高壓斷路器的非全相保護論文
摘要：針對中國的電力系統(tǒng)，闡述了配置高壓斷路器非全相保護的必要性，就當前非全相保護的常見方案進行了分析，認為非全相保護以有電流閉鎖為佳;并就3/2斷路器接線的非全相保護的一些問題進行了探討。
關鍵詞：高壓斷路器 非全相保護 電流閉鎖
在220kV及以上電壓等級的電網(wǎng)中，普遍采用分相操作的斷路器，由于設備質量和操作等原因，運行中可能出現(xiàn)三相斷路器動作不一致的異常狀態(tài)，如何消除這種異常狀態(tài)，存在不同認識，各系統(tǒng)也有不同做法。下面結合系統(tǒng)和保護的實際運行情況，就裝設斷路器非全相保護的必要性進行闡述，對當前非全相保護的常見方案進行分析，并對3/2斷路器接線的非全相保護的一些問題進行探討。
1裝設非全相保護的必要性
電力系統(tǒng)在運行時，由于各種原因，斷路器三相可能斷開一相或兩相，造成非全相運行。如果系統(tǒng)采用單重或綜重方式，在等待重合期間，系統(tǒng)也要處于非全相運行狀態(tài)。但是，系統(tǒng)非全相運行的時間應有所限制，這是因為：
a.系統(tǒng)要求。當系統(tǒng)處于非全相運行狀態(tài)時，系統(tǒng)中出現(xiàn)的負序、零序等分量對電氣設備產(chǎn)生一定危害。
b.保護要求。由于出現(xiàn)負序、零序等分量，使得系統(tǒng)中的一些保護可能處于啟動狀態(tài)。例如：目前常用的11系列微機線路保護，當系統(tǒng)由全相變?yōu)榉侨噙\行時，如果保護突變量元件啟動，在判斷無故障后，保護程序轉入振蕩閉鎖模塊，若該線路零序分量數(shù)值大于零序輔助啟動元件定值時，程序將處于振蕩閉鎖狀態(tài)，超過12s時，保護將報告電流互感器(TA)斷線，整套保護中僅余少數(shù)保護功能起作用，嚴重影響保護的可靠性。系統(tǒng)中的負序、零序等分量還可能使一些保護(如零序電流保護)動作跳閘，誤斷開正常運行的線路。
對于系統(tǒng)采用單重、綜重等方式，故障跳閘造成的非全相運行，若重合閘成功，系統(tǒng)自然很快轉入全相運行;若重合于故障，斷路器三相跳閘，系統(tǒng)也轉入全相運行。對這種等待重合的非全相狀態(tài)，系統(tǒng)中的設備和保護必須予以考慮。例如某些保護段可采取提高定值、加大延時等措施，以躲過重合閘周期。
對于因設備質量、回路等問題造成的非全相狀態(tài)，情況要復雜一些。例如，斷路器偷跳一相，由于斷路器位置不對應，重合閘應當啟動，將斷路器重合，而如果斷路器有問題，偷跳相不能重合，該斷路器將非全相運行。對這類非全相狀態(tài)，由設備主保護消除的還不多。仍以11系列微機線路保護為例，如果保護選跳或斷路器偷跳后未重合造成的非全相運行，從保護功能上看，可能僅有不靈敏零序段或靈敏零序段保護起作用，而它們還要受到定值和方向元件的制約，也就是說，線路保護本身對此可能無能為力。
因此，綜合考慮以上各種因素，應當裝設能反映斷路器非全相運行狀態(tài)的非全相保護，作用于跳開已處于不正常狀態(tài)的斷路器。至于目前有些斷路器機構箱中有反映斷路器三相位置不一致的保護，各地可根據(jù)實際情況使用。
2非全相保護的常用方案分析
非全相保護的實現(xiàn)，一般需要反映斷路器三相位置不一致的回路，可以采用斷路器輔助觸點組合實現(xiàn)，也可以采用跳閘位置、合閘位置繼電器的接點組合(該接點組合一般由操作箱給出)實現(xiàn)，以下均稱之為三相不一致接點。目前，專用非全相保護的常見方案有以下幾種。
