國(guó)網(wǎng)江西超高壓公司 周璐航 羅志文 張旭剛 張 喻 熊一凡

1 引言

220kV 及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)的線路非全相運(yùn)行時(shí)，一次設(shè)備會(huì)被出現(xiàn)的零序、負(fù)序分量影響，產(chǎn)生極大的危害，嚴(yán)重時(shí)將造成二次設(shè)備越級(jí)誤動(dòng)。在參數(shù)匹配的回間電容耦合情況下非全相線路與其熱備用鄰線可能會(huì)產(chǎn)生較高的諧振過(guò)電壓[1]。因此，斷路器三相不一致保護(hù)的合理性和可靠性顯得尤為重要。目前，斷路器本體非全相保護(hù)的啟動(dòng)判據(jù)單一，僅靠斷路器輔助觸點(diǎn)判斷[2-4]。首先，本文分析了在實(shí)際情況下斷路器本體三相不一致保護(hù)原理、問(wèn)題及不足。其次分析了對(duì)可能造成誤動(dòng)、拒動(dòng)的影響因素進(jìn)行分析，并對(duì)二次回路進(jìn)行改進(jìn)提出了三種改進(jìn)方案，對(duì)今后電力作業(yè)人員分析三相不一致保護(hù)工作起到借鑒作用。

2 計(jì)算過(guò)程

對(duì)于一個(gè)正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， Ifa為系統(tǒng)中線路A 的負(fù)荷電流，若線路A 相因?yàn)槟撤N原因突然斷開(kāi)后，斷相處運(yùn)行狀態(tài)為非全相運(yùn)行，將出現(xiàn)不對(duì)稱電壓，即。對(duì)于此非全相狀態(tài)的處理方法是采用對(duì)稱分量法的思路。

式中：I0表示系統(tǒng)零序電流；IA、IB、IC表示非全相運(yùn)行時(shí)的三相電流；Ifa為正常運(yùn)行時(shí)A 相的負(fù)荷電流；和為系統(tǒng)的正序、負(fù)序和零序阻抗；IA1、IA2、IA0為系統(tǒng)正序、負(fù)序和零序電流；α 為算子，數(shù)學(xué)上表示為單位向量逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)120°，。

當(dāng)不對(duì)稱電壓產(chǎn)生零序電流時(shí)，上文已證明零序電流的大小與負(fù)荷電流有關(guān)，也就是說(shuō)，零序電流的大小與負(fù)荷相關(guān)，負(fù)荷越大零序電流越大。若線路兩端變壓器均有接地中性點(diǎn)，則零序電流可能分流到這些支路。如果長(zhǎng)時(shí)間不對(duì)線路的零序電流和負(fù)序電流響應(yīng)，重負(fù)荷線路的零序保護(hù)受到影響誤動(dòng)作?？紤]到非全相時(shí)保護(hù)可能誤動(dòng)或拒動(dòng)的情況，需要改進(jìn)線路三相不一致保護(hù)。

3 三相不一致保護(hù)的工作原理

目前有兩種斷路器三相不一致保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方式，分別是針對(duì)本體和針對(duì)保護(hù)裝置的三相不一致保護(hù)[5]。目前江西220kV 及以上電壓等級(jí)斷路器非全相保護(hù)均針對(duì)本體，因此本文僅討論第一種方式。

圖1 斷路器非全相回路工作原理

4 隱患分析

一是繼電器或輔助接點(diǎn)誤動(dòng)導(dǎo)致跳閘回路動(dòng)作。壓板投入時(shí)，KT 和KM 的一端相連并與電源負(fù)極形成聯(lián)結(jié)。跳閘回路獨(dú)立于三相不一致回路，若現(xiàn)場(chǎng)存在干擾因素造成繼電器兩端同時(shí)帶電或輔助接點(diǎn)誤動(dòng)導(dǎo)致三相不一致回路誤動(dòng)，則也將導(dǎo)致跳閘回路動(dòng)作。

二是繼電器的性能狀態(tài)不佳導(dǎo)致誤動(dòng)作。一旦回路中出現(xiàn)斷路器三相位置不一致信號(hào)就無(wú)條件啟動(dòng)KT 出口跳閘。

近年來(lái)非全相回路故障頻發(fā)，江西電網(wǎng)220kV及以上斷路器因非全相故障問(wèn)題已發(fā)生10起非計(jì)劃停運(yùn)事件（以下簡(jiǎn)稱“非停事件”），其中繼電器受潮絕緣故障6起，誤碰繼電器1起，輔助斷路器節(jié)點(diǎn)粘連1起，非全相相繼電器回路直流接地故障1起，非全相繼電器老化、振動(dòng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)通1起。

