一起500kV断路器本体三相不一致动作分析及处理

一起 500kV 断路器本体三相不一致动作分析及处理

刘山河 黎安静 吴朝奎

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局，贵州贵阳 550081

摘要：本文通过对一起复电操作过程中断路器本体不一致动作案例进行分析，研究本体三相不一致动作的原因，发现其二次回路存在设计缺陷。通过分析研究，提出合闸监视回路、防跳回路的设计优化方案，解决了断路器合闸监视回路、防跳回路设计缺陷导致本体三相不一致动作的问题，对电网安全稳定运行具有较大的实践意义。

关键词：三相不一致；合闸回路；防跳回路；监视回路

Analysis and Treatment of a Three-phase Inconsistent Action of 500kV Circuit Breaker

Abstract：This paper analyzes the reason of the inconsistent action of circuit breaker during the power recovery operation, and studies the reasons for the three phases inconsistent action of the breaker. finds there are some design defects of the secondary circuit.Through analysis and research,proposing the design optimization plan of the closing monitoring circuit and the anti-tripping circuit , which solves the problem that the circuit breaker closing monitoring circuit and the anti-tripping circuit design defects cause the three-phase inconsistent operation of the circuit breaker, which is of important significance to the safe and stable operation of power grid.

Key Word:Three-phase inconsistency;Closing circuit;Anti-tripping circuit;Monitoring circuit

0引言

为保证电力系统的安全稳定运行，在220kV及以上电压等级的电网中大多采用分相断路器^[1-2]。系统中出现的负序、零序的电压及电流分量将会对一次设备产生不利影响，同时可能导致二次设备发生越级跳闸故障 ^[3-4]。

断路器三相不一致保护可以通过微机三相不一致保护和本体三相不一致保护来实现，且220kV-500kV断路器优先使用本体三相不一致保护。此次事故发生站点所有220kV-500kV断路器均采用的是本体三相不一致保护，实际运行中存在因二次回路设计不合理、元件运行工况欠佳等导致断路器本体三相不一致保护异常动作的概率较大^[5-8]。所以，针对此次三相不一致保护动作原因的分析，并提出解决断路器本体三相不一致保护异常动作的方法，对电网安全稳定运行具有重要的经济意义和社会意义。

1故障现象及存在的问题

某站 #2B主变500kV侧5013断路器配置有一套断路器本体三相不一致保护及电气量三相不一致保护。

#2B主变检修完毕后，用5013断路器对#2B主变进行充电，监控后台SOE报“2021-01-16 01:08.49.934 #2B主变5013开关本体三相不一致跳闸”，保护0秒启动。现场检查情况断路器汇控箱本体三相不一致信号灯亮，电气量不一致未动作，操作箱两组跳闸灯未点亮，说明此次电气量三相不一致保护仅起动。根据故障现象，对于此次跳闸重点分析以下两个问题：

1）本体三相不一致动作的原因是什么。

2）电气量三相不一致为什么未动作。

2原因分析

2.1 合闸回路的组成

断路器合闸控制回路由操作箱合闸回路（反措要求一台断路器只应使用一套防跳回路，宜采用开关本体防跳，故操作箱防跳回路已取消），汇控箱合闸回路，分相机构箱合闸回路，跳闸位置监视回路，断路器本体三相不一致回路组成。在整个回路中分别串接了弹簧贮能，远方就地把手，SF6压力低闭锁及开关辅接点等，完整合闸回路图如图1所示：

图1：原有完整合闸及位置监视回路图

2.2 录波分析

从录波装置报告采样值可以看出，在断路器合闸瞬间，A、C相最大电流值达到0.105A（二次值）和0.185A（二次值），B相仅为相应的感应电流，且N相零序电流最大值为0.185A。电流持续时间为0.5332S。B相没有合上。如图2所示：

图2：录波装置波形图

2.3 断路器本体三相不一致动作分析

断路器本体三相不一致动作需要满足的动作条件为，断路器任意两相或单相在合闸位置，另一相或两相在分闸位置，在三相不一致时间继电器计时达到整定时间后，驱动三相不一致继电器线圈励磁，本体三相不一致保护动作出口跳开已合上的开关。

