断路器本体三相不一致保护的回路优化研究

2023-10-25国网江西超高压公司周璐航罗志文张旭刚熊一凡

电力设备管理 2023年17期

国网江西超高压公司周璐航罗志文张旭刚张喻熊一凡

1 引言

220kV 及以上电压等级电网的线路非全相运行时，一次设备会被出现的零序、负序分量影响，产生极大的危害，严重时将造成二次设备越级误动。在参数匹配的回间电容耦合情况下非全相线路与其热备用邻线可能会产生较高的谐振过电压[1]。因此，断路器三相不一致保护的合理性和可靠性显得尤为重要。目前，断路器本体非全相保护的启动判据单一，仅靠断路器辅助触点判断[2-4]。首先，本文分析了在实际情况下断路器本体三相不一致保护原理、问题及不足。其次分析了对可能造成误动、拒动的影响因素进行分析，并对二次回路进行改进提出了三种改进方案，对今后电力作业人员分析三相不一致保护工作起到借鉴作用。

2 计算过程

对于一个正常运行的电力系统来说， Ifa为系统中线路A 的负荷电流，若线路A 相因为某种原因突然断开后，断相处运行状态为非全相运行，将出现不对称电压，即。对于此非全相状态的处理方法是采用对称分量法的思路。

式中：I0表示系统零序电流；IA、IB、IC表示非全相运行时的三相电流；Ifa为正常运行时A 相的负荷电流；和为系统的正序、负序和零序阻抗；IA1、IA2、IA0为系统正序、负序和零序电流；α 为算子，数学上表示为单位向量逆时针方向旋转120°，。

当不对称电压产生零序电流时，上文已证明零序电流的大小与负荷电流有关，也就是说，零序电流的大小与负荷相关，负荷越大零序电流越大。若线路两端变压器均有接地中性点，则零序电流可能分流到这些支路。如果长时间不对线路的零序电流和负序电流响应，重负荷线路的零序保护受到影响误动作。考虑到非全相时保护可能误动或拒动的情况，需要改进线路三相不一致保护。

3 三相不一致保护的工作原理

目前有两种断路器三相不一致保护的实现方式，分别是针对本体和针对保护装置的三相不一致保护[5]。目前江西220kV 及以上电压等级断路器非全相保护均针对本体，因此本文仅讨论第一种方式。

图1 断路器非全相回路工作原理

4 隐患分析

一是继电器或辅助接点误动导致跳闸回路动作。压板投入时，KT 和KM 的一端相连并与电源负极形成联结。跳闸回路独立于三相不一致回路，若现场存在干扰因素造成继电器两端同时带电或辅助接点误动导致三相不一致回路误动，则也将导致跳闸回路动作。

二是继电器的性能状态不佳导致误动作。一旦回路中出现断路器三相位置不一致信号就无条件启动KT 出口跳闸。

近年来非全相回路故障频发，江西电网220kV及以上断路器因非全相故障问题已发生10起非计划停运事件（以下简称“非停事件”），其中继电器受潮绝缘故障6起，误碰继电器1起，辅助断路器节点粘连1起，非全相相继电器回路直流接地故障1起，非全相继电器老化、振动节点导通1起。

5 三相不一致回路优化

方案一：非全相动作回路加断路器位置确定辅助接点。

出口回路增加断路器位置确定辅助接点如图2所示。

图2 出口回路增加断路器位置确定辅助接点

采用在非全相出口回路出口压板YB2与KM 节点间串联断路器CK2、CB2辅助开关接点回路的方式，确定断路器真实位置。即使当时间继电器KT误动时，只要断路器位置正常，分闸回路仍然不通，也减小断路器误动的风险。但该方案只新增了一个辅助断路器回路，也增加了因断路器辅助节点粘连导致拒动的风险且施工难度较大，部分断路器辅助开关备用节点不足。

方案二：只串入合闸位置确定接点。

只串入合闸位置确定接点的非全相回路如图3所示。

图3 只串入合闸位置确定接点的非全相回路

方案二是在方案一的基础上进行改良，不考虑分闸状态（即断路器停运）后的非全相状态，只考虑合闸状态（即断路器在运）的非全相状态。采取在非全相出口回路出口压板YB2与KM 节点间串联断路器CB2辅助开关接点回路的方式，避免非全相回路误动的风险。该方案同时解决了因继电器误碰、继电器潮湿和辅助节点粘连导致的非全相误动问题，但仍未解决新增断路器辅助节点粘连导致拒动问题。

方案三：采用非全相启动回路原有断路器位置判断节点。

采用非全相启动回路原有断路器位置判断节点如图4所示。

图4 采用非全相启动回路原有断路器位置判断节点

方案二未在回路中新增元件及辅助开关节点，采取非全相回路中原有的断路器位置辅助接点CK1、CB1，将非全相时间继电器启动回路判断逻辑串入非全相跳闸出口逻辑中，保证实际出现非全相状态时三相不一致保护才能出口，避免非全相回路误动的风险。本方案同时解决了以上问题，且此未新增回路元器件，未增加断路器拒动风险。三种改造方案比选详见表1。

表1 三种改造方案比选

表1对提出的三种方案进行技术比较。方案一、方案二均会增加断路器拒动的风险，且施工难度大。方案三可有效避免大多数的断路器非全相回路故障，且施工难度小，不会增加断路器拒动的风险。

6 案例分析

江西某500kV 线路停电，需要对断路器本体三相不一致保护的二次回路进行改造优化，本文采用方案三思路进行优化。通过回路验证了所选方案回路动作的正确性与合理性，试验分别进行了两组，A 相分位BC 相合位是为了验证保护逻辑和回路动作正确性；ABC 合位继电器励磁试验是验证外界干扰导致的三相不一致时开关辅助接点对控制回路的闭锁作用。江西某500kV 开关三相不一致保护相关试验结果详见表2。