5 三相不一致回路優(yōu)化

方案一：非全相動(dòng)作回路加斷路器位置確定輔助接點(diǎn)。

出口回路增加斷路器位置確定輔助接點(diǎn)如圖2所示。

圖2 出口回路增加斷路器位置確定輔助接點(diǎn)

采用在非全相出口回路出口壓板YB2與KM 節(jié)點(diǎn)間串聯(lián)斷路器CK2、CB2輔助開(kāi)關(guān)接點(diǎn)回路的方式，確定斷路器真實(shí)位置。即使當(dāng)時(shí)間繼電器KT誤動(dòng)時(shí)，只要斷路器位置正常，分閘回路仍然不通，也減小斷路器誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。但該方案只新增了一個(gè)輔助斷路器回路，也增加了因斷路器輔助節(jié)點(diǎn)粘連導(dǎo)致拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)且施工難度較大，部分?jǐn)嗦菲鬏o助開(kāi)關(guān)備用節(jié)點(diǎn)不足。

方案二：只串入合閘位置確定接點(diǎn)。

只串入合閘位置確定接點(diǎn)的非全相回路如圖3所示。

圖3 只串入合閘位置確定接點(diǎn)的非全相回路

方案二是在方案一的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，不考慮分閘狀態(tài)（即斷路器停運(yùn)）后的非全相狀態(tài)，只考慮合閘狀態(tài)（即斷路器在運(yùn)）的非全相狀態(tài)。采取在非全相出口回路出口壓板YB2與KM 節(jié)點(diǎn)間串聯(lián)斷路器CB2輔助開(kāi)關(guān)接點(diǎn)回路的方式，避免非全相回路誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。該方案同時(shí)解決了因繼電器誤碰、繼電器潮濕和輔助節(jié)點(diǎn)粘連導(dǎo)致的非全相誤動(dòng)問(wèn)題，但仍未解決新增斷路器輔助節(jié)點(diǎn)粘連導(dǎo)致拒動(dòng)問(wèn)題。

方案三：采用非全相啟動(dòng)回路原有斷路器位置判斷節(jié)點(diǎn)。

采用非全相啟動(dòng)回路原有斷路器位置判斷節(jié)點(diǎn)如圖4所示。

圖4 采用非全相啟動(dòng)回路原有斷路器位置判斷節(jié)點(diǎn)

方案二未在回路中新增元件及輔助開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，采取非全相回路中原有的斷路器位置輔助接點(diǎn)CK1、CB1，將非全相時(shí)間繼電器啟動(dòng)回路判斷邏輯串入非全相跳閘出口邏輯中，保證實(shí)際出現(xiàn)非全相狀態(tài)時(shí)三相不一致保護(hù)才能出口，避免非全相回路誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。本方案同時(shí)解決了以上問(wèn)題，且此未新增回路元器件，未增加斷路器拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。三種改造方案比選詳見(jiàn)表1。

表1 三種改造方案比選

表1對(duì)提出的三種方案進(jìn)行技術(shù)比較。方案一、方案二均會(huì)增加斷路器拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，且施工難度大。方案三可有效避免大多數(shù)的斷路器非全相回路故障，且施工難度小，不會(huì)增加斷路器拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

6 案例分析

江西某500kV 線路停電，需要對(duì)斷路器本體三相不一致保護(hù)的二次回路進(jìn)行改造優(yōu)化，本文采用方案三思路進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)回路驗(yàn)證了所選方案回路動(dòng)作的正確性與合理性，試驗(yàn)分別進(jìn)行了兩組，A 相分位BC 相合位是為了驗(yàn)證保護(hù)邏輯和回路動(dòng)作正確性；ABC 合位繼電器勵(lì)磁試驗(yàn)是驗(yàn)證外界干擾導(dǎo)致的三相不一致時(shí)開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)對(duì)控制回路的閉鎖作用。江西某500kV 開(kāi)關(guān)三相不一致保護(hù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 江西某500kV 開(kāi)關(guān)三相不一致保護(hù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果

表2結(jié)果顯示了本文所提方案的合理性，可以在一定程度防止繼電器損壞、干擾、電磁或人為因素造成斷路器本體三相不一致保護(hù)誤動(dòng)作。

7 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)斷路器三相不一致保護(hù)的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)誤動(dòng)或拒動(dòng)隱患分析，并在此基礎(chǔ)上提出三種改進(jìn)方案，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了方案的有效性，改進(jìn)后三相不一致保護(hù)動(dòng)作的可靠性得到顯著提高，保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。