討論3/2接線(xiàn)方式下的斷路器保護(hù)

斷路器保護(hù)主要包括:斷路器失靈保護(hù)、自動(dòng)重合閘、充電保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、三相不一致保護(hù)和瞬時(shí)跟跳。本文主要討論3/2接線(xiàn)方式下的斷路器保護(hù)。

一、斷路器保護(hù)裝置的配置

一般在雙母線(xiàn)、單母線(xiàn)接線(xiàn)方式中，輸電線(xiàn)路保護(hù)要發(fā)跳閘命令時(shí)只跳線(xiàn)路本端的一個(gè)斷路器，重合閘自然也只重合這一個(gè)斷路器，所以重合閘按保護(hù)配置是合理的。

在3/2接線(xiàn)方式中把失靈保護(hù)、自動(dòng)重合閘、三相不一致保護(hù)、死區(qū)保護(hù)和充電保護(hù)做在一個(gè)裝置內(nèi)，這個(gè)裝置即稱(chēng)為斷路器保護(hù)。

二、斷路器失靈保護(hù)

斷路器失靈保護(hù)是指故障電氣設(shè)備的繼電保護(hù)動(dòng)作發(fā)出跳閘命令而斷路器拒動(dòng)時(shí)，利用故障設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作信息與拒動(dòng)斷路器的電流信息構(gòu)成對(duì)斷路器失靈的判別，能夠以較短的時(shí)限切除同一廠站內(nèi)其他有關(guān)的斷路器，使停電范圍限制在最小，從而保證整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，避免造成發(fā)電機(jī)、變壓器等故障元件的嚴(yán)重?zé)龘p和電網(wǎng)的崩潰瓦解事故。

一般在220kV及以上斷路器上配置斷路器失靈保護(hù)功能，部分重要的110kV斷路器也會(huì)配置失靈功能。以下詳細(xì)分析：3/2接線(xiàn)方式下的斷路器失靈保護(hù)。

如圖1所示，在3/2接線(xiàn)方式下，如果在線(xiàn)路2發(fā)生短路，線(xiàn)路保護(hù)跳開(kāi)5021和5022斷路器。假如5021斷路器失靈，為了短路點(diǎn)的熄弧，5021斷路器的失靈保護(hù)應(yīng)將500kVⅠ母上所有的斷路器（圖中5011、5031斷路器）都跳開(kāi)。

圖1 500kV變電站3/2接線(xiàn)方式簡(jiǎn)圖

如果在500kVⅠ母上發(fā)生短路，母線(xiàn)保護(hù)動(dòng)作跳母線(xiàn)上所有斷路器。假如5021斷路器失靈，5021斷路器的失靈保護(hù)應(yīng)將5022斷路器跳開(kāi)，并發(fā)遠(yuǎn)方跳閘命令跳線(xiàn)路2對(duì)側(cè)的斷路器。（如連接元件是變壓器，則跳開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器）

所以邊斷路器的失靈保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)該跳開(kāi)邊斷路器所在母線(xiàn)上的所有斷路器和中斷路器并啟動(dòng)遠(yuǎn)方跳閘功能跳與邊斷路器相連的線(xiàn)路對(duì)側(cè)斷路器（或跳變壓器各側(cè)斷路器）。

如果在線(xiàn)路2上發(fā)生短路，線(xiàn)路保護(hù)跳5011和5021兩個(gè)斷路器。假如5022斷路器失靈，5022斷路器的失靈保護(hù)應(yīng)將5023斷路器跳開(kāi)，并發(fā)遠(yuǎn)方跳閘命令跳2號(hào)主變各側(cè)斷路器，這樣短路點(diǎn)才能熄弧。

所以中斷路器的失靈保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)該跳開(kāi)它兩側(cè)的兩個(gè)邊斷路器，并啟動(dòng)遠(yuǎn)方跳閘功能跳與中斷路器相連的線(xiàn)路對(duì)側(cè)斷路器（或跳變壓器各側(cè)斷路器）。

