超高压断路器非全相回路设计方案可靠性探究

张 博，周 恒，程 晨，杨 勇

(国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250000)

0 引言

随着电力系统的不断发展，电压等级的不断提升，对于输电主网架而言，超(特)高压断路器动作的可靠性愈发重要。作为高压断路器操作的重要神经中枢，断路器控制回路的可靠性对于电力系统的安全稳定运行具有重要意义[1]。在220 kV 及以上的电力系统中，多采用中性点直接接地的大电流接地方式[2]。上述情形下，一次设备非全相运行对电力系统安全稳定运行产生较大冲击和负面影响[3]。因此，在220 kV 及以上电力系统中，断路器普遍配置非全相保护功能，并根据“六统一”规范要求，一般采用更为可靠的断路器本体非全相回路实现[4]。

目前主流的非全相回路设计是：非全相回路通过断路器辅助触点的组合形成判断逻辑，一般由断路器的三个常开触点并联、三个常闭触点并联，再串联组合而成。当断路器非全相运行时，三相断路器分合位置不一致，回路导通，接通时间继电器，经整定延时后，出口继电器动作闭合分闸回路上相应接点，非全相动作出口[5]。非全相回路一般配备两种压板，分别是功能压板和出口压板。功能压板在非全相回路上，退出后时间继电器和出口继电器都无法动作；出口压板在跳闸回路上，退出后即使继电器动作也无法实现出口[6]。

在设备运行检修过程中，上述两个压板的可靠稳定对运行检修安全至关重要。结合实际检修经验和现有的非全相跳闸回路，发现一种不经非全相出口压板跳闸的情况，并对该情况下可能引起的断路器误动风险进行分析，进而提出针对该型非全相跳闸回路的改进方案。

1 现象描述

某500 kV 常规变电站，500 kV 侧采用3/2接线方式，其中1 号主变挂接在第一串中断路器5012 和边断路器5013 之间，1 号主变配置两套变压器保护，5012 断路器和5013 断路器分别配置两套断路器保护。

某检修班组对该站1 号主变及其断路器开展保护功能校验工作，对中断路器5012 断路器保护装置一跳闸出口进行试验，仅投入5012 断路器A 相跳闸出口压板，模拟加短路电流，断路器过流保护动作，5012 断路器A 相跳闸动作出口。在未投入5012 断路器B 相、C 相跳闸出口压板的情况下，B，C 相断路器随后跳闸动作。对装置回路进行检查发现无异常，查看动作报告和录波信号，B，C 两相断路器变位时间滞后A 相1 048 ms，考虑到主变断路器非全相整定时间一般为1 s，初步怀疑是断路器本体非全相动作导致B，C 相跟跳。

在现场5012 断路器汇控柜检查发现，本体非全相出口压板在退出状态，仅投入非全相功能压板，怀疑压板接线错误。对非全相压板功能再次校核，发现该出口压板正常。与5012 断路器的B 相和C相所有相关出口压板都在退出状态，因此断路器的B 相和C 相出现未经出口压板跳闸的现象。

2 原因分析

现场人员结合图纸(见图1)分析现象原因。该断路器非全相保护采用本体非全相回路实现，试验人员在断路器保护处用继电保护校验仪器在断路器保护电流回路中通入A 相故障电流，断路器保护动作后未及时复归，A 相断路器跳开后，保护装置跳闸动作持续出口。此时断路器其中一相已跳开，本体非全相功能压板LP1 投入，非全相回路导通，非全相延时继电器得电后其触点延时1 s 吸合，非全相出口继电器JX 动作，保护A 相跳闸引入的正电由JX 的A 相触点再经JX 的B，C 相触点接入B，C 相跳闸继电器YB，YC，跳闸继电器得电后断路器B 相、C 相动作跳闸。可以看出，此时，即使非全相出口压板LP2 在退出状态，B，C 相断路器仍然会跳闸出口动作，其跳闸动作并不受非全相出口压板LP2 控制。

图1 断路器非全相保护与分闸控制回路(简化)

3 可靠性分析

进一步分析可见，当断路器本体非全相功能压板LP1 投入时，若断路器跳闸命令长发，断路器某一相跳开后，可导致另外两相断路器不经任何出口压板就能够出口动作，这种情况下，另外两相断路器实际上已经脱离了其对应跳闸出口压板LP2的控制。在设备实际运行检修过程中，某些极端条件下，特别是现场安全措施执行不到位、操作不规范、技术措施不完备等情况下，该寄生回路可能引发以下两个问题：

(1) 断路器的某一相因一次设备检修等原因无法动作时，一次检修人员若仅退出非全相出口压板，和对应相别的跳闸出口压板，当二次人员对具备动作条件的其他相分别进行出口跳闸试验时，不具备动作条件的断路器相可能误动。

(2) 若非全相功能压板LP1 未退出，而仅使非全相出口压板LP2 处于退出状态。以A 相为例，当合上A 相断路器后，操作箱A 相OP 灯亮，经过短暂延时，B，C 两相OP 灯会同时点亮。显然操作箱指示灯的显示无法正确反映断路器的实际状态。通过回路分析可知，A 相断路器合上后，虽然LP2 压板在退出状态，但是三相不一致回路已启动，经过1 s 的延时后，JX 继电器启动，负电通过A相的跳闸线圈、A 相常开触点、JX 闭合的接点引至B，C 相的跳闸回路，使B，C 两相的HWJ 励磁，并点亮OP 指示灯。

因此，从安全角度而言，该回路设计方案在技术上增加了断路器误跳闸的不确定性。

4 改进建议

针对上述情况，提出如下两方面的改进建议。

(1) 严格执行安全规程。试验过程中按照规定严禁断路器某一相不具备动作条件时对其余相进行传动试验；需要投退三相不一致功能时，应严格将三相不一致功能压板和出口压板同时投退，尤其避免仅退出非全相出口压板而保留非全相功能压板的情况。目前，大量单出口压板(LP2)配置的非全相回路已大范围投入现场应用，为防止安全隐患，有效避免可能的断路器误跳闸行为发生，需进一步强化现场管理，完善规程的执行。以上相关阐述可作为相关规则制定和执行的一个技术依据。

(2) 改变回路设计方案，将回路中非全相出口压板LP2 由一个总压板修改为三个分相压板，并分别与三相JX 接点串联(串在回路中的JX 接点下方)。一方面，这种改进方案能够帮助用户在检修过程中对非全相回路进行分相试验，使断路器及保护设备的检验工作更加准确、细化[6]；另一方面，分相出口压板能够切断不同相别跳闸回路正电互窜的路径，退出某一相非全相出口压板，能够可靠保证该相别断路器不经过非全相出口压板动作，从而消除特定情况下断路器误动的隐患。

5 结束语

针对保护试验人员控制回路调试过程中出现的非全相回路未经非全相出口压板跳闸的现象展开深入探讨。思考和讨论该类型非全相保护出口压板和功能压板设置，在实际运行检修时，极端情况下可能引发的问题和存在的安全隐患。分析认为，从安全角度而言，该回路设计方案增加了断路器误动的不确定性。从安全规程制定和回路设计方案修改两方面提出建议，为高压断路器非全相回路的设计提供参考，对提升超高压设备本质安全水平，保障超高压电网安全稳定运行具有一定的参考意义。