断路器本体三相不一致可靠性及回路研究

许守东，张丽，刘柱揆，周鑫，苏煜，卢佳

（1.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；2.云南电网有限责任公司普洱供电局，云南 普洱 665000）

0 前言

在电力系统运行过程中，断路器本体三相不一致保护回路，由于断路器本体汇控箱在户外运行，使得高压断路器本体三相不一致保护回路的继电器受环境影响较大，同时二次回路、人为误碰等原因，导致断路器误跳闸的风险[1-4]。本文针对不一致保护回路进行优化，有效解决现有技术中高压断路器本体三相不一致保护回路所存在的问题，提高保护动作可靠性。

1 传统三相不一致保护

传统高压断路器本体三相不一致保护回路，如图1所示，当系统非全相运行时，启动回路中断路器位置常开及常闭辅助接点导通，时间继电器KT动作，接点依据定值延时闭合，从而启动出口中间继电器 km，实现断路器跳闸，消除断路器三相不一致运行状态[5-7]。

图1 传统断路器本体三相不一致回路

2 三相不一致保护隐患

近年来，发生在断路器汇控箱、端子箱、保护屏柜作业不安全事件越来越多，据统计本体三相不一致保护不正确动作占55%，作业原因导致交流回路异常引起保护装置误动及异常现象占45%。在本体三相不一致保护不正确动作事件中，有54%为回路或端子受潮、误碰等原因导致正常运行断路器误跳闸，有46%由于时间继电器动作值设置不当造成断路器跳闸。经分析，断路器本体三相不一致运行风险主要有以下几点：

1）单一元件异常、误碰导致运行断路器本体保护异常动作事件频发。如由于高压断路器处于室外运行环境，会导致高压断路器本体三相不一致保护时间继电器出现工况异常情况，延时接点偏离定值要求，延时缩短，导致线路单相瞬时性跳闸时，重合闸还未动作，断路器本体三相不一致保护已提前动作跳开断路器。

2）由于断路器本体不一致保护在户外运行，出口继电器触点氧化、接点抖动有可能造成保护误动。

3）因断路器本体三相不一致保护启动回路和延时回路二次回路绝缘电阻老化，导致启动回路和延时回路误启动并出口，造成设备停运。

4）本体三相不一致回路还存在由运维人员误碰时间继电器试验按钮、中间继电器及二次回路，造成继电器导通，进而引发断路器误跳闸的风险。

因此，对现有的高压断路器本体三相不一致保护回路进行改进，有效解决现有技术中高压断路器本体三相不一致保护回路所存在的问题。

3 三相不一致回路改进

为防止因继电器单一元件损坏，或受到干扰、强磁场以及运行环境等因素影响导致断路器三相不一致保护误动作，可以采用如下四种优化方案调整断路器本体三相不一致保护二次回路[8-12]。

方案一：如图2所示，将原三相不一致保护跳闸出口回路常开接点改接至断路器常闭辅助接点与常开辅助接点中间。优化后的回路具有以下特点：

图2 改进后的断路器本体三相不一致回路（方案一）

1）当断路器在运行状态时，CB1常闭辅助触点断开，即使三相不一致出口中间继电器km出现故障或误碰，也不会造成断路器误分闸。

2）单相接地跳开故障相时，如果三相不一致时间继电器KT故障导致KT动作时间小于单相重合闸时间，三相不一致仍将跳开非故障相。

3）断路器常闭触点回路因受潮引起的三相不一致保护误动问题，仍然无法解决。

该方案不适用于断路器操作机构箱采用航空插头的情况，因为CK1、CB1之间无引出线至外部端子排。此外，部分厂站由于内部配线CK1设置在前端，CB1设置在后端，如果采用此方案，需要重新调整CK1与CB1的位置，改造难度较高，也不宜采用该方案。

方案二：如图3所示，在传统本体三相不一致回路的出口继电器及其接点并联后的公共端与直流电源之间，增加一组断路器常闭辅助触点CB2。改进后的回路具有以下特点：

图3 改进后的断路器本体三相不一致回路（方案二）

1）当出口继电器被误碰或出口继电器故障时，开关不会误跳闸。

2）由于断路器常闭辅助触点因受潮而引起的三相不一致保护误动作情况，可有效避免。

3）回路中多增加了一组断路器的辅助触点，如果与开关的实际位置不一致，存在三相不一致保护拒动的风险。

4）未能彻底解决系统单相故障跳开的同时三相不一致继电器故障误分闸的问题。

由于断路器机构箱中断路器辅助触点数量不足，已投入运行的厂站改造难度较大，故本方案不宜采用。新建厂站优先采用该方案，引入CB2辅助接点可以有效防止CB1单元件故障，导致本体三相不一致保护误动。

