智能变电站断路器非全相保护的优化

智能变电站断路器非全相保护的优化

张文斌

内蒙古电力（集团）有限责任公司鄂尔多斯供电分公司

内蒙古 鄂尔多斯 017010

摘要：本体非全相保护是由断路器辅助接点、继电器等元件构成的纯回路保护，其原理简单但可靠性不高，存在多次误动案例。由于没有统一设计标准，各断路器厂家生产的本体非全相保护回路在功能完整性、动作可靠性等方面均有所差异且或多或少存在回路缺陷。本文主要分析智能变电站断路器非全相保护的优化。

关键词：智能变电站；断路器；本体非全相保护；微机非全相保护；保护优化

引言

220kV及以上电压等级的线路断路器一般采用分相操作机构，可以实现单相或综合重合闸。实际运行中，断路器存在某相或两相在分位的非全相运行状态，其原因是单相故障跳开故障相后重合不成功或者某相机构故障导致该相跳开等。非全相运行时，该线路及相邻设备会产生较大的零序电流或负序电流，这将可能导致相邻线路的零序保护越级动作，也会对发电机、变压器等设备产生一定的不利影响。为避免电网长期非全相运行，对分相断路器需配置反映断路器非全相运行状态的非全相保护。

1、本体非全相保护的标准化设计

本体非全相保护由断路器厂家设计完成。由于没有统一设计标准，在工程验收中，该回路往往是二次验收的重点回路。为此，基于微机保护高可靠性的模块化设计思路，本文设计了一种标准化的本体非全相保护。标准化的本体非全相保护由逻辑执行回路、跳闸出口回路和信号扩展回路3部分构成。在不增加回路复杂度的前提下，可使回路更加简洁清晰。（1）逻辑执行回路。该回路是核心回路，包含由断路器分相辅助接点（各相常闭DL和常开DL）构成的非全相启动判据、延时继电器KT、出口继电器KC和功能压板LP1。根据微机保护的设计理念，出口继电器KC的正电源需经非全相启动判据开放，以防止延时继电器KT的接点误导通造成出口继电器KC误动作。设计功能压板LP1的目的是便于投退保护功能。（2）跳闸出口回路。该回路包含跳闸出口总压板LP2、出口继电器KC的分相跳闸接点。跳闸出口回路正电源经断路器分位辅助接点（或非全相启动判据）开放。与微机保护相比，本体非全相保护的运行工况较差且回路均由敞开式的元器件构成，人为误碰出口继电器KC或其跳闸接点因绝缘下降而误导通等情况都会造成误动作；因此，本体非全相保护应保证断路器至少有一相在分位或非全相运行时才能跳闸，以提升可靠性。（3）信号扩展回路。该回路由不保持继电器KX1、保持继电器KX2和手动复归按钮FG构成。该回路用于满足不同层级的信号需求及参与同其他回路的配合，如本体非全相保护启动防跳、闭锁重合闸或发变组启动失灵等回路配合。由于重要性不高，信号扩展回路设计相对简洁。本文提出的标准化本体非全相保护虽然在一定程度上提升了可靠性，但仍存在断路器辅助接点和延时继电器质量等因素可能导致的回路可靠性问题，不满足微机保护“除出口继电器损坏外，任一元器件损坏均不应引起保护误动作”的标准。