从故障现象及保护报文可以看出，断路器在分位时，保护开入量三相跳位开入为1，未报控制回路断线信息，而定检时开关远方分闸正常，就地合闸正常，检修结束后未进行远方合闸操作，因此从故障信息未能判别合闸回路存在问题。对现场图纸分析及故障排查时，发现设计错误，使跳位监视回路独立于合闸回路的各元件在合闸回路中有效接点之外，仅对合闸线圈进行监视，未能对合闸回路所有元件有效接点进行完整监视。结合保护启动时断路器A、C相跳闸位置由1－0－1变化，B相断路器跳闸位置保持跳位1不变的情况，明确B相合闸回路存在故障，回路未导通。分别检查开关气压、储能、防跳继电器均正常。远方就地把手保护“远方”状态，遂对断路器汇控箱B相合闸回路进行对地电位测量，测量X1：610B电位为“0V”，+XB531电位为“－115V”，而X1：610B、+X：531端子接线对应的另一端分别为远方就地把手的7B、8B接线端子，从而确定汇控箱内远方就地把手“远方”节点未导通，导致断路器B相实际未合闸，是造成本次断路器本体三相不一致动作的直接原因。

2.4 电气量三相不一致未动作分析

电气量不一致动作原理为任一相跳位开入且无流，其他相有流无跳位，经零负序电流开放，满足时间定值要求动作。

保护0S启动，A、C相跳位分别在2ms内位置由1变为0，B相无变位，605ms时，C相跳位由0变1，606ms时，A相跳位由0变1，B相无变化。且保护启动40ms后，电流采样A相电流为0.053A（二次值）、C相电流为0.122A（二次值），3I0为0.185A（二次值），电流于启动后40ms出现。如图3所示：

图3：保护报文及波形

通过录波与保护报文分析，录波电流持续时间为0.5332s,保护启动后40MS感受到电流，且保护感受到的电流持续时间为0.4932S，本体三相不一致、电气量不一致时间都整定为0.5S，保护电流在0.4932S时被本体三相不一致动作切断，故电气量三相不一致未动作。

3解决方法

方法一：临时过渡措施——由于复电时间紧，对回路仍然存在的设计缺陷未进行更改，只对远方就地把手故障7B、8B这对接点接线移至远方就地把手17B、18B这对“远方”备用接地点上，使得合闸回路具备导通条件。

方法二：长期有效改进措施——对跳位监视回路进行更改接线，使其能对合闸回路中所使用的各元件有效接点进行监视，防止合闸回路中各元件因长时间运行或其他原因出现问题未及时发现，导致某相合闸失败引起三相不一致动作事件。串、并联防跳回路协同使用^[5]，确保防跳回路不会丢失，同时解决监视回路与断路器本体防跳回路失配问题。改接线如图4所示：

图4：改进后的合闸及位置监视回路

4结语

电力系统中，应对断路器合闸回路中的跳闸监视回路引起重视，使监视回路完整地监视合闸回路完好。为防止上述问题出现，在图纸会审时提出相应的改进要求，解决监视回路与断路器本体防跳回路失配、监视回路对断路器合闸回路监视不完整等问题，有效保障监视回路的完整性和可靠性。

参考文献

[1]常凤然，张洪.高压断路器的非全相保护[J].电力系统自动化，2000，24(11) ：62-64.

[2]赵曼勇.线路非全相运行时保护问题探讨[J]. 继电器，2003，31(7) ：81-83.

[3] 王世阁，陈润晶.几起典型变压器故障案例分析[J]. 变压器，2018，55(7) ：77-82.

[4]徐春新.防跳继电器触点卡滞导致断路器反复跳跃的问题分析[J].电力系统保护与控制，2009，37(12) ：115-117.

[5]徐军、刘长发、袁仁彪、杨波、余超.断路器防跳回路存在的问题及改进方法[J].电气技术,2017,(7).

作者简介：

刘山河（1996-），男，贵州兴义人，助理工程师，从事电力系统变电运检工作

黎安静（1985-），男，贵州遵义人，工程师，从事电力系统变电运检工作

吴朝奎（1976-），男，贵州黎平人，助理工程师，从事电力系统变电检修工作