断路器三相不一致保护误动分析及防范措施

断路器三相不一致保护误动分析及防范措施

摘要：断路器三相不一致保护是为了防止在220kV及以上电压等级线路中，由

于人为操作或自动重合过程中，存在因三相非同期合闸、单相重合失败等导致的

非全相运行时出现的负序、零序分量危害电气设备，甚至引起断路器越级跳闸情

况的发生。目前，电力系统普遍采用的断路器本体三相不一致保护方案，其起动

回路取自断路器跳合位辅助触点，回路简单，可靠性高。

关键词：断路器；三相不一致；保护误动；防范措施

一、断路器三相不一致保护

（一）对电网安全稳定运行的影响

电网处于三相不一致运行状态时，系统中出现的零序和负序分量会对保护的

动作性能产生影响，甚至引起零序保护误动作，同时也会对发电机、变压器等电

气设备产生一定危害。因此，需断路器三相不一致保护及时跳开三相开关，使系

统恢复对称运行。例如，线路保护中的两段零序过流时间分别取5s和7s。线路

断路器三相不一致动作时间取2s，防止本级线路三相不一致运行时，相邻零序过

流保护误动作。220kV及以上电压等级的电网中，为保持线路在单相接地故障情

况下的输电能力，增强系统稳定性，线路保护通常采用单相跳闸、单相重合的方式，当线路重合于永久性故障时，线路保护再三相跳闸切除故障。因此，对于单

相重合闸的断路器，三相不一致保护动作时间按躲过单相重合闸时间整定，对于

三相重合闸和没有重合闸的断路器，动作时间一般整定为0.5s或1s。例如220kV

双母线主接线的线路断路器，其单相重合闸时间一般整定为0.5s，三相不一致时

间一般整定为2s，母联断路器三相不一致时间一般整定为0.5s；500Kv 3/2主接

线常规完整串的线路单相重合闸一般为边断路器优先重合，中断路器待边断路器

重合成功后再重合，当边断路器和中断路器的重合时间分别整定为0.8s和1.1s时，其断路器三相不一致时间一般均整定为2s。基于上述分析，一方面，断路器三相

不一致保护应尽快动作，使处于三相不一致的系统恢复三相对称状态；另一方面，断路器三相不一致保护应在线路保护单相重合闸等功能动作后再动作。

（二）二次回路可靠性及影响因素

断路器本体三相不一致保护不经零序和负序电流闭锁，直接由断路器辅助触

点（DLA，DLB，DLC）作为启动判据，判据简单，可靠性较低，继电器、接触器

故障或触点误闭合均会导致保护误动作。结合运行经验分析图1中的典型回路，

压板和辅助触点为简单金属构件，可靠性高，寿命周期长。相比较而言，继电器

和直流接触器为精密器件，长期在户外运行，高温、潮湿、极端雨雪天气等因素

的影响易使器件故障或者精度降低。同时，继电器和接触器安装在开关就地控制

柜或机构箱内，设计、选型及运行维护管理均随一次专业，其重要性常常未引起

足够重视。若时间继电器故障，KT触点闭合，导致三相不一致回路误导通，会引

起断路器误跳闸。接触器TX故障也会导致断路器误跳闸。若时间继电器发生动

作时间偏移，三相不一致保护可能在单相重合闸动作之前提前三跳开关，也可能

因延迟动作或拒动作导致相邻线路零序保护动作跳闸。据统计，某省级电网2010—2015年共发生十多起断路器三相不一致保护时间继电器故障或者计时偏移

的缺陷。因此，如何采取措施提升继电器、接触器及断路器三相不一致保护回路

的可靠性对电网安全稳定运行十分重要。

二、故障现象

（一）某220kV变电站220kV线路断路器为ABB公司的SF6断路器，采用南

京南瑞公司CZX-12Ｒ型线路保护柜。2012年7月5日16:54，变电站值班员通过

控制屏旋转开关KK手动将断路器投入空充线路运行，C相正常合闸，而A、B相

不能合闸，造成线路三相不一致运行，主一ＲCS-931B、主二ＲCS-902A保护装置

零序加速元件动作，切除A、B、C三相。

（二）合闸线圈动作实测分析

分别对手合继电器1SHJ和2SHJ进行线圈动作电压及触点动作时间测试，即

在端子两端加上直流电压，测得1SHJ和2SHJ的线圈动作电压分别为142.6V和135.5V，触点动作时间如表1所示。

表1 1SHJ和2SHJ触点动作时间

检查操作箱合闸电流，根据现场整定值1.5A，分别对图1中SHJa、SHJb、SHJc继电器进行动作特性测试，数据如下表2所示:

表2继电器动作特性

图1手动合闸控制电路示意图

三、二次回路改进及运行维护措施

（一）二次回路改进

即使在断路器三相不一致保护回路关键元器件严格选型的情况下，也可能因

为下述原因导致保护不正确动作：①时间继电器绝缘老化故障导致误动作，KＴ

触点误闭合，三相不一致保护出口回路误导通；②接触器ＴＸ受电磁干扰或其他因素影响误动作出口；③个别时间继电器在高温、潮湿的户外环境长时间运行后出现的动作时间偏移；④时间继电器动作时间离散。针对上述问题，本文对断路器三相不一致保护回路进行改进，改进后的回路如图４所示。改进后的回路优点

如下：①在出口回路增加开关辅助触点判据，当至少有一相开关分闸时，回路才能导通，解决了时间继电器KＴ、接触器ＴＸ故障或受电磁干扰误动作的问题；

②增加2个时间继电器，3个时间继电器形成“三取二”回路，解决了单个时间继

电器的时间偏移导致三相不一致保护早于线路保护单相重合闸动作或长时间不动

作的问题。实际运行中，3个时间继电器可采用不同厂家、不同批次的设备，防

止单一家族性缺陷引起三相不一致保护不正确动作。

（二）运行维护措施

在断路器三相不一致保护继电器选型和回路设计改进提升断路器三相不一致

保护动作可靠性的基础上，加强现场对三相不一致保护的运行维护管理，可降低

现场运行的外界环境因素对保护可靠性的影响，提出运行维护管理建议措施如下。1）加强断路器本体三相不一致保护验收管理和备用继电器管理，确保采用检测

合格的继电器，建立设备台帐和检修试验档案。在日常运行维护中详细记录继电

器动作电压、动作时间、开关位置返回时间、保护整组动作时间等关键数据，对

试验数据不合格的装置应立即予以更换。2）做好断路器开关就地控制柜或机构

箱的封堵防漏措施，根据实际运行情况可考虑在开关就地控制柜或机构箱中安装

自动加热除湿装置，保证开关就地控制柜或机构箱内干燥清洁、绝缘良好。建议

在雨季来临前对包括三相不一致保护的户外二次回路系统开展防雨防潮专项检查

工作。3）做好开关辅助触点的运行维护工作。开关辅助触点是三相不一致保护

的唯一启动判据，其可靠性和动作速度与三相不一致保护正确可靠动作密切相关。需定期做好清扫除尘，确保触点信息及时、可靠返回。

四、结论