浅谈高压断路器拒分故障与原因

铁源

摘要：结合高压断路器拒分故障统计及造成电网事故,解析拒分故

障中隐含的继电保护整定与原理误区的原因.归纳继电保护整定原理。

关键词：高压断路器;拒分拒合故障;继电保护整定

中图分类号：TM561文献标识码：A 文章编号：

Abstract: combining the high voltage circuit breaker failure statistics and points out by the accident of power, analytical out points of fault implied in the relay protection setting and principle error reason. Induction relay protection setting principle.

Keywords: high voltage circuit breaker; To close out points fault; Relay protection setting

高压断路器的拒分故障影响电网的控制和保护，特别是对电网短路保护的失效给电网带来的损失是很大的，严重的甚至引起大面积长时间停电。而短路保护性能的好坏很难实地实战演习验证。

根据国家电网公司统计，1998~2002年6~500kV高压断路器拒分故障占总故障的14.5%，而到2005年，已经占总故障的29.6%。

在事故统计中，一般情况下我们都习惯将拒分故障的原因归结为断路器，有时还以拒动故障来归类包括拒分与拒合故障。对短路保护来说拒分影响最大，应该分开统计拒分、拒合，是断路器故障拒分，还是继电装置主保护拒动或后备保护都拒动造成的拒分。后备保护还有低电压闭锁拒动、差动保护拒动、距离保护拒动，有无火烧连营事故，等等。各占比例是多少，才便于分析真正原因。在高压电网保护中，高压断路器与继电保护装置是分开制造选配安装的，最后由电力部门来组合整定，形成一个完整的保护系统。这两个部分都有可能造成拒分故障。

执行开断任务的断路器拒分和拒合是开关制造厂的问题，可由继保信号继电器有无发出动作信号来判断。有动作信号发出，就是断路器拒分；没有动作信号发出，就是继保装置整定失保拒动，造成断路器无法执行分断的拒分，二者是有本质区别的。继保装置拒动有主保护拒动和后备保护拒动，主/后备保护拒动和保护时间过长往往带来火烧连营事故。而由断路器拒分造成火烧连营事故的机率很小，因为断路器的开断时间＜0.1s，一般为0.06s，上下级断路器同时都出现故障拒分的可能性不大。第三级断路器远后备保护的动作时间应该为0.5~0.7s时才不至于火烧连营。所以出现火烧连营事故，一般都是继保装置拒动和保护动作时间太长引起的，应该都是电站的装置整定问题和责任。

断路器的开断性能应该由厂家的型式试验和出厂试验来保证，并出具试验报告；继电保护装置及整定的各种主/后备保护时间电流安秒动作特性，应当在安装整定调试时进行二次回路通电验证，出具验证数据报告。严格具体地讲必须保证主保护能在末端为最小单相短路电流时0.1s内动作,后备保护应在同样电流时0.3~0.5s内动作。国际电工IEC62271-200:2003内部故障电弧试验标准推荐的开关设备燃弧时间优选值为1s/0.1s，即远后备保护的动作时间都不能超过1s，最好控制在0.7s以内。

继电保护装置与整定达不到在末端最小单相短路电流时，主保护＜0.1s/后备保护0.3~0.5s/远后备保护0.5~0.7s动作特性要求的原因是：继电保护整定原理一直采用长延时作短路主保护和后备保护致使时间太长；并按最大短路电流来整定瞬时保护与短延时保护，造成保护死区等于没有瞬时/短延时保护和后备保护。这就从时间和电流两个参数上都丧失了短路保护的作用。国内外的微机保护装置也都不具备这种明确的保护功能。

继电保护整定原理对长延时/短延时/瞬时保护的功能作用即谁管短路保护和过载保护，谁应该是主保护和后备保护都分界不清，对保护灵敏度的取值依据也不明确，对如何解决同线路首尾断路器的保护选择性问题更是手足无策，这些都导致了保护整定原理的扭曲。

长延时保护的时间很长，一般都＞1s，根本不适合短路保护，只能用于过载保护，以避开电机的启动时间。电流整定为1倍额定电流In，动作倍数在1.2~6倍。它有后备保护的功能，但对短路保护的速断已失去作用。

短延时保护延时0.2/0.4/0.6s的作用就是能上下级配合即保证选择性，只能是用于短路后备保护，不能作主保护。它应该按额定电流来整定，不能按短路电流整定会造成保护死区。线路一般按3~4倍In整定，以避开尖峰涌流(一般为2~3倍In)。上下级电流整定值应错开至少1.1倍才能有选择性，加上短延时来配合后备选择性。

瞬时保护的速断时间＜0.1s就决定了它才应该是短路的主保护，它也应按额定电流来整定以消除保护死区。线路一般按5倍In整定即可，以避开尖峰涌流。上下级电流整定值应错开至少1.25倍，才能保证上下级和同线路首尾断路器有选择性。

保护的选择性与继电器返回系数(一般0.85)和继保装置元件的精度误差(一般≯5%)有关。综合取至少错开1.25倍，才能使下级保护动作后，上级保护能返回。

保护灵敏度Sp的取值与继保装置精度误差有关，应当在末端最小单相短路电流时，远后备保护能达到1.1，即总的精度误差＜10%，就能保证可靠动作。主保护的灵敏度自然越大越好。目前保护原理按最大短路电流来整定是达不到＞1.1的，都＜1，即有死区和拒分。

其它的保护如差动保护和低电压闭锁保护，都是由于保护原理的误区导致瞬时保护有死区失效后增加的保护，实属多余。如果瞬时保护没有死区，它们也就失去了意义。这从整定值可以看出：差动保护整定在内部短路0.4~4.5倍In范围，相当于外部加1倍In为1.4~5.5倍In时动作。差动保护的整定值低于额定电流和尖峰涌流以内时，其鉴别装置很复杂带来误动的风险也随之而来，时有报道差动保护发生误动。过去瞬时保护整定为额定电流In的30倍左右(短路电流一般是额定电流的几十倍)，造成保护死区很大甚至延伸到变压器内部，才发明了差动保护,觉得差动保护有优势。当保护原理被纠正后，瞬时保护按避开尖峰涌流整定也在5倍In范围，没有保护死区了，差动保护当然就失去了优越性和存在的价值。

参考文献：

[1]1998-2002年电力系统高压开关设备运行分析[J].高压开关,2004,1,P16.

[2]2004年国家电网公司高压开关运行分析[J].高压开关,2005,3,P13.

[3]高压断路器的运行分析及可靠性[J].高压开关,2008,5,P7,P34.

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