桑嘉薺

（國(guó)網(wǎng)寧夏石嘴山市供電公司）

0 引言

目前，220kV及以上電壓級(jí)的分相式運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要在電網(wǎng)中運(yùn)行。若斷路器有三相、不一致動(dòng)作及相缺陷操作，則系統(tǒng)中負(fù)序及零序部分會(huì)對(duì)初級(jí)設(shè)備產(chǎn)生不利影響，造成次級(jí)設(shè)備故障。對(duì)于三相，為了防止受電弓運(yùn)行時(shí)動(dòng)作不一致，在受電弓內(nèi)部增加一個(gè)三相不一致的電路，以便控制三相電路的三相開度，而在實(shí)際運(yùn)行中，由于受電弓運(yùn)行狀態(tài)不一致，受電弓的保護(hù)不一致，在不同的情況下，電源開關(guān)會(huì)出現(xiàn)很多故障。分析了斷路器三相不一致保護(hù)故障，無(wú)錫供電局、珠海供電局認(rèn)為三相不一致保護(hù)故障，是因繼電錯(cuò)誤引起。國(guó)網(wǎng)吉北電力有限公司、佛山供電局提出，從優(yōu)化二次協(xié)調(diào)的角度出發(fā)，應(yīng)調(diào)整維護(hù)周期，以防止三相不一致保護(hù)故障。對(duì)上述措施的研究與分析主要集中在研究中提出的二次電路優(yōu)化系統(tǒng)存在缺陷，即裝置不能防故障、自維護(hù)，不能立即達(dá)到保護(hù)信號(hào)，也不能防止合閘線圈長(zhǎng)期燒損。

1 斷路器本體三相不一致保護(hù)原理

斷路器是指在正常的開關(guān)狀態(tài)下，能夠產(chǎn)生、輸送和中斷電流，并且能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生、輸送和停止電流的開關(guān)。根據(jù)使用范圍的不同，斷路器分為高、低壓。但高低壓極限的區(qū)別是相當(dāng)模糊的，因此通常稱3kV以上的為高壓電器設(shè)備。

實(shí)用新型斷路器可用于分配電能，啟動(dòng)極少異步發(fā)動(dòng)機(jī)，保護(hù)電源線和發(fā)動(dòng)機(jī)，在過(guò)載、短路、欠壓等嚴(yán)重干擾情況下，自動(dòng)切換電路，在現(xiàn)有斷電情況下無(wú)需更換元件。目前，已獲得了廣泛的應(yīng)用。

斷路器三相不一致保護(hù)的原理如圖1所示［1］。三相輔助電路開關(guān)的常開觸點(diǎn)是QF1A、QF1B、QF1C。常開觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)先并聯(lián)后再與三相輔助開關(guān)QF1A、QF1B、QF1C進(jìn)行串接。當(dāng)斷路器的三相分接點(diǎn)與合閘狀態(tài)出現(xiàn)差異時(shí)，至少有一個(gè)相位輔助開關(guān)在此時(shí)處于常閉觸點(diǎn)的并聯(lián)支路、常開觸點(diǎn)的并聯(lián)支路處于閉合狀態(tài)，連接支路的是兩個(gè)支路的連接，時(shí)間繼電器K7在設(shè)定了K7恒功率之后，K7常閉常開觸點(diǎn)K7-1、繼電器Q7合閘，控制常開觸點(diǎn)Q7-1、Q7-2、Q7-3合閘，開關(guān)接收三相指令。

圖1 三相不一致保護(hù)回路示意圖

另外，有些斷路器共享輸出繼電器，采用了遠(yuǎn)程手動(dòng)分配、本地手動(dòng)分配和不一致保護(hù)，見(jiàn)圖2。

圖2 三相不一致保護(hù)與手分回路共用出口繼電器示意圖

2 誤動(dòng)典型故障原因分析

2.1 繼電器質(zhì)量缺陷

2.1.1 繼電器回路間擊穿

2011～2018年間，5個(gè)省份出現(xiàn)了5例三相不一致的GL系列保護(hù)誤動(dòng)。失敗是由于繼電器電路的損壞。就500kV變電站中550kV開關(guān)而言，經(jīng)下列檢查確定：A1和15個(gè)接線柱之間的三相不一致繼電器（編號(hào)KO7），導(dǎo)致相線不完整，使斷路器偷跳。圖3中顯示的是繼電器的內(nèi)部擊穿圖，圖4中顯示了誤差循環(huán)控制圖。

