浅谈断路器本体三相不一致保护

2022-08-26杨坚平

电气技术与经济 2022年4期

谢琳杨坚平

（广东电网有限责任公司梅州供电局）

0 引言

目前，220kV及以上电压等级的输电线路为了提高供电的可靠性，减少线路停电的次数，同时为了纠正断路器机构不良或继电保护误动作引起的误跳闸，通常继电保护会采用单相重合闸功能。而为了配合这项功能在一次设备则需要采用分相操作机构的断路器。但是若出现单相重合闸失败、三相非同期合闸等情况时，输电线路会产生较大的负序电流及零序电流。非全相运行长时间会导致电网各相间负荷或发电机出力严重不平衡，同时影响系统保护装置的正确动作，例如可能会引起相邻线路的零序保护误动，从而影响整个电力系统的安全稳定运行，因此不允许输电线路长时间处于非全相运行状态。为防止出现非全相运行状态，需在限定时间内将输电线路中另外处于合位的断路器也断开。实际使用中三相不一致保护包含电气量的三相不一致保护和断路器本体三相不一致保护，本文仅浅谈对断路器本体三相不一致保护的认识。

1 断路器本体三相不一致保护整改前后原理

断路器本体三相不一致保护回路设计原理并不复杂，逻辑上采用断路器的常开辅助接点与常闭辅助接点串联配合启动三相不一致时间继电器KT就可以实现保护功能。整个过程不涉及电气量的采集和判断，动作灵敏。但是整改前的断路器本体三相不一致保护，如图1所示，由于时间继电器KT导通导致其常开辅助接点意外闭合、出口继电器KM误碰或直流回路接地导致出口以及断路器辅助接点发生故障均能引起误动作，存在运行中的断路器跳闸的风险。

图1 整改前三相不一致回路设计图

近年来公司发生多起因断路器本体三相不一致保护误动跳闸事件，对设备及电网的可靠性造成了较大的影响。对于存量的断路器本体三相不一致保护可以结合误动作的原因，在现有设计的基础上调整回路［1］。图2显示将断路器串联的常开辅助接点和常闭辅助接点对调后再串接时间继电器KT，同时将出口继电器KM的正电端和跳闸回路的正电端均接于断路器常闭辅助接点之后。整改后的三相不一致回路在未增加新的电子元器件的前提下改变接线方式，使得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，可以有效预防因误碰出口继电器，造成断路器误跳闸的情况。在实际使用时变电站也要求时间继电器KT和出口继电器KM的厂家提供防误触碰的安全措施，例如在继电器吸合部分设置透明挡板。但是这一方案并不是完全没有风险的，因为回路调整对于户外时间继电器KT及出口继电器KM的运行环境没有进行有效地改善，同时断路器辅助接点问题也并没有解决。

图2 整改后三相不一致回路设计图

2 造成三相不一致保护误动的各类典型原因分析

2.1 继电器故障

2.1.1 继电器质量缺陷

某省从2011～2018年，共发生5起GL系列断路器本体三相不一致保护误动，故障原因均为继电器线路板击穿。以某500kV变电站中500kV断路器为例，现场查看故障录波并无断路器变位记录，但实际是断路器本体三项不一致保护动作误跳闸。经检查确定故障原因为三相不一致时间继电器KT的正电端与常开辅助接点的端子间绝缘击穿，造成三相不一致跳闸回路导通，引起断路器偷跳。经分析，确定正电端附近的接插件固定横担潜在的设计缺陷是引起时间继电器被击穿故障的直接原因。

2.1.2 继电器受潮

由于三相不一致时间继电器KT及出口继电器KM均在户外汇控箱或机构箱内工作，存在工作环境较为恶劣的情况，容易使得继电器受潮后绝缘强度下降导致的机械振动、金属腐蚀等导致的接点绝缘损坏、延时准确度不高等问题。