2.1 三相不一致接點直接啟動時間繼電器
如圖1所示，無電流接點時，這種方案與配置在斷路器機構箱內(nèi)的非全相保護類似，比較簡單，也能起到應有的保護作用。
華北網(wǎng)在反措實施細則中明確要求“非全相保護應直接用斷路器輔助接點作為判據(jù)，取消電流判別回路”。但是，由于斷路器輔助接點的不可靠性及引入電纜運行環(huán)境的影響等因素，運行中發(fā)生了多次非全相保護誤動的事例。如1997年2月1日，華北小營站2212斷路器HWJ的A相，操作箱到斷路器的電纜斷線，最后導致非全相保護誤動�；谶\行實踐，我們認為該方案的安全性值得懷疑。
2.2 三相不一致接點串接零序電流繼電器接點后啟動時間繼電器
如圖1所示，該方案與2.1節(jié)方案相比，增加了零序電流閉鎖判據(jù)，安全性有了很大的提高。由于零序電流較易獲得，該方案在系統(tǒng)中獲得了比較廣泛的應用。主要問題是零序電流的整定。目前，河北電網(wǎng)一般按躲過正常負荷下的不平衡電流整定(一次值約為100A)，但是顯然地，當線路負荷較小時，非全相保護可能拒動。例如:1999年1月21日河北里縣站里章線242斷路器，因手跳繼電器A相絕緣擊穿，造成線路非全相運行，非全相保護拒動，后值班人員手動拉開B相、C相。非全相保護拒動的原因是該線路負荷較小，非全相運行時的零序電流達不到定值(一次值為120A)。該方案的另一問題是，不能用于末端變壓器中性點不接地運行的輻射線路，因為當輻射線路非全相運行時，系統(tǒng)中僅出現(xiàn)負序分量，無零序電流流過該線路，這種方案的非全相保護自然要拒動。例如，1998年8月13日河北孫村站孫任線263斷路器，在線路故障重合時，因重合閘接點問題，C相未重合，造成非全相運行，但非全相保護拒動，就是因為在當時的系統(tǒng)運行方式下，孫任線單帶任東站運行，任東站主變220kV側中性點未接地運行，263斷路器非全相時，線路無零序電流。目前，微機型保護裝置中，CSI101/121采用此方案，屬于傳統(tǒng)非全相保護的微機化產(chǎn)品，三相不一致接點為開關輸入量，經(jīng)內(nèi)部零序電流判別，延時出口。
2.3 三相不一致接點串接負序電流繼電器接點后啟動時間繼電器
該方案與2.2節(jié)方案類似，僅電流判別采用負序分量，一般用于負序電流較易獲得的情況，例如發(fā)電機—變壓器組成套保護中。負序電流也可按躲過正常運行時的不平衡電流整定，當負荷較小時，也可能拒動。較2.2節(jié)方案優(yōu)越之處在于可用于末端變壓器中性點不接地運行的輻射線路。目前微機型保護裝置中，WFBZ—01沿用此方案。
2.4 三相位置接點與無流判據(jù)組合后啟動時間繼電器
隨著微機型保護裝置的發(fā)展，非全相保護的電流判據(jù)，乃至其構成，均趨于多樣化。僅舉目前應用比較廣泛的LFP—921裝置中的非全相保護的`構成進行分析。
如圖2所示，三相跳閘位置繼電器的接點作為開關輸入量引入裝置，當任一相TWJ動作且無電流時，確認該相斷路器在跳開位置，當任一相斷路器在跳開位置而三相不全在跳開位置時，若控制開關在合后，則確認為三相不一致，經(jīng)延時跳閘。
該方案的優(yōu)點在于適用性廣，可應用于各類情況。缺點仍如前述，在負荷較小時，非全相保護可能拒動，但無電流門檻可以整定得較低，靈敏度比零序、負序電流閉鎖的方案要高。目前LFP—921裝置無電流的門檻固定為0.06In。