圖3 故障繼電器內(nèi)部擊穿圖

圖4 繼電器故障回路示意圖

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，K07擊穿故障是由于A1端子的連接器固定截面存在的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)所導(dǎo)致的，見(jiàn)圖5圓形框架。

圖5 繼電器PCB電路板

該固定橫擔(dān)可能帶來(lái)如下問(wèn)題：

1）固定橫擔(dān)與PCB完全接觸是困難的。固體十字板與PCB板之間有空隙，極易積塵積濕，積塵積濕（潮氣）不易自行散開。使得PCB電路板和固定橫擔(dān)的接觸面的絕緣能力大大下降，對(duì)15端子和A1端子的絕緣能力也造成了直接影響，使其發(fā)生退化。在電場(chǎng)影響下，電腐蝕問(wèn)題在接觸面就會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)還會(huì)發(fā)生貫穿性擊穿問(wèn)題［2］。

2）固定橫擔(dān)的絕緣強(qiáng)度較低，其表面的螺絲和防潮性能差，會(huì)造成污染和受潮，從而降低A1與15線夾之間的絕緣度。

3）在焊接過(guò)程中，固體橫擔(dān)的擠壓會(huì)造成PCB正面的焊錫外溢起毛，使得電場(chǎng)局部發(fā)生畸變，PCB電路板的絕緣水平也隨之降低。

2.1.2 時(shí)間繼電器延時(shí)回路故障

一臺(tái)500kV變電站中的252kV斷路器跳閘，經(jīng)檢查故障是由于時(shí)間繼電器延遲回路損壞造成的，若三相開關(guān)繼電器損壞，實(shí)際開機(jī)時(shí)間為20ms，則繼電器損壞后抗EMI性能下降。由于受EMI影響，交叉電路中的繼電器結(jié)點(diǎn)被破壞，導(dǎo)致三相保護(hù)功能不一致。

2.2 繼電器受潮

通過(guò)對(duì)一例500kV變電站550kV斷路器的故障分析，發(fā)現(xiàn)故障原因如下：開關(guān)缺相循環(huán)K35第二組插

頭之間發(fā)現(xiàn)氧化銅綠，絕緣下降擊穿導(dǎo)通，啟動(dòng)第二組全相輸出繼電器，三相斷路器無(wú)故障跳變。

2.3 二次線纜破損或老化

在2016～2018年間，某省發(fā)生了4起由保護(hù)三相不一致回路導(dǎo)致繼電器受潮誤動(dòng)事故。結(jié)合一個(gè)220kV變電站252kV斷路器跳閘的實(shí)例，通過(guò)下列檢查，找出了故障的原因：三相位置不一致，繼電回路中電纜安裝質(zhì)量不合格，造成電纜損壞。與此同時(shí)，吊箱防水防潮性能較差，在圖6所示的電纜破損部位，產(chǎn)生了很重的銅銹。故障發(fā)生前，該地區(qū)下過(guò)雨，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的水被濕氣嚴(yán)重影響，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)進(jìn)水受潮嚴(yán)重，以及生銹部件的支架被損壞，導(dǎo)致繼電器電路的導(dǎo)電三相位置不一致，如圖7所示，最終導(dǎo)致電源開關(guān)三相啟動(dòng)。最終引起斷路器三相跳閘。

圖6 二次線纜破損并產(chǎn)生銅銹

圖7 三相不一致保護(hù)異常導(dǎo)通示意圖

3 斷路器本體三相不一致保護(hù)改進(jìn)措施

由于保護(hù)體的三相保護(hù)環(huán)不一致，在跳動(dòng)后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，在跳動(dòng)之前發(fā)出相應(yīng)的繼電器的觸發(fā)信號(hào)也會(huì)消失，造成誤操作后不能及時(shí)準(zhǔn)確地找到原因。

改進(jìn)措施如下：

1）在斷路器設(shè)備的采購(gòu)階段，應(yīng)選擇性能良好、制造經(jīng)驗(yàn)成熟的繼電系統(tǒng)的制造商。不應(yīng)選擇高故障率繼電器，推薦使用電磁繼電器，以免在操作過(guò)程中出現(xiàn)故障。

2）在斷路器調(diào)試階段，電路絕緣電阻不小于10MQ，采用2500V兆歐表測(cè)量。檢查繼電器的電壓、電流和時(shí)間特性，確保其各項(xiàng)參數(shù)符合工藝要求。

