青李线断路器加装非全相保护箱改造

华电青岛发电有限公司 吕 俊

1 背景介绍

青岛电厂甲站220kV青李线PCS-923断路器辅助保护装置超期服役（超过15年），按省调要求需退出运行。其充电过流功能可由PCS-931主保护的手合后加速功能替代，或由母联充电保护通过改变方式空母线实现线路充电过流保护功能；而根据《GB/T14285—2006继电保护和安全自动装置技术规程》中对非全相保护的具体规定，应优先选用断路器机构的非全相保护，但某厂甲站青李线的HPL245B1-1P型断路器无机构本体非全相保护功能，保护班决定对青李线断路器进行改造，自主设计加装非全相保护箱，既节约了更换保护的昂贵费用，又满足了规程的规定。

2 对电网安全稳定运行的影响

近年来，青岛电网的容量不断增大，某厂甲、乙站输电线路的负荷电流也逐年攀升，某厂220kV青联线在迎峰度夏期间的负荷电流已达2000A，当非全相运行时，电网中的零序电流也会达到2000A。此时与其相邻的线路零序电流可能会大于零序后备保护的定值，如不能在规定的时限内切除非全相运行的线路，就会引起相邻线路零序后备（不经方向）误动，越级跳闸。对于发变组或机端断路器，如采用分相断路器，若发生非全相运行会产生较大的负序电流，在发电机转子上感应出倍频电流，造成发电机过热甚至损坏发电机。所以，需要断路器非全相保护可靠判别及时跳开三相断路器，使电网恢复正常运行。根据参考文献[1]，三相不一致保护延时时间的整定原则为：与线路相关的断路器微机三相不一致保护，500kV的时间整定为2s，220kV整定为2.5s，其他整定为0.5s；线路断路器本体的非全相保护整定为3s，主变和母联断路器整定为1.0s。

3 典型回路

调查不同厂家的断路器本体三相不一致保护，二次回路类似，断路器非全相保护二次回路为：断路器的三相常开、常闭辅助点先并联后再串联，以此作为非全相判别回路，当断路器有一相或者两相断开处在非全相运行时，常开接点和常闭接点分别至少有一副接点处于闭合状态，则非全相判别回路导通，启动时间继电器开始计时达到延时定值后启动跳闸出口继电器，最终跳闸出口继电器的常开接点闭合动作于断路器的跳闸回路，使断路器三相跳闸。

4 非全相保护箱的设计、制作

4.1 传统三相不一致保护可靠性及需要解决的问题

断路器本体非全相保护不经电量判别，直接由断路器常开、常闭接点经串并联组合后的非电量作为保护判据，判据单一，可靠性较差，时间继电器、出口继电器接点抖动或误碰继电器使接点误导通均会导致保护误动。

4.2 二次回路方案的确定

一是为防止时间继电器故障或在误碰的情况下误出口导致误动，经分析可将跳闸出口继电器的正电源经断路器三相不一致接点闭锁，可有效提高非全相保护可靠性。

二是为防止出口继电器误动，可将出口继电器的跳闸出口接点的公共端串接并联的断路器三相常闭辅助接点进行闭锁后再与正电源相连。这样若出口继电器误动，因断路器三相的常闭接点在断路器合位时均处在断开状态，出口继电器的正电源被隔离，断路器跳闸线圈不会被启动，能有效防止三相不一致保护误动作。

三是为防止在长期运行过程中单一时间继电器发生动作时间偏移，导致三相不一致保护在重合闸动作之前三跳开关，或者延迟动作导致相邻线路零序保护越级跳闸，采用3个时间继电器形成“三取二”回路，解决了单个时间继电器的时间偏移导致三相不一致保护早于线路保护重合闸动作或长时间不动作的问题。

四是非全相保护动作后，为了便于运行人员及时发现及故障分析完善其信号回路，并将自保持动作信号接至NCS后台，瞬动动作信号接至录波器。

五是在保护箱内安装加热除湿装置，并做好密闭措施，防止连续阴雨天气时雨水、湿气进入保护箱产生凝露现象，有效避免二次回路、继电器接点、端子排绝缘下降导致的误动。

六是断路器的某一相辅助接点连杆机构异常脱开时，可导致此相断路器常闭接点始终在常开位置无法闭合，会使非全相保护拒动，故设置两组相互独立的非全相保护，并分别启动断路器的两组跳闸线圈。这样即使有一组非全相保护的断路器常闭接点异常，也可以由第二组非全相保护将断路器跳开。

