直流回路引发开关站断路器误跳原因分析及对策

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(中广核研究院有限公司，广东 深圳 518120)

直流回路引发开关站断路器误跳原因分析及对策

李静，刘业胜

(中广核研究院有限公司，广东 深圳 518120)

本文对直流系统故障引起断路器误跳的原因进行了分析，以某电厂存在的问题为例，提出了相应的解决方案，目前该改造已经实施完成，在提高系统可靠性的同时，满足了电网相关要求。

断路器;直流;误跳;分析;解决方案

1 引言

高压电力系统之间的电力传输以及并网、解列等操作均通过断路器进行，目前高压断路器的控制回路均采用直流电源供电方式。在断路器直接跳闸回路出现直流系统单点接地以及直流系统串扰交流电源的情况下，如果回路启动功率过低，则有引起断路器误动的风险。本文对目前常见直流系统故障可能产生的影响进行分析，并以某电厂现场存在的问题为例，提出相应的解决方案。

2 直流系统故障影响分析

图1为断路器跳闸回路简图，KCO为继电保护出口继电器动合触点，TJR为跳闸中间继电器，QF为断路器辅助触点，LT为断路器跳闸线圈，1FU、2FU为熔断器。通过图1可以看出，当A和B、A和C、A和D两点接地时，跳闸线圈LT将有电流通过，以会使断路器跳闸；当C和E、B和E、D和E两点接地时，两点接地时可能导致断路器拒绝跳闸，或者由于中间继电器不能启动而在继电保护动作后断路器拒绝跳闸的现象发生，当A和E两点发生接地时，还将造成直流电源的正负极短路故障，将会使熔断器熔断，控制回路直流消失。

图1 断路器简化跳闸回路

一般认为，在直流系统中发生一点接地时，不会引起任何危害，认可继续运行一段时间，但必须及时消除。但在在大、中型变电站中，由于使用的控制电缆较长，存在着一定的分布电容，而在一些保护装置的逻辑回路中所使用的继电器有动作功率小、动作电压低的特点，在直流系统一点接地时，分布电容自放电可能引起出口继电器误动和断路器的误跳。

图2是考虑到分布电容情况下跳闸回路的等效模型，图中，Rp为直流回路正端对地绝缘电阻;Rn为直流回路负端对地绝缘电阻;Cp为直流系统正端对地分布电容;Cn为直流系统负端对地分布电容;Ct为长距离跳闸电缆对地分布电容;TJR为跳闸中间继电器线圈，中间继电器回路阻值远小于系统对地绝缘电阻。

图2 跳闸回路等效模型图

经分析，当直流电源正端A点出现单点接地故障时，电容Ct两端电压由初始时-KM变为-KM-KM,长直电缆对地电容Ct两端电压将降低，电容Ct将通过电容Ct及继电器线圈与地所构成的回路放电，如图3所示。此时，由于电容Ct瞬间的放电效应，达到继电器线圈TJR启动功率，将会使继电器动作，引起断路器跳闸。

图3 直流系统正端一点接地分析

当在继电器线圈正端B点出现单点接地故障时，系统对地电容Cn两端电压将升高，电容Cn将通过电容Cn及继电器线圈与地所构成的回路充电。如图4所示，此时，由于电容Cn瞬间的放电效应，达到继电器线圈TJR启动功率，也会使继电器动作，引起断路器跳闸，其引起继电器误动的情况和正极一点接地类似。

二次回路交流串入直流系统也会引起保护出口继电器误动，如图5所示，正常情况下，交流系统和直流系统互不想通，启动接点不动作，但是雨水侵入、误碰、误接线时，会使交流串入直流系统。

图4 直流系统负端一点接地分析

图5 交流电源串入回路

3 解决方案及实例

通过上述分析，在出现直流系统一点接地或者交流电源串入直流回路时，如果电容的充放电功率过大，将会引起断路器跳闸回路中间继电器误动，导致误跳闸事件发生。根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求：所有涉及直接跳闸的重要回路的中间继电器，其动作功率大于5W，以防止由于直流系统故障引起继电器误动。

对某电厂500kV开关站操作箱的手跳以及三相跳闸的5个回路进行测试，测试数据如表1所示。

表1 500kV操作箱测试数据

由上述测试可见，某电厂500kV开关站部分断路器操作箱跳闸回路中间继电器动作功率存在低于5W的情况，不满足国家电网公司最新反措要求。根据上文分析，在出现直流系统单点接地以及直流系统串扰交流电源并考虑长电缆跳闸回路分布电容的情况下，有引起中间继电器误动导致跳闸出口的可能性，存在影响一次设备安全运行的隐患。

为了提高跳闸回路的启动功率，在不改变原跳闸回路外部接口以及动作响应时间的基础上，我们可以选择在跳闸回路中间继电器两端并接功率元件，提高整个回路的启动功率，使之大于5W。

我们可以算出以上6个不合格回路的所并接的最大电阻，通过计算结果，采用跳闸回路中间继电器两端并接总阻值约为1000Ω的大功率电阻，通过电阻的分流作用，提高回路的启动功率，从而防止由于中间继电器回路启动功率过低造成的误动作事件发生。

但由于电阻为元件级产品，需进行单独选型，同时需要考虑对元件进行封装，以保证可靠性和稳定性。经过外部反馈，在实际改造时，选用了在电厂有成熟运行经验的大功率继电器NR0520，该继电器的启动功率大于5W，阻值约为900Ω。改造时，只应用了该继电器的功率回路，并未使用继电器接点。通过其分流作用，提高回路的启动功率，从而防止由于中间继电器回路启动功率过低造成的误动作事件发生。

在并接了NR0520后，根据实测值和NR0520的电阻值核算所改造的3个回路的启动功率，如表2所示。

表2 功率核算

通过核算可知，改造后，相关回路的启动功率满足电网反措的要求，可以防止直流系统故障造成的继电器误动，避免了断路器误跳的状况发生。

现场的实测数据可知，改造完成后，涉及直接跳闸的相关回路的动作功率大于5W,防止了由于直流系统故障引起中间继电器误动导致跳闸出口的可能性，保证了一次设备安全运行，满足电网反措要求，现场运行情况良好。

4 总结

本文分析了在考虑分布电容情况下，直流系统故障引起跳闸的原因，并结合某电站现场实际改造，给出了解决方案。现场实施和运行情况表明，通过加装大功率继电器，可以有效防止直流故障引起跳闸回路中间继电器误动的可能，保证继电器动作的可靠性，确保断路器安全稳定的运行。

[1] 江苏省电力公司.电力系统继电保护原理与实用技术[M]，北京：中国电力出版社，2006.

[2] 周卫.直流系统分布电容对断路器跳闸的影响分析[J].广西电力,2013.36(3)：64-66.

[3] DL/T596-1996.电力设备预防性试验规程[S].

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[5] 国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施[M].北京：中国电力出版社，2012.

AnalysisandSolutionofCircuitBreakerFalseTrippingCausedbyDCSystemFault

LIJing，LIUYe-sheng

(Nuclear Power Technology Research Institute,Shenzhen 518120,China)

This paper analysis the reasons for breaker false tripping that caused by DC system failures.Nuclear power plant for instance,the paper put forward the corresponding solutions.Now the transformation has been implemented to improve system reliability while meeting the power grid the relevant requirements.

breaker;DC system;false tripping;analysis;solution

1004-289X(2017)03-0088-03

TM56

B

2016-03-24

李静(1989-)，女，硕士，助理工程师，主要从事于研究核电厂的电气保护改造方向。