电阻值，使得时间继电器经过监视回路而分得电压不够而不会自保持，这样就避免了三相不一致跳闸回路无法复位。由于监视继电器在大部分继电保护厂家都是固定的型号，并且焊接在线路板上，所以此方案比较难以更换。

（2）方案二：如果在监视回路增加断路器的常开接点再接入到三相不一致回路就可以避免跳闸后仍然接通时间继电器，回路改动如图6所示。此更改方案可解决三相不一致跳闸自保持的问题，但是有两点难以克服：①监视回路需要完整监视整个跳闸回路包含回路中的断路器常开接点，而以上改动使得回路的完整性得不到有效监视；②由于断路器的辅助触点都是在断路器机构内完成相关接线，更改需要调整机构的接线，比起在控制柜内更改较困难。所以，不推荐使用此方案。

图6 高压断路器三相不一致整改方案二

（3）方案三：更改三相不一致启动接触器KM正端接入点，在断路器常闭触点和常开触点之间接入KM的正端，如图7所示。此方案既可以避免接触器误启动造成断路器在运行时的跳闸，又不会因为跳闸监视回路导致三相不一致的时间继电器被保持，可避免一直无法复位。在实际的项目应用中，此方案适用于三相不一致的改造。

图7 高压断路器三相不一致整改方案三