2、发变组高压侧断路器非全相保护与失灵保护配合分析

变频器通常在两种情况下以非相位模式运行:①机组正常运行故障，对故障作出反应的功率保护动作在非相位故障时跳过断路器，功率保护动作同时开始故障，因此，如果单级或双级断路器在断路器跳闸过程中发生故障，此时满足断路器故障保护和非完整保护动作指标但由于故障保护延迟时间较短，故障保护首先会切断故障。因此，此时无需启动缺省保护。②机组正常运行时，出现单相或三相跳闸现象，零位保护装置无保护动作，断路器在机体或装置非全相保护期限后打开，同时装置未能针对起动故障得到充分保护 相邻断路器跳闸故障保护切断电源，防止设备损坏，扩大事故范围。事实上，电厂开关组的一些高压侧断路器没有安装保护装置的不完全相位保护，只使用断路器本体的不完全相位保护。断路器本体的不完全相位保护不使用电流标准，它受到的质量等因素的影响，且保护误差概率较高。而且保护输出触发电路不通过保护装置操作框，不能启动TJR操作框的三跳继电器引发故障，而且通常不会自行设计故障触发电路，因此方案无法启动这意味着断路器跳闸非三相运行时不能及时启动故障保护，只能启动后备发电机反向时间的不对称过载保护动作，然后启动故障保护动作，跳过相邻断路器。发电机和变压器将长期受到负序电流的影响，并可能对设备造成严重损坏，尽管当时看不出有明显的损坏，但它们埋下了今后安全稳定运行的隐患。因此，正确配置高压侧断路器的非全息图保护至关重要。

3、改进措施与对策

电力工业的国家和部门标准是电力生产各个方面的主要基础。然而，长期的实际经验和判例表明，与目前的工业发展水平相比，某些标准的某些规定存在延误、模棱两可甚至错误。这些规定不可避免地影响到电力工业所有生产线的设计、运行和维护，从而给发电带来安全风险。因此，至关重要的是及时修订有关规定，并审查在解决这些问题方面出现延误的纪律标准。

根据用户维护的改进，整个非相位保护电路上只有一个压力板，用于切断触发电路的正电压。该锁止板的功能是取消在用户维护期间未受完整阶段保护的触发命令。但是，该锁板一次切断断路器的三相触发电路，不利于维修时的相位测试。因此，在收到相关反馈后，对输出电路进行了修改，将输出压力板连接到三个非三相输出电路，添加三个输出压力板进行相位分离，以断开不完全相位保护触发电路的正电。分阶段输出压力板可以使断路器和保护设备的检查更加准确。断开三个输出压力板后，断路器现场控制电路不会完全脱离不完全相位保护，当断路器不完全相位并发送不完全信任号时，会触发非相位输出和时间继电器。因此，在非相位判断电路中加入了切断时间继电器电源的压力板，以完全退出非相位电路。压力板断开后，断路器不完整时，时间继电器不会启动，因此输出继电器也不能工作。增强型非相位保护电路包括四个锁紧板，每个锁紧板分别工作。夹紧板1用于完全脱离非相位保护电路，夹紧板1(A)、1(B)和1(C)分别用于脱离相位a、b和c的非相位保护触发器。增加夹紧板极大地方便了非全息图保护电路的维修。

在提高可靠性的基础上，一些地区认为，当前的非相位触发顺序是一个短期顺序，不能保证断路器的完全触发，对非相位保护电路进行了以下修改:继电器增加了自动维护电路，在时间继电器启动后，继电器接通和断开只有拆下锁板才能重置该电路，该电路仅用于工程一部分的第二组非相位保护电路，为断路器提供可靠的非相位触发电源。但是，该电路最大的缺点是，继电器在通电后会继续发送触发顺序，如果断路器在不完全相位保护后未及时复位，断路器不能立即关闭，影响断路器的工作效率。从机构本身的角度来看，自我满足是不必要的。液压扁平弹簧断路器的额定连接时间通常小于30毫秒，输出继电器的返回时间为20毫秒。非相位状态确定是否使用断路器辅助触点。国家网络对辅助触点的要求是在辅助触点转换之前分割和设置。辅助接触不能出现在机构主体之前。因此，非相位触发顺序的实际维护时间应大于50毫秒，且安装断路器所需时间应大于30毫秒。

结束语

在分析断路器本体非全相保护及微机非全相保护的配置现状及存在问题的基础上，本文给出了一种标准化的本体非全相保护方法。对智能站微机非全相保护的逻辑和配置优化进行了讨论，提出了适用于智能站的微机非全相保护逻辑和配置方案。该方案可以取代本体非全相保护，提升了非全相保护的可靠性及作用，具有较好的工程实践价值。

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