一例220 kV断路器三相不一致保护误动作问题分析

叶炎锋

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529000）

0 引言

断路器三相不一致保护在电网运行中能减小断路器三相不一致时对系统造成的危害，将出现三相不一致的断路器退出运行，保证系统的正常运行，但如果三相不一致保护误动也会引起线路不必要的跳闸。在新设备投运前验收或日常的定检工作中，需要以严谨的工作态度，严格把关，确保保护动作的正确性。

1 断路器三相不一致保护浅议

1.1 三相不一致保护原理

采用分相操作机构的断路器在运行中由于各种原因，断路器三相可能断开一相或两相，造成三相不一致（即非全相运行）。断路器三相不一致会导致零序、负序电流较大，如果这些零序、负序电流持续很长时间，就会导致重负荷线路的零序保护四段越级误动作。因此，装设断路器三相不一致保护的作用是恢复断路器三相全相运行，避免上述情况的出现。断路器本体三相不一致保护的接线是将A、B、C相的断路器分闸位置辅助常闭触点、合闸位置辅助常开触点分别并联后再串联，然后串联入延时时间继电器，经过时间延时启动三相不一致保护继电器，通过三相不一致保护继电器的接点跳开三相开关，构成自保持并发出遥信信号，直到手动复归信号，如图1所示。

图1 断路器三相不一致保护原理图

当开关出现三相不一致时，由TWJ、HWJ组成的回路接通，如果压板投入，此时，时间继电器ST带电，经过时间继电器延时后接点闭合，中间继电器ZJ带电，中间继电器常开接点闭合，一方面启动开关A、B、C相跳闸，切除三相不一致回路电源，时间继电器失电返回；另一方面启动重动中间继电器1ZJ，1ZJ的作用是启动红色跳闸信号灯并自保持，同时发出三相不一致动作后台信号，通知值班或监控人员及时处理和手动复归信号。

1.2 断路器三相不一致保护配置及特点

断路器三相不一致保护有两种：（1）断路器本体的三相不一致保护；（2）保护装置的三相不一致保护。

当线路刚启动或运行电流很小时，如果恰好此时出现断路器非全相运行（三相不一致），由于装置保护的三相不一致保护要经零序或负序电流闭锁，此时零序或负序电流小到不足以令启动元件动作，那么，保护装置的三相不一致保护可能不会动作。断路器本体三相不一致保护就显得非常重要了。不过，断路器本体三相不一致保护也有其缺点，断路器本体非全相保护仅用断路器的辅助触点作为启动判据，没有采用其他条件来闭锁保护，容易误动作。当天气潮湿时，在户外运行的断路器容易出现三相不一致保护启动、回路两点接地的现象，从而造成非全相保护误动作。为了避免此类现象的出现，现在的断路器机构箱和端子箱都装设有智能加热器。

1.3 断路器三相不一致保护与自动重合闸的配合

三相不一致时间应躲过单相重合闸时间加开关固有动作时间，一般按2 s或接近2 s整定，对于220 kV开关不应低于1.4 s（重合闸动作时间0.6 s+开关返回时间0.8 s），500 kV开关不应低于1.8 s。

2 一例因断路器三相不一致保护误动的案例分析

2.1 事件发生简况

2017年6月，新建220 kV孟槐变电站工程进入验收阶段，在检验220 kV孟恩甲线重合闸单跳单重功能过程中，发现220 kV孟恩甲线2709开关在A相先跳开时，B相、C相均曾出现未到不一致动作延时就偷跳的现象（现场整定三相不一致启动时间继电器的延时为2 s）。在反复试验过程中，这种现象出现的概率并不是100%，且其他3条220 kV线路也偶尔存在同样的现象。正因为故障现象并不是常态存在，给排查带来了更大的困难。为找出原因，只好每条线路每相开关逐一反复试验。

2.2 偷跳现象原因排查

在检验220 kV孟恩甲线2709开关重合闸单跳单重功能过程中，对保护装置加量传动，模拟线路A相故障，保护动作出口跳闸，220 kV孟恩甲线2709开关A相跳闸，但最后结果是2709开关A、B、C三相都在分闸位置，重合闸没有动作，没有得到预计单跳单重的结果。查看故障录波信息，可以看出，当220 kV孟恩甲线2709开关A相保护动作跳闸后，约192 ms，B、C相也跳闸了，检查保护装置及后台，只有A相保护动作信息，未见有B、C相保护动作信息，检查220 kV孟恩甲线操作箱：A相跳位指示灯亮，B、C相跳位指示灯均不亮。初步判断保护动作是正确的。但为什么B、C相保护没动作也分闸了呢？为了查找出原因，我们决定分两段来排查。

首先检查的是保护装置及跳闸出口回路。我们采用的是重复刚才检验220 kV孟恩甲线重合闸单跳单重的方法，在端子排解开B、C相跳闸出口端子，一人负责加量传动，一人负责测量记录B、C相跳闸出口端子是否有正电压。结果220 kV孟恩甲线2709开关A相保护动作跳闸时，B、C相跳闸出口端子没有正电压，但最终状态还是A、B、C三相都是在分闸位置。这样我们基本可以判断220 kV孟恩甲线保护装置及出口回路没有存在误动。

