断路器三相非同期回路误动作原因分析及回路优化设计

山东泰开高压开关有限公司 唐东升 李传金

0 引言

目前220kV及以上电压等级分相操作的断路器，为防止断路器三相位置不一致，导致断路器误动、拒动，引起设备损害或越级跳闸，断路器应采用三相不一致保护；其目前的设计方案是将断路器的三相常开、常闭辅助点分别并联后再串联，然后启动时间继电器，时间继电器延时后启动跳闸出口继电器，最终跳闸出口继电器启动使断路器的三相全部跳闸；结构上简单可靠，但是受环境及元器件本身质量的问题，绝缘度降低，可能造成三相不一致保护误动。本文结合各开关厂在现场出现的问题提出解决整改方案，优化设计回路。

1 现场出现情况

某220kVGIS工程，断路器机构为三相分箱操作机构，在无操作、无故障的正常运行状况下，断路器自动跳闸，监控后台有断路器三相非同期信号报文，现场实际情况未出现断路器非同期现象；

2 原因分析以及前期的处理措施

2.1 原因分析

按照图纸，检查三相不一致回路，经排查，回路接线完整无误，汇控柜内的三相不一致信号是由三相不一致保护回路中的跳闸出口继电器发出，故重点排查非同期继电器是否出现误动；恢复二次接线，重新对断路器进行合闸，并观察继电器动作情况，发现断路器三相合闸后，非同期继电器动作；因其是靠时间继电器来启动的，故首先排查一下时间继电器的绝缘程度，用兆欧表测时间继电器的常开输出抽头，发现绝缘程度过低；更换时间继电器，测量常开输出接点绝缘电阻无穷大，投断路器操作电源，操作断路器，故障现象消失。

图1

2.2 原设计方案分析

断路器的三相常开、常闭辅助点分别并联后再串联，以此作为三相非同期判断回路，如果发生三相不一致情况，则此判断回路导通后启动时间继电器，经时间继电器延时后启动跳闸出口继电器，最终跳闸出口继电器启动并作用于断路器的分闸回路，使断路器的三相跳闸。该回路原理图如图1所示。

弊端说明：回路中的继电器属于固态继电器，只能通过检修时进行校验和测试，无法直观的检查内部元器件是否受潮、腐蚀、有无进蚊虫造成元件绝缘程度降低或短路等异常情况，一旦绝缘程度降低或短路，则将直接启动断路器的跳闸回路使之跳闸；

动作原理：如图1中所示，如果时间继电器47T1常开触点47T1-1、47T1-3绝缘程度降低，则会有一部分电流通过，此时直流接触器47TX1的线圈会有一定电压，一旦电压达到线圈启动额定电压的55%即121V(触点47T1-1、47T1-3分担99V)便会造成47TX1动作，从而直接造成断路器跳闸。

图2

图3

3 新的方案

3.1 方案设计思路

原方案是断路器的三相常开、常闭辅助点分别并联后再串联，如果发生三相不一致情况，则此判断回路导通后启动时间继电器47T1，经时间继电器47T1延时后启动跳闸出口继电器47TX1，最终跳闸出口继电器47TX1启动并作用于断路器的分闸回路，使断路器的三相全部跳闸；现在的问题是一旦时间继电器有故障，很容易出现断路器的三相全部跳闸现象；所以目前需要改进的是三相非同期动作必须是在断路器三相位置不一致的前提下进行的；

3.2 方案实施

3.2.1 关于断路器三相不一致跳闸出口的方案设计

方案设计思路：首先考虑非全相跳闸出口的正电源引入问题，不直接取正电源，而是经过断路器辅助开关的常闭节点后引入正电。

改进说明：如图2所示，断路器三相不一致判断回路由断路器常开辅助点并联后串联常闭辅助点，调整为由常闭辅助点并联后串联常开辅助点，非同期跳闸回路的正电源经过辅助点串联的结点引出，当断路器在合闸位置时，正电源因为断路器的常闭辅助点变常开后切断而无法导通；此时即便时间继电器47T1常开触点47T1-1、47T1-3绝缘程度降低，会有一部分电流通过，直流接触器47TX1的线圈有一定电压，即便电压达到线圈启动额定电压的55%即121V造成47TX1动作，但因正电源已被DLA/B/C-31，DLA/B/C-32断开而断路器无法跳闸。

3.2.2 关于断路器三相不一致功能投切的方案设计

方案设计思路：考虑非全相跳闸出口的正电源引入问题，不直接取正电源，而是经过三相不一致回路判定后引入正电。

如图3所示，跳闸出口继电器47TX1同样经过三相不一致判断回路的判定后再启动；按照此方案，即使时间继电器47T1的常开点导通，而三相不一致判断回路未启动，跳闸出口继电器47TX1的线圈无法得到正电源，47TX1依旧不会动作，从而避免了时间继电器47T1故障引起保护误动作情况的发生。

3.2.3 方案对比

国网反措中明确要求，断路器跳闸出口继电器动作功率不能低于5w，时间继电器47T1常开点的绝缘不达标的情况下，跳闸出口继电器47TX1不会轻易动作；但时间继电器47T1的常开点在极端情况下被导通，那跳闸出口继电器47TX1依旧会得电动作；通过上述两种方案的改进，可有效的解决保护误跳的现象。

3.3 试验验证

上述方案在多个220kV及550kV变电站得到了有效的验证，均未出现保护误动作的现象。

4 结语

保护误动很大程度上影响了变电站的可靠运行，不仅影响变电站的经济效益，对用户及电网都是一个安全隐患，很多地区环境雨水较多，环境潮湿，容易使得元器件的绝缘性降低；通过优化设计方案，保证了三相不一致动作的可靠性，保证了电网的安全运行。