方案三：如图4所示，将传统本体三相不一致回路的出口继电器及其接点并联后的公共端，接至断路器的常闭辅助触点与时间继电器线圈之间。改进后的回路具有以下特点：

图4 改进后的断路器本体三相不一致回路（方案三）

1）由于断路器常闭辅助触点因受潮而引起的三相不一致保护误动作情况，可有效避免。

2）三相不一致出口中间继电器km出现故障或误碰，不会导致断路器误跳闸。

3）不能解决单相接地故障保护跳开故障相时，如果三相不一致时间继电器故障，将会引起断路器误分闸。

由于部分断路器出口继电器回路增加自保持功能，自保持功将会自动失效。同时，如果操作箱HWJ与本体三相不一致时间继电器、出口中间继电器阻抗不匹配，造成保护动作后，三相不一致时间继电器不能返回，使HWJ、TWJ同时带电，造成装置报控制回路断线，因此，该方案适合于带有复归功能继电器的保护回路改进。

方案四：如图5所示，将传统断路器本体三相不一致保护的出口重动继电器正电端接至断路器的串联的常开常闭辅助接点之后，并在出口重动继电器正电端后面接电流继电器的接点，再接出口重动继电器的接点。并在汇控柜（控制箱）内增设电流继电器，如图6所示，有效防止了三相不一致回路继电器故障，造成开关误跳闸。改进后的特点是当系统故障电流较小时，三相不一致保护将无法启动。

图5 断路器本体三相不一致回路改进（方案四）

图6 断路器本体三相不一致回路的电流继电器示意图（方案四）

综合比较以上四个方案，方案一适用于断路器汇控柜无备用常闭接点的的情况，方案二适用于断路器汇控柜有备用常闭接点的情况，方案三适合于带有复归功能继电器的保护回路改进，方案四适用于方便增加电流回路及电流继电器的回路改进。所有优化方案分别适用于不同的改造场景，涵盖了所有不同型号断路器的改造需求，避免了因人为误碰、外力或三相不一致继电器故障，而引起本体三相不一致保护误动，提高了设备运行的可靠性。

4 现场优化方案选择错误实例

某变电站在本体三相不一致回路改造时，选择了上述方案三进行优化，优化的现场接线如图7所示。在完成所有接线后，开展试验时，发现主控室断路器操作箱，在断路器本体三相不一致保护动作后，发现位置异常，OP灯和跳位灯同时点亮。同时K36时间继电器和K38出口中间继电器不能返回。按下复归按钮后三相不一致动作信号不能复归。

图7 某变电站选用方案三优化后的回路图

造成本体三相不一致保护动作后相关继电器无法复归，断路器操作箱OP灯指示灯指示异常的原因为HWJ继电器与本体三相不一致时间继电器、出口中间继电器电阻不匹配的原因造成的。假如在继电器电阻的配合上刚好没问题可能会正常。现将现场的回路改造方案选用上述方案一进行改造，整改后的接线如图8所示，将LP33:1接线改接至A224位置。

图8 某变电站选用方案一优化后的回路图

更改后的接线，三相不一致保护要出口，至少要有一相断路器在合闸位置断路器才能出口。断路器本体三相不一致保护动作后，由于断路器实际已经分开，断路器的辅助常开触点断开，切断HWJ与三相不一致时间继电器、出口中间继电器的回路，所以相关继电返回，不会存在继电器电阻不匹配导致的误动问题。

因此，断路器本体三相不一致改造过程中，应根据现场的实际回路情况，正确选择优化方案，避免方案选择不当，造成断路器本体三相不一致保护的异常现象。

5 结束语

断路器本体三相不一致保护动作状况完全依赖于断路器辅助触点、时间继电器及出口中间继电器的正确性，由于时间继电器、出口中间继电器及三相不一致的位置继电器安装于现场汇控柜或断路器机构箱，受外部环境影响较大，因此，可靠性会受到一定的影响。本文提出了四种断路器本体三相不一致保护回路的改进方案。根据现场实际情况和条件，通过对断路器本体三相不一致保护的优化和改进，实现运维安全和质量的双提升，有效避免因断路器本体二次元件及回路异常危及电网安全稳定运行。