3）斷路器竣工驗(yàn)收后，驗(yàn)收單位應(yīng)控制繼電器的工作環(huán)境。為了檢查繼電器端子的密度，必須將接線盒的螺栓孔，電纜孔和其他部位堵住。

4）在斷路器的操作和維修階段，操作和維修組應(yīng)確保繼電器操作終端的加溫和除濕裝置工作可靠。必要時(shí)，可根據(jù)需要安裝一個(gè)抽濕型除濕機(jī)。

5）操作和維修設(shè)備的單位應(yīng)與維修開關(guān)斷路器相結(jié)合，對(duì)相對(duì)隔離電阻、運(yùn)行電壓、運(yùn)行時(shí)間和其他參數(shù)進(jìn)行定期測(cè)試。保證二次回路的絕緣電阻沒(méi)有明顯下降（與交流值比較），電源電壓在55%～70%額定直流電壓范圍內(nèi)，時(shí)序延時(shí)特性滿足調(diào)整要求。

斷路器三相不一致二次電流優(yōu)化的原則是：斷路器的常閉輔助觸點(diǎn)與三相不一致斷路器的輸出觸點(diǎn)和正電源電路之間串聯(lián)，只有三相不一致的保護(hù)功能設(shè)于板外（三相不一致時(shí)繼電器和輸出繼電器電路回路共用）；輸出繼電器具有自我保持功能。

圖8顯示了三相不一致的保護(hù)環(huán)優(yōu)化原理圖。K7是三相時(shí)間不一致的繼電器，Q7是三相不一致的輸出繼電器，LP是三相不一致的壓板，S1是復(fù)位鍵。其中，Q7輸出繼電器與常開Q7-4組成一個(gè)獨(dú)立電路，在三相保護(hù)不一致時(shí)，具有自我約束功能。

圖8 三相不一致保護(hù)回路示意圖（優(yōu)化后）

圖9顯示了三相不一致保護(hù)和手動(dòng)支路環(huán)的優(yōu)化示意圖。K7是三相不一致時(shí)間繼電器，Q7是三相不一致輸出繼電器，M是新增加的不一致輸出繼電器。

圖9 三相不一致保護(hù)與手分回路共用出口繼電器示意圖（優(yōu)化后）

4 注意事項(xiàng)

從故障案例中可以看出，設(shè)定以上兩種保護(hù)裝置的理由是：發(fā)電機(jī)組有人運(yùn)行，電網(wǎng)聯(lián)接與分接是從站操作，電工和維護(hù)人員必須在現(xiàn)場(chǎng)，三相不一致的保護(hù)人體在超低負(fù)荷時(shí)，由于裝置缺相運(yùn)行的機(jī)理，導(dǎo)致斷路器三相不一致，斷路器不能動(dòng)作，系統(tǒng)零序和負(fù)序電流小，對(duì)發(fā)電機(jī)的損壞較小，不會(huì)引起下一線路的零序保護(hù)，微機(jī)三相不一致的保護(hù)一直在運(yùn)行，如果電流大到危及系統(tǒng)安全，可啟動(dòng)防故障隔離開關(guān)，這就是為什么在這種情況下，當(dāng)電源開關(guān)三相不一致時(shí)，允許現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員緊急處理電源開關(guān)，而不允許發(fā)電機(jī)超低負(fù)荷運(yùn)行，不能低于低壓。在使用過(guò)程中，可采用三相微機(jī)不一致保護(hù)，使主體退出三相不一致保護(hù)，避免不必要的誤操作。

以該故障保護(hù)為例，斷路器故障保護(hù)電流元件最小值為0.1A，所以在初期并網(wǎng)、斷路器電流低于0.1A時(shí)，斷路器故障保護(hù)也不能啟動(dòng)，本體三相不一致保護(hù)也沒(méi)有必要啟動(dòng)故障保護(hù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)斷路器三相不一致保護(hù)的原理、故障產(chǎn)生的主要原因及其改進(jìn)措施進(jìn)行了詳細(xì)地論述。在一些地方推廣應(yīng)用了相應(yīng)的三相不一致回路保護(hù)改進(jìn)措施，對(duì)主流廠家的220kV及以上電壓回路進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。經(jīng)調(diào)試的斷路器在近一年的運(yùn)行中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)三相不一致的保護(hù)缺陷，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。