220kV分相操作断路器非全相保护功能的应用

220kV分相操作断路器非全相保护功能的应用

王琨

（华能新疆阜康热电有限责任公司新疆阜康市831500）

摘要：断路器是发电厂和变电所电气设备中重要的设备之一，国家电网十八项反措中要求220kV及以上电压等级的断路器均应配置断路器本体的非全相保护，本文重点阐述非全相保护的必要性，并针对我公司220kV分相操作断路器非全相保护的应用进行分析。

关键词：断路器；非全相保护；双重化

1.引言

我公司220kV系统两条出线均采用分相操作的断路器，由于设备质量、二次回路或操作等原因，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。下面结合我公司的实际运行情况，就如何配置断路器非全相保护进行阐述。

2.配置非全相保护的必要性

电力系统在运行时，可能会出现非全相运行状态。我公司220kV两条出线重合闸方式均采用单重或综重方式，在线路故障跳闸后重合之前，系统也要处于非全相运行状态。但系统处于非全相运行的时间应有所限制，这是因为：

1）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。

2）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，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，系统自然很快转入正常运行；若重合于故障，断路器三相跳闸，系统也转入正常运行。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。

3）电网要求

电调函[2015]68号文件《国网新疆电力公司电力调度控制中心关于调整220kV断路器本体三相不一致保护动作时间定值的通知》要求：“220kV分相操作断路器本体机构应具备三相不一致保护功能，并装设出口压板及功能压板，三相不一致保护宜按双重化配置”。

因此，综合以上各种因素，应当配置能反映断路器非全相运行状态的非全相保护，作用于跳开已处于非全相运行状态的断路器，并且同时使用两套非全相保护。

3.非全相保护配置的方案

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，该回路可以采用断路器辅助触点组合实现，也可以采用保护操作箱中跳、合闸位置继电器接点组合实现，以下均称为三相不一致接点。目前，专用非全相保护的常见方法有以下几种。

HWJA，HWJB，HWJC分别为断路器A、B、C三相合闸位置辅助接点

TWJA，TWJB，TWJC分别为断路器A、B、C三相跳闸位置辅助接点

LJ为零序（负序）电流继电器辅助接点，SJ为时间继电器

图一非全相保护典型回路

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（LJ）时，这种方案可配置在断路器机构箱内，三相不一致接点采用断路器辅助接点作为判据。该方案较为直观，能够直接反应断路器实际的状态，但由于没有电流判据回路，可靠性相对较差。

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1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。主要问题是零序电流的整定，当线路负荷较小时，非全相保护可能拒动。且该方案不能用于末端变压器中性点不接地运行的线路，因为当线路非全相运行时，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。

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方案类似，仅仅是将闭锁判据由零序电流改负序电流而已，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。较方案2优越之处在于可用于末端变压器中性点不接地运行的线路。

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。三相跳闸位置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。

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，可靠性较差，有电流闭锁的方案提高了安全性，但降低了可依赖性。

4.我公司设备概述

我公司220kV两条线路均采用西安西电高压开关有限责任公司生产的LW25-252/4000A-50KA分相操作式断路器，其中天化线配有许继WXH-803A及WXH-803两套保护装置，池天线配有南瑞PCS-931两套保护装置。断路器本体及保护装置均配有单套非全相保护。《国家电网公司十八项电网重大反事故措施继电保护专业重点实施要求》中规定220kV及以上电压等级的断路器均应配置断路器本体的非全相保护，结合上述几种方案比较，最终确定我公司的配置方案为采用220kV分相操作断路器内部的非全相保护功能（无电流判据），并实现非全相保护的双重化配置，这样既便于断路器本体的回路改造，又提高了断路器本体非全相保护的可靠性。

5.我公司220kV分相操作断路器非全相保护功能的实现

确定配置方案后，首先应退出线路保护中非全相保护功能，避免由于保护装置非全相保护引起的误动或者拒动。

其次，核对我公司220kV分相操作断路器非全相保护功能回路。见图二

1）其中YTB1、YTB2为非全相保护跳闸压板，YTB3为非全相保护功能压板。

2）52A/1[CB（A）CB（B）CB（C）]、52B/1[CB（A）CB（B）CB（C）]取自断路器本体A、B、C相内断路器辅助接点。

3）52T1为断路器A、B、C三相跳闸线圈一。

4）52T2为断路器A、B、C三相跳闸线圈二。

5）47T为时间继电器，整定时间为2S。

6）47TX为中间继电器。

图二我公司断路器本体非全相原理图

由原理图可以看出220kV分相操作断路器共有两个跳闸回路，取自不同的操作电源，但非全相保护公用一个时间继电器及中间继电器，若辅助接点、时间继电器或中间继电器出现故障时非全相保护将失去保护功能，因此无法保证可靠性。

因此为保证断路器本体非全相保护的可靠性，需实现双重化配置。改造后原理图见图三：

1）其中YTB1、YTB2为非全相保护跳闸压板，YTB3、YTB4为非全相保护功能压板。

2）52A/1[CB（A）CB（B）CB（C）]、52B/1[CB（A）CB（B）CB（C）]取自断路器本体A、B、C相内断路器辅助接点。

3）52T1为断路器A、B、C三相跳闸线圈一。

4）52T2为断路器A、B、C三相跳闸线圈二。

5）47T1、47T2为时间继电器，整定时间为2S。

6）47TX1、47TX2为中间继电器。

图三改造后断路器本体非全相原理图

对断路器本体非全相保护回路改造后，增加一组时间继电器、中间继电器及断路器辅助接点，且非全相保护回路电源取自不同的操作电源，从而保证断路器本体两套非全相保护相互独立，互不影响，有效提高了保护的可靠性。

目前我公司220kV天化线断路器已完成改造工作，已通过多次反复的传动试验确定回路的正确性，现已投入运行。220kV池天线断路器由于省调未批准检修工作，待2017年度停电检修时开展断路器本体非全相保护的改造工作。

6.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。经过对我公司220kV分相操作断路器本体的非全相保护功能双重化配置的完善，有效提高了保护的可靠性，避免了改造前由于单一配置下回路元件出现故障造成非全相保护误动或拒动的情况，同时满足了国家电网十八项反措要求和新疆电力公司的相关要求。

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。随着继电保护技术的发展，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。

参考文献：

[1]《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》国家电网公司

[2]《国家电网公司继电保护培训教材》国家电力调度通信中心