浅谈断路器失灵时站内保护解决方案

刘文杰

(佛山恒益发电有限公司，广东 佛山 528000)

浅谈断路器失灵时站内保护解决方案

刘文杰

(佛山恒益发电有限公司，广东 佛山 528000)

从接线方式、保护配置、线路故障、母线故障、主变故障5个角度对500 kV侧故障及220 kV侧故障进行了分析，探讨其保护解决方案，目的在于进一步提高变电检修质量，保证人们用电的稳定安全。

断路器；失灵；站内保护；接线

0 引言

当输电线路、变压器、母线或其他主设备发生短路时，保护装置动作并发出跳闸指令，但故障设备的断路器拒绝动作跳闸，称之为断路器失灵。500 kV变电站是地区电网的主要电源，它发生故障，如不及时切除，将会损坏设备，破坏系统的稳定性，造成全厂或全变电站大停电。因此，在发生故障后要尽快将故障设备从系统中隔离，以保证电网安全稳定运行。下文对不同电压等级出现的不同位置的故障的保护解决方案进行简要分析。

1 500 kV侧故障

1.1 500 kV侧接线方式

500 kV侧主要是采用的3/2接线，取决于500 kV变电站自身容量大、电压高、传输功率大的特点。此接线方式设置了2条母线，每2个回路(通常一回线路或一组变压器)用3台断路器接在这2组母线上，形成1个完整串。与母线邻近的断路器称为边断路器(边开关)，2组母线中间的断路器称为中断路器(中开关)，如图1所示。

图1 500 kV侧接线方式

1.2 保护配置

500 kV母线、线路保护按双重化配置，每个断路器配置1台断路器辅助保护装置，具有失灵保护、死区保护、自动重合闸等功能；主变电气量保护也按双重化配置，还配置1个主变非电量保护屏。

1.3 线路故障

如图1所示：若线路F1点发生相间故障，则线路电流差动保护动作出口跳QF1、QF2、QF4断路器，重合闸闭锁放电，将故障线路从系统中切除。

若此时因QF1断路器操作机构出现故障而失灵拒动，QF1断路器保护装置失灵保护动作，其失灵启动接点开入至母线保护装置，经母线保护装置的失灵联跳功能切开Ⅰ母上的各个支路。QF1断路器保护装置的另一对失灵动作接点接至QF2断路器操作箱的TJR继电器上，跳开QF2；借助远方跳闸装置跳开QF4断路器，以达到故障隔离的目的。

再考虑QF2断路器失灵拒动，QF2断路器保护装置失灵保护动作，其动作接点分别接到QF1、QF3以及主变其余两侧的断路器操作箱的TJR继电器上，跳开QF1、QF3以及变压器各侧断路器，将故障线路从系统中隔离。

1.4 母线故障

如图1所示：若母线Ⅰ上F2点发生故障，则母线差动保护动作，其动作出口接点分别接到Ⅰ母各支路断路器操作箱的永跳继电器TJR上，跳开Ⅰ母各支路断路器。

若此时QF1断路器失灵拒动，QF1断路器保护装置失灵保护动作，其动作接点接至QF2断路器操作箱的永跳继电器TJR上，跳开QF2；借助远方跳闸装置跳开QF4断路器，最终使母线Ⅰ故障点F2从系统中隔离。

1.5 主变故障

在主变低压侧短路或低压匝间故障而高压侧断路器失灵时，断路器失灵保护的复合电压闭锁灵敏度往往不足，导致失灵保护因电压闭锁不能开放而拒动。国电公司《“二十五项重点”继电保护实施细则》要求主变启动失灵时具备解除失灵保护的复合电压闭锁回路。目前一般采用如下方法：

(1) 采用主变保护中由主变各侧“复合电压闭锁元件动作(或逻辑)”解除断路器失灵保护的复合电压闭锁元件；

(2) 采用在保护跳闸接点和电流判别元件同时动作时去解除复合电压闭锁，故障电流切断、保护收回跳闸后重新闭锁断路器失灵保护的方式解决失灵保护复合电压闭锁元件灵敏度不足的问题。