某220kV变电站后台监控机收到三相断路器的分闸报文，且出现断路器本体三相不一致警告。通过故障录波图可看出只有断路器变位启动信号，无其他任何动作信号。通过开展现场检查发现断路器汇控柜因连续雨雪天气受潮严重，即使断路器未出现三相不一致、时间继电器没有相应动作的情况下出口继电器保持动作状态，进而出现了断路器三相跳闸的问题。进一步分析发现，断路器本体三相不一致时间继电器辅助接点KT1－2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。此后对时间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，工作电压下时间继电器辅助接点被击穿，进而发生了断路器跳闸的现象。

2.2 辅助开关或二次电缆绝缘下降

根据2006～2009年公司开关专业工作总结的事故事件数据，公司内部已有三起因辅助开关或二次电缆破损或老化使得绝缘被击穿造成断路器跳闸的事故事件。

以某220kV变电站中220kV输电甲线为例，经检查确定故障原因为：由于该断路器机构箱内二次保护回路电缆采用了厂家提供的非铠装铜绞线电缆，其三相不一致保护回路C相常闭辅助接点的连接电缆皮被老鼠啃食后破损，铜线外露，使得电缆芯间绝缘下降，即C相常闭辅助接点闭合，造成三相不一致启动回路动作，断路器跳闸。

以上均为断路器本体三相不一致保护误动的典型原因，除此之外，其保护误动还有人为因素，例如之前有保护的时间继电器小转轴一侧没有装配到位，导致常开辅助接点复位不正常，辅助接点间隙变小等。

3 防范措施及事故处理

通过上述原因分析可以发现为避免出现断路器误跳闸，提高输电线路运行可靠性，重点关注防小动物、日常运维、设计与安装及验收这几方面情况。现提出以下防范措施：

1）开关汇控箱或机构箱均属于一级防区，应严格按照公司防小动物措施要求开展防小动物封堵检查。对于其封堵首先可用硬质绝缘板在二次电缆周边围绕，减小孔洞大小，之后再用防火泥进线完全封堵，并在封堵后用手或者透光法对电缆周边封堵处作详细检查，确保二次电缆之间无明显的间隙。如若发现有坍塌应及时使用防火泥进行封堵。同时可以在二次电缆周边放置小型的粘板，可有效避免小动物进入设备。

2）时间继电器因受户外恶劣环境的影响，容易存在辅助接点的异常导通，进而发生误跳闸的概率。第一，选用知名厂家生产的电子型时间继电器，可确保时间继电器的质量，同时其装配人员相较于一般非知名厂家的装配人员在装配质量上有所保证；第二，可以采用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辅助接点后再串接出口继电器，预防单一继电器接点异常误跳闸现象；第三，运行人员在日常巡视维护工作中应关注机构箱内加热除湿装置的使用情况，若发现其工作异常应及时上报缺陷后处理问题；第四，运行人员在湿度较大或气温较低时应加大巡视力度，及时打开汇控箱或机构箱的加热除湿装置，确保加热除湿装置可靠工作，杜绝箱内凝露的发生。

3）因为本体三相不一致保护判据为断路器辅助接点，所以其辅助接点是保护中重要的元器件。除采用高质量的断路器辅助接点之外，还需要定期完成清扫检查工作，及时发现并更换不满足运行要求的辅助接点，消除隐患。

运行人员在验收时需检查改造所动的端子排松紧情况外，另外需要检查汇控箱或机构箱内三相不一致功能压板及出口压板均应在投入位置、三相不一致动作信号接点已通过测控装置接入后台端及调度端、时间继电器和出口继电器均有防止人员误触碰的安全措施、时间继电器已按要求整定在对应的时间以及在复归按钮或把手附近贴有“非继保人员请勿触碰”的标语。

若出现断路器本体三相不一致保护动作时，运行人员应分情况进行处置。若是由于非全相运行导致断路器跳闸，则应检查后台光字牌及信号、抄录继电保护装置电气量三相不一致动作情况以及检查断路器本体三相不一致时间继电器和出口继电器的动作情况再进行汇报；若是由于误动作导致断路器跳闸，则应确定后台光字牌及信号后检查继电保护装置无异常动作情况，再现场检查断路器本体三相不一致时间继电器和出口继电器的动作情况以及汇控箱或机构箱内封堵、潮湿、接线端子后再汇报。