综上所述，图1（a）和图1（b）为断路器非全相保护箱二次回路的最终方案。

图1

5 方案实施

5.1 元器件选型

5.1.1 断路器非全相保护箱继电器的选型

时间继电器型号的确定：根据文献[1]，时间继电器的整定值误差需不大于1%或40ms。检验比对5种时间继电器的备品，确定使用RF5643 DC110V型时间继电器，时间误差均低于10ms。时间继电器校验完毕后，将时间波轮用号头笔标记，防止接线调试时误碰导致误整定。

出口中间继电器型号的确定：根据文献[2]和文献[3]，断路器跳闸出口继电器动作功率不能低于5W，动作电压应为55%～70%额定电压。选用UEG/F-4H/110VDC型大功率继电器。

发信的中间继电器型号的确定：选用RF5647 DC110V型中间继电器，校验满足动作电压、返回电压满足规程要求。

5.1.2 其他元器件的选择

加热器选用50W的备品加热器；加热器空开选用西门子2A的备品空开；槽盒、导轨均选用备品；端子排选用凤凰端子排；箱内接地铜排选用100mm2，固定绝缘子选用备品，与升压站电缆沟的等电位铜缆连接的铜缆选用50mm2，所有外接电缆的屏蔽线均可靠压接在箱内接地铜上，可有效减弱升压站强磁场、强电场的干扰。

指示灯、按钮型号确定：AD11-22/21型指示灯（黄色）、LA3811BN型按钮（绿色）在本厂6kV配电室开关柜控制回路上使用较多，具有寿命长、可靠性高、耐振动等优点，安装接线方便，班组备品较充足。班组人员对其进行2.5kV工频耐压试验1min，未发生绝缘损坏。

压板型号确定：JL02-2保护压板（黄色）班组备品充足，2.5kV工频耐压试验合格。

二次线型号确定：所选线型为2.5mm²软线，满足一定机械强度，满足二次回路对载流量的要求，并便于二次回路接线；通过试验，满足绝缘耐压1000V要求。

根据所选继电器型号及相关元器件选择合适的箱体，按照尺寸进行筛选，班组人员最终选定改造停用的电源控制箱箱体，该箱体尺寸为50cm×60cm×20cm，状态良好，完全能满足继电器及相关元器件的安装。

5.2 布局设计、装配

一是柜门布局设计，确定方案为指示灯、按钮、压板上下布局；第一套保护在左侧，第二套保护在右侧。

二是测量指示灯、按钮、压板接线柱尺寸，按照尺寸对柜门钻眼，安装指示灯、按钮、压板接线柱，并打贴标明名称。

三是箱内布局设计，确定方案为第一套保护继电器安装在上方；第二套保护继电器安装在下方；槽盒布置在继电器四周；接线端子排横向布局位于箱内最下方，与箱体底面距离略大于5cm，便于接线；接地铜排用立式绝缘子固定在箱体左下侧；电加热固定在箱体右下侧；二次线在槽盒内走线，跨越柜门的二次线经缠线管保护，并绑扎牢固防止绝缘损失。

四是安装布局设计，在箱体上打孔固定槽盒、导轨、绝缘子及铜排、加热器，安装继电器、端子排并标号；打印号头，对照图1配接二次线。

5.3 非全相保护箱制作完成后上电试验

5.3.1 接线检查和寄生回路检查

检查箱内实际接线与图1一致，接线压接牢固，接线号头规范正确；先送第一组控制电源，使用万用表检查第二组保护回路全部端子均无电压；再送第二组控制电源，使用万用表检查第一组保护回路全部端子均无电压。

5.3.2 验证保护箱功能的正确性

一是在非全相保护箱端子排接入两路直流电源，仅送第一路保护电源，用短路线在端子排模拟断路器接点正常合闸状态，强制出口继电器TX1动作，因正电被断路器常闭接点闭锁，故跳断路器A、B、C相出口回路端子1KD：1、2、3无正电。