綜合比較以上幾種方案，只采用三相不一致接點的方案簡單，但安全性較差，有電流閉鎖的方案提高了安全性，但降低了可依賴性。在采用有電流閉鎖的方案時，若負荷較小，非全相保護必然拒動，但考慮到此時系統(tǒng)所承受的負序、零序分量必然很小，對系統(tǒng)和保護的運行已無大礙，且在這種情況下，也有相應的燈光信號指示運行值班人員，可以人工處理。因此，非全相保護以有電流閉鎖為佳，電流閉鎖的定值應考慮系統(tǒng)和保護的承受能力，盡量低一些。
33/2斷路器接線的非全相保護
對3/2斷路器接線的變電站，非全相保護的配置可以按斷路器配置，也可以按線路(變壓器)配置。
按斷路器配置時，如果采用第2.1節(jié)所述的方案，則各斷路器均可獨立設置。但如前所述，此方案的安全性存在問題，如果增加電流閉鎖，無論是零序、負序，均又分2種情況：1）電流用線路電流，即和電流，各斷路器三相不一致接點均串聯(lián)線路的零序(負序)電流繼電器接點，中間斷路器使用兩線路電流繼電器的接點并聯(lián)作為電流判據(jù)。此時，若僅某一斷路器出現(xiàn)非全相，而另一斷路器未同時出現(xiàn)非全相，或兩斷路器斷開相不同時，則仍維持各斷路器的正常運行。零序、負序電流可按前述方法整定。該方案的主要問題是組屏接線較復雜，安裝單元劃分不很清晰。2）電流用斷路器電流。該方案的主要問題是零序、負序電流的整定。由于斷路器在正常運行時，兩斷路器負荷可能分配不均衡，斷路器的零序、負序電流已經(jīng)很大，在這種情況下，零序、負序電流 閉鎖的方案應該說是不可取的。目前比較可行的方案是第2.4節(jié)提到的諸如LFP—921非全相保護的采用無流判據(jù)的方案。
按線路(變壓器)配置時，三相不一致接點為兩斷路器的接點串聯(lián)，電流閉鎖自然使用線路(變壓器)電流。例如河北西柏坡電廠發(fā)電機—變壓器組的非全相保護，配置在發(fā)電機—變壓器組成套保護柜中，電流閉鎖用發(fā)電機—變壓器組的負序電流，引入兩斷路器的串聯(lián)的三相不一致接點。這種配置方式與按斷路器配置使用線路電流閉鎖的情況類似。
比較上面的兩種配置方式，各有優(yōu)缺點。考慮到斷路器非全相時，必須停用才能處理，同時考慮二次接線的簡潔、清晰，非全相保護以按斷路器配置為好，電流閉鎖采用斷路器電流的有無作為判據(jù)。
4結語
電力系統(tǒng)的非全相運行存在很多復雜的問題，在系統(tǒng)非全相運行時，許多保護需采取技術措施，以保證保護的正確動作，非全相保護僅是為限制非全相運行的時間所配置的輔助保護。根據(jù)上面的分析，非全相保護應當裝設并考慮使用電流閉鎖。對3/2接線，非全相保護宜按斷路器配置，使用無流判據(jù)。
非全相保護不是電力系統(tǒng)的主保護，但它在運行中的作用不容忽視。華北網(wǎng)僅1998年下半年非全相保護動作次數(shù)就達5次，其中2次不正確動作。隨著繼電保護技術的發(fā)展，微機型裝置的大批使用，非全相保護的配置、使用也必將有所發(fā)展。希望繼電保護專業(yè)人員對非全相保護有足夠的重視，努力提高非全相保護的可靠性，為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行做出應有的貢獻。
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