高压断路器的非全相保护

高压断路器的非全相保护
摘要：针对中国的电力系统，阐述了配置高压断路器非全相保护的必要性，就当前非全相保护的常见方案进行了分析，认为非全相保护以有电流闭锁为佳;并就3/2断路器接线的非全相保护的一些问题进行了探讨。

关键词：高压断路器非全相保护电流闭锁
在220kV及以上电压等级的电网中，普遍采用分相操作的断路器，由于设备质量和操作等原因，运行中可能出现三相断路器动作不一致的异常状态，如何消除这种异常状态，存在不同认识，各系统也有不同做法。

下面结合系统和保护的实际运行情况，就装设断路器非全相保护的必要性进行阐述，对当前非全相保护的常见方案进行分析，并对3/2断路器接线的非全相保护的一些问题进行探讨。

1 装设非全相保护的必要性
电力系统在运行时，由于各种原因，断路器三相可能断开一相或两相，造成非全相运行。

如果系统采用单重或综重方式，在等待重合期间，系统也要处于非全相运行状态。

但是，系统非全相运行的时间应有所限制，这是因为：
a.系统要求。

当系统处于非全相运行状态时，系统中出现的负序、零序等分量对电气设备产生一定危害。

b.保护要求。

由于出现负序、零序等分量，使得系统中的一些保护可能处于启动状态。

例如：目前常用的11系列微机线路保护，当系统由全相变为非全相运行时，如果保护突变量元件启动，在判断无故障后，保护程序转入振荡闭锁模块，若该线路零序分量数值大于零序辅助启动元件定值时，程序将处于振荡闭锁状态，超过12s时，保护将报告电流互感器(TA)断线，整套保护中仅余少数保护功能起作用，严重影响保护的可靠性。

系统中的负序、零序等分量还可能使一些保护(如零序电流保护)动作跳闸，误断开正常运行的线路。

对于系统采用单重、综重等方式，故障跳闸造成的非全相运行，若重合闸成功，系统自然很快转入全相运行;若重合于故障，断路器三相跳闸，系统也转入全相运行。

对这种等待重合的非全相状态，系统中的设备和保护必须予以考虑。

例如某些保护段可采取提高定值、加大延时等措施，以躲过重合闸周期。

对于因设备质量、回路等问题造成的非全相状态，情况要复杂一些。

例如，断路器偷跳一相，由于断路器位置不对应，重合闸应当启动，将断路器重合，而如果断路器有问题，偷跳相不能重合，该断路器将非全相运行。

对这类非全相状态，由设备主保护消除的还不多。

仍以11系列微机线路保护为例，如果保护选跳或断路器偷跳后未重合造成的非全相运行，从保护功能上看，可能仅有不灵敏零序段或灵敏零序段保护起作用，而它们还要受到定值和方向元件的制约，也就是说，线路保护本身对此可能无能为力。

因此，综合考虑以上各种因素，应当装设能反映断路器非全相运行状态的非全相保护，作用于跳开已处于不正常状态的断路器。

至于目前有些断路器机构箱中有反映断路器三相位置不一致的保护，各地可根据实际情况使用。

2 非全相保护的常用方案分析
非全相保护的实现，一般需要反映断路器三相位置不一致的回路，可以采用断路器辅助触点组合实现，也可以采用跳闸位置、合闸位置继电器的接点组合(该接点组合一般由操作箱给出)实现，以下均称之为三相不一致接点。

目前，专用非全相保护的常见方案有以下几种。

2.1 三相不一致接点直接启动时间继电器
如图1所示，无电流接点时，这种方案与配置在断路器机构箱内的非全相保护类似，比较简单，也能起到应有的保护作用。

华北网在反措实施细则中明确要求“非全相保护应直接用断路器辅助接点作为判据，取消电流判别回路”。

但是，由于断路器辅助接点的不可靠性及引入电缆运行环境的影响等因素，运行中发生了多次非全相保护误动的事例。

如1997年2月1日，华北小营站2212断路器HWJ的A相，操作箱到断路器的电缆断线，最后导致非全相保护误动。

基于运行实践，我们认为该方案的安全性值得怀疑。

2.2 三相不一致接点串接零序电流继电器接点后启动时间继电器
如图1所示，该方案与2.1节方案相比，增加了零序电流闭锁判据，安全性有了很大的提高。

由于零序电流较易获得，该方案在系统中获得了比较广泛的应用。

主要问题是零序电流的整定。

目前，河北电网一般按躲过正常负荷下的不平衡电流整定(一次值约为100A)，但是显然地，当线路负荷较小时，非全相保护可能拒动。

例如:1999年1月21日河北里县站里章线242断路器，因手跳继电器A相绝缘击穿，造成线路非全相运行，非全相保护拒动，后值班人员手动拉开B相、C相。

非全相保护拒动的原因是该线路负荷较小，非全相运行时的零序电流达不到定值(一次值为120A)。

该方案的另一问题是，不能用于末端变压器中性点不接地运行的辐射线路，因为当辐射线路非全相运行时，系统中仅出现负序分量，无零序电流流过该线路，这种方案的非全相保护自然要拒动。