二是用手按压三个时间继电器K1、K2、K3，模拟其全部动作，因正电被非全相判别回路闭锁，故TX1不动作，跳断路器A、B、C相出口回路端子1KD：1、2、3亦无正电。

三是第一套三相不一致保护压板置投入位，用短路线在端子排模拟断路器三相不一致状态，保护延时3s正确动作，跳断路器A、B、C相出口回路端子1KD：1、2、3有正电，柜门动作灯点亮并保持，非全相动作瞬动及自保持信号端子导通正确，按第一套非全相复归按钮后，柜门动作灯熄灭，自保持信号复归。

四是第一套三相不一致保护压板置退出位，用短路线在端子排模拟断路器三相不一致状态，第一套三相不一致保护不动作。

五是时间继电器“三取二”功能验证，第一套三相不一致保护压板置投入位，任意插入一个时间继电器，用短路线在端子排模拟断路器三相不一致状态，非全相保护不动作；任意插入两个时间继电器，用短路线在端子排模拟断路器三相不一致状态，非全相保护正确动作。

六是合上加热器空开，电加热工作正常。

七是第二套非全相保护验证步骤与第一套非全相保护相同。

6 对青李线断路器本体加装非全相保护箱进行改造

6.1 二次接线图设计

根据设计的非全相保护箱二次原理图（图1）和HPL245B1-1P型断路器原理图确定青李线加装非全相保护箱的二次接线图（图2）。

图2

6.2 非全相保护箱在青李线间隔就地的安装

一是选择青李线间隔电缆沟正上方的墙上，避免安装在断路器本体因断路器合分闸时的震动对箱内继电器的不良影响，正下方钻孔直接进入电缆沟，方便电缆敷设，进入混凝土部分安装金属管保护电缆。

二是在墙上钻孔设置膨胀螺丝固定非全相保护箱。

三是根据图2敷设电缆并完成接线。

四是电缆穿管处封堵，保护箱内封堵严密，防止潮气进入箱内。

6.3 非全相保护箱带开关传动试验

一是第一套非全相保护试验，仅送青李线第一路操作电源，投入停用重合闸压板断，第一套三相不一致保护压板置投入位。

二是断路器由分位到合位非全相传动试验，集控室遥控合上青李线218断路器，检查三相开关合闸到位。在就地汇控柜短接启动A相断路器跳圈，分开A相断路器，经过整延时（3s）后，第一套非全相保护动作，跳开断路器B相和C相，非全相保护箱第一套非全相保护动作灯亮，NCS发信正确。利用故障录波器确定时间继电器的动作时间为2.99s，符合要求。按照以上步骤进行B相、C相断路器测试，均正确[4]。

三是断路器由合位到分位非全相传动试验，检查开关三相均在分位。在就地汇控柜短接启动A相断路器合圈，合上A相断路器，经整定的动作时间（3s）后，第一套非全相保护动作，跳开A相断路器，非全相保护箱第一套非全相保护动作灯亮，NCS发信正确。利用录波器确定第一套非全相保护动作时间为3s，正确。按照以上步骤进行B相、C相断路器测试，均正确。

四是防误动功能验证，合上青李线218断路器，用短路线短接正电和1QD:A4，模拟三个时间继电器K1、K2、K3和出口跳闸继电器误动作，第一套非全相保护动作信号发出，开关保持合闸状态。

五是时间继电器“三取二”功能试验，第一套三相不一致保护压板置投入位，任意插入一个时间继电器，合上A相断路器满足断路器三相不一致状态，非全相保护不动作；任意插入两个时间继电器，非全相保护正确动作。

六是按照第一套非全相保护的试验步骤验证第二套非全相保护功能全部正确。

通过传动试验验证青李线非全相保护箱各项功能完全满足设计要求，可以投入运行。

7 结语

本文介绍了对某厂青李线HPL245B1-1P型断路器加装机构本体非全相保护箱的改造方案，以及断路器本体非全相保护箱的制作及改造过程，对断路器本体非全相保护可靠性的相关影响因素进行了改进，完成青李线的此次改造，能有效提高三相不一致保护的正确性和可靠性，保证电网的安全稳定运行，对于不具备本体非全相保护的断路器在工程改造上具有借鉴意义。