2 220 kV侧故障

2.1 220 kV侧接线方式

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在500 kV变电站的220 kV侧进出线回路较多(一般超过4回)，一般需要2～4台变压器，为了便于电能的汇集和分配，利用母线作为中间环节，因此主要采用双母线接线方式。在220 kV电压等级中电网结构比较坚强，由于线路或断路器检修等原因导致负荷停电的现象发生，此情况一般不是用旁路的母线进行解决，而是通过加强电网结构或者针对一些重要的用户进行双回路供电的方式。

2.2 保护配置

220 kV母线、线路保护按双重化配置，重合闸功能集合在线路保护装置内。在双母线接线方式中，如果断路器失灵，失灵保护应跳开失灵断路器所在母线上的所有断路器，其跳闸对象与母线保护跳闸对象完全一致，因此把断路器失灵保护做在母线保护装置内。

2.3 线路故障

如图2所示，当F1点发生故障(单相接地故障)时，线路电流差动保护快速动作，其分相动作出口接点接至操作箱分相跳闸回路，跳开QF1、QF2断路器的故障相。线路两侧保护装置重合闸启动，若故障为瞬时性故障，则重合成功；若故障为永久性故障，重合后因故障存在，零序后加速动作跳三相。

图2 220 kV侧接线方式

考虑QF1断路器因故障失灵，线路保护装置动作出口跳QF1断路器时，同时将分相失灵启动接点开入至母线保护装置，母线保护装置经电流判据(相电流、负序或者零序电流)判定QF1断路器失灵后，由母线保护装置的失灵保护以较短的延时(0.15～0.2 s)再次跟跳QF1断路器，随后再以较短的延时(0.35～0.5 s)跳母联断路器QF5，并切除母线Ⅰ上的其他支路元件。

2.4 母线故障

如图2所示，当母线Ⅰ上F2点发生故障时，母线保护装置的差动保护动作出口，跳开故障母线Ⅰ上所有支路断路器及母联断路器QF5，以隔离故障。

母差保护动作跳线路本侧断路器的同时远跳对侧QF2断路器。因为当母线故障且本侧线路开关拒动时，或当故障发生在本侧线路CT和本侧线路开关之间时，均只能由对侧线路的后备保护经延时切除故障，给系统的稳定运行带来危害。在实现方式上，线路断路器操作箱的TJR永跳接点应接入线路保护装置“远方跳闸”回路，通过光纤通道传输到对侧线路保护装置，经就地逻辑判断跳QF2断路器。当母差保护跳主变元件时，若主变QF6断路器失灵，因主变其他侧电源可以向故障点提供短路电流，所以失灵保护除了出口跳母线上相关的开关外，还需开出接点启动主变非电量跳闸回路联跳主变各侧开关。

2.5 主变故障

当变压器绕组或者套管引出线出线上发生故障时，由变压器差动保护或重瓦斯保护动作出口跳三侧开关QF2、QF3和QF6。

若考虑QF3断路器失灵，主变保护动作接点直接开入至220 kV母线及失灵保护屏用于解除复合电压闭锁，QF3断路器操作箱的TJR接点直接开入220 kV母线及失灵保护屏用于启动失灵保护，经母线保护装置内部的电流判据判断出QF3断路器失灵后，跳开Ⅰ母上所有连接元件及母联断路器QF5，同时失灵保护另一对接点开入主变非电量保护屏联跳主变各侧。

3 结语

随着社会经济的稳步发展，城市建设进程的不断加速，民众的用电需求越来越大，对变电站的要求也越来越严格。所以，相关工作人员应不断提高自身的专业能力及综合素养，深入研究断路器失灵时站内保护解决方法，从而为民众提供稳定、安全的电能。

[1] 杨朝菁，钱美芳.高压电网双母线接线断路器失灵保护回路设计分析与改进[J].江苏电机工程，2009(3)

[2] 成云云，王玥婷.双母线接线断路器失灵保护的应用分析及优化[J].供用电，2011(3)

2014-07-11

刘文杰(1985—)，男，广东湛江人，电气助理工程师，从事继电保护检修维护工作。