例如，1998年8月13日河北孙村站孙任线263断路器，在线路故障重合时，因重合闸接点问题，C相未重合，造成非全相运行，但非全相保护拒动，就是因为在当时的系统运行方式下，孙任线单带任东站运行，任东站主变220kV侧中性点未接地运行，263断路器非全相时，线路无零序电流。

目前，微机型保护装置中，CSI101/121采用此方案，属于传统非全相保护的微机化产品，三相不一致接点为开关输入量，经内部零序电流判别，延时出口。

2.3 三相不一致接点串接负序电流继电器接点后启动时间继电器
该方案与2.2节方案类似，仅电流判别采用负序分量，一般用于负序电流较易获得的情况，例如发电机—变压器组成套保护中。

负序电流也可按躲过正常运行时的不平衡电流整定，当负荷较小时，也可能拒动。

较2.2节方案优越之处在于可用于末端变压器中性点不接地运行的辐射线路。

目前微机型保护装置中，WFBZ—01沿用此方案。

2.4 三相位置接点与无流判据组合后启动时间继电器
随着微机型保护装置的发展，非全相保护的电流判据，乃至其构成，均趋于多样化。

仅举目前应用比较广泛的LFP—921装置中的非全相保护的构成进行分析。

如图2所示，三相跳闸位置继电器的接点作为开关输入量引入装置，当任一相TWJ动作且无电流时，确认该相断路器在跳开位置，当任一相断路器在跳开位置而三相不全在跳开位置时，若控制开关在合后，则确认为三相不一致，经延时跳闸。

该方案的优点在于适用性广，可应用于各类情况。

缺点仍如前述，在负荷较小时，非全相保护可能拒动，但无电流门槛可以整定得较低，灵敏度比零序、负序电流闭锁的方案要高。

目前LFP—921装置无电流的门槛固定为0.06In。

综合比较以上几种方案，只采用三相不一致接点的方案简单，但安全性较差，有电流闭锁的方案提高了安全性，但降低了可依赖性。

在采用有电流闭锁的方案时，若负荷较小，非全相保护必然拒动，但考虑到此时系统所承受的负序、零序分量必然很小，对系统和保护的运行已无大碍，且在这种情况下，也有相应的灯光信号指示运行值班人员，可以人工处理。

因此，非全相保护以有电流闭锁为佳，电流闭锁的定值应考虑系统和保护的承受能力，尽量低一些。

3 3/2断路器接线的非全相保护
对3/2断路器接线的变电站，非全相保护的配置可以按断路器配置，也可以按线路(变压器)配置。

按断路器配置时，如果采用第2.1节所述的方案，则各断路器均可独立设置。

但如前所述，此方案的安全性存在问题，如果增加电流闭锁，无论是零序、负序，均又分2种情况：1）电流用线路电流，即和电流，各断路器三相不一致接点均串联线路的零序(负序)电流继电器接点，中间断路器使用两线路电流继电器的接点并联作为电流判据。

此时，若仅某一断路器出现非全相，而另一断路器未同时出现非全相，或两断路器断开相不同时，则仍维持各断路器的正常运行。

零序、负序电流可按前述方法整定。

该方案的主要问题是组屏接线较复杂，安装单元划分不很清晰。

2）电流用断路器电流。

该方案的主要问题是零序、负序电流的整定。

由于断路器在正常运行时，两断路器负荷可能分配不均衡，断路器的零序、负序电流已经很大，在这种情况下，零序、负序电流闭锁的方案应该说是不可取的。

目前比较可行的方案是第2.4节提到的诸如LFP—921非全相保护的采用无流判据的方案。

按线路(变压器)配置时，三相不一致接点为两断路器的接点串联，电流闭锁自然使用线路(变压器)电流。

例如河北西柏坡电厂发电机—变压器组的非全相保护，配置在发电机—变压器组成套保护柜中，电流闭锁用发电机—变压器组的负序电流，引入两断路器的串联的三相不一致接点。

这种配置方式与按断路器配置使用线路电流闭锁的情况类似。

比较上面的两种配置方式，各有优缺点。

考虑到断路器非全相时，必须停用才能处理，同时考虑二次接线的简洁、清晰，非全相保护以按断路器配置为好，电流闭锁采用断路器电流的有无作为判据。

4 结语
电力系统的非全相运行存在很多复杂的问题，在系统非全相运行时，许多保护需采取技术措施，以保证保护的正确动作，非全相保护仅是为限制非全相运行的时间所配置的辅助保护。

根据上面的分析，非全相保护应当装设并考虑使用电流闭锁。

对3/2接线，非全相保护宜按断路器配置，使用无流判据。

非全相保护不是电力系统的主保护，但它在运行中的作用不容忽视。

华北网仅1998年下半年非全相保护动作次数就达5次，其中2次不正确动作。

随着继电保护技术的发展，微机型装置的大批使用，非全相保护的配置、使用也必将有所发展。

希望继电保护专业人员对非全相保护有足够的重视，努力提高非全相保护的可靠性，为系统的安全稳定运行做出应有的贡献。