然后把检查重点缩窄至开关机构箱。根据前面的现象，我们把重点放在非全相保护回路。第一步，先把开关机构三相不一致跳闸出口Ⅰ压板退出，重复单跳单重试验方法，结果还是A、B、C三相都分闸。第二步，把开关机构三相不一致跳闸出口Ⅱ压板退出，重复单跳单重试验方法，结果也是A、B、C三相都分闸。第三步，把两个跳闸回路出口压板同时退出，重复单跳单重试验方法，结果A相正常跳闸，B、C两相均不动。可以判断开关机构箱非全相跳闸回路没有误动，进一步把重点缩窄到非全相保护回路。该回路的元件中，检查开关辅助触点没有问题，那么就时间继电器和三相不一致启动出口继电器存在较大疑点。通过对比前面几次试验的数据，发现B、C相开关都是在A相跳闸后的200 ms左右分闸的，这在很大程度上跟时间继电器有关，该时间继电器整定的动作时间是2 s。专门针对非全相保护回路的时间继电器延时闭合接点动作时间进行测量，发现它的动作时间非常不稳定，有时是2 000 ms，有时200 ms左右。

2.3 原因分析

从上述对非全相保护回路的时间继电器延时闭合接点动作时间测量可以判断，由于开关机构箱非全相保护回路的时间继电器延时闭合接点的动作时间有时不符合整定的时间要求，导致开关单相跳闸后，200 ms左右，非全相保护动作跳开其他两相。

厂家将该类继电器返厂试验，3个月后，给出以下结论：2017年7月，我司接到现场反馈，某站正在安装的LTB245E1-1P断路器在进行非全相试验时，首次上电时个别时间继电器会发生不经设定的时间延时而直接动作，现场初步确认时间继电器可能存在问题，并将继电器返回供应商分析，最终形成如下报告。

2.3.1 故障现象

时间继电器第一次通电时不经设定的时间延时而直接动作，即瞬动；而从第二次通电开始，恢复到正常的延时动作。如果断电超过5 min，再次操作还会发生瞬动。

2.3.2 工作原理

该时间继电器为单片机控制型时间继电器，其信号通道为：外部电源信号→单片机→芯片→光耦→继电器。

2.3.3 故障原因

对返厂产品进行反复试验比对，发现在上电瞬间有一个干扰信号给到光耦从而引发继电器动作。

时间继电器中芯片CF775由于生产批次不同，输出脚在出厂过程中对I/O口的缺省定义有的是高电平有的是低电平，初始设计是按照低电平设计的，在第一次上电以及断电5 min以上时，单片机中触发初次上电初始化动作，该动作与I/O口缺省值相同，所以出现了缺省值为高电平的产品有高电平的脉冲输出；在断电5 min之内的上电因为电路中电容的存在有少量的电，CF775芯片在很低的电压下保存内部EEPROM的存储数据源，在短时间启动后还是记忆的上一次EEPROM数据，所以导致在短时间内上电不会出现初次上电的瞬动现象，而时间继电器过了一定的时间（大约5 min）电路中的电基本放掉后，CF775芯片的EEPROM数据重新复位，所以会出现初始状态的现象。

2.4 整改措施

在新建220 kV孟槐变电站工程的验收报告中，220 kV线路开关三相不一致保护偶尔出现误动现象被定义为A类问题，必须完成整改后才能投运。验收人员在2017年6月25日已确认时间继电器存在问题，反映给上级部门，厂家到场后，给出两种方案：一是重新设定整定时间再调试，二是更换新的同类型的时间继电器再调试。我们怀疑此类型时间继电器存在质量问题，要求厂家弃用原来的拨码式时间继电器，更换为另一种型号的拨轮式时间继电器。更换新的继电器以后，将动作时间整定为2 s，反复试验，结果正确率100%。安装在非全相保护回路再进行试验，未再发现异常现象。本项工作有效防范了设备运行过程中单相瞬时故障跳闸后引起的三相误跳事故，确保了电网的安全稳定运行。

3 结果验证

220 kV孟槐变电站于2017年7月投运，截至2018年8月，220 kV线路共出现3次单相故障保护动作跳闸，3次都重合成功。

2018年7月—8月，220 kV孟槐变电站4条220 kV线路轮停，继保专业完成保护定检工作，结果正常。

2018年7月初，公司生产技术部发文，要求全面排查并更换此批次的时间继电器。

4 结语

在新设备投运前的验收工作中，检验220 kV线路重合闸单跳单重功能时，偶然发现该线路在A相先跳开时B相、C相均曾出现未到不一致动作延时就偷跳的现象，本着认真严谨的工作态度，通过深入排查，分析出开关机构箱非全相保护回路的时间继电器延时闭合接点的动作时间有时不符合整定的时间要求，属于产品质量问题，并反映至厂家，及时更换了同批次产品，有效防止了设备误动，确保了电网安全稳定运行。