圖2 失靈保護(hù)動(dòng)作原理圖

如果上述失靈保護(hù)不起動(dòng)遠(yuǎn)方跳閘功能，則利用線(xiàn)路的后備保護(hù)雖然可以切除對(duì)側(cè)斷路器，但將加長(zhǎng)故障切除時(shí)間。而且中斷路器失靈保護(hù)基本上都具有失靈動(dòng)作起動(dòng)遠(yuǎn)方跳閘功能。

雙母線(xiàn)接線(xiàn)方式下的斷路器失靈動(dòng)作過(guò)程就不再贅述，要比3/2接線(xiàn)方式簡(jiǎn)單點(diǎn)。

三、關(guān)于自動(dòng)重合閘

1、自動(dòng)重合閘順序的要求

在圖1中，如果線(xiàn)路2發(fā)生短路，線(xiàn)路2的保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)5021和5022斷路器，重合閘自然也要合這兩個(gè)斷路器。考慮有可能重合于永久性故障線(xiàn)路上，為減少?zèng)_擊，這兩個(gè)斷路器不應(yīng)該同時(shí)重合。所以存在一個(gè)先重合哪一個(gè)的順序問(wèn)題。

究竟是先合邊斷路器還是中間斷路器呢？

如果先合中間斷路器5022，而又是重合于永久性故障上，線(xiàn)路保護(hù)再去跳5022斷路器。萬(wàn)一此時(shí)5022斷路器失靈，5022中間斷路器的失靈保護(hù)再將5023斷路器跳開(kāi)，并發(fā)遠(yuǎn)跳跳開(kāi)2號(hào)主變各側(cè)斷路器（如果線(xiàn)路則跳對(duì)側(cè)斷路器），這將影響連接元件2號(hào)主變（或線(xiàn)路）的工作，所以不能先重合中間斷路器。

如果先合邊斷路器5021，也重合于永久性故障上，線(xiàn)路保護(hù)再去跳5021斷路器。萬(wàn)一此時(shí)5021斷路器失靈，5021斷路器失靈保護(hù)跳開(kāi)Ⅰ母上所有邊斷路器，并發(fā)送遠(yuǎn)跳跳開(kāi)線(xiàn)路2的對(duì)側(cè)的斷路器，線(xiàn)路2的連接元件或其他元件工作不受影響。

所以，當(dāng)線(xiàn)路保護(hù)跳開(kāi)兩個(gè)斷路器后，應(yīng)先合邊斷路器，等邊斷路器重合成功后，再合中斷路器，此時(shí)中斷路器肯定合于完好線(xiàn)路。如果邊斷路器重合不成功，合于故障線(xiàn)路，保護(hù)再次將邊斷路器跳開(kāi)，此時(shí)中斷路器就不再重合。

2、重合閘的啟動(dòng)及方式整定

重合閘有兩種方式啟動(dòng)：位置不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)和外部跳閘啟動(dòng)。外部跳閘啟動(dòng)指的是線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作發(fā)跳閘命令同時(shí)啟動(dòng)重合閘。

o 位置不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)分為：?jiǎn)蜗嗤堤鴨?dòng)和三相偷跳啟動(dòng)。

o 保護(hù)跳閘啟動(dòng)分為：?jiǎn)蜗嗵l啟動(dòng)和三相跳閘啟動(dòng)。

關(guān)于重合閘的整定方式，可根據(jù)需要選用：?jiǎn)蜗嘀睾祥l、三相重合閘、綜合重合閘和重合閘停用四種方式中的一種。既可用屏上的切換開(kāi)關(guān)也可用定值單中的控制字來(lái)選擇重合閘方式。

3、重合閘檢查方式

重合閘檢查方式：當(dāng)線(xiàn)路三相跳閘需要三相重合時(shí)可采用下面三種方法。

§ ?檢同期方式：線(xiàn)路，同期電壓都大于40V，再滿(mǎn)足線(xiàn)路電壓和同期電壓中的同名相電壓的相位差在定值整定的范圍內(nèi)。

§ 檢無(wú)壓方式：檢查線(xiàn)路或同期電壓小于30V，同時(shí)相應(yīng)的TV沒(méi)有斷線(xiàn)。

§ 無(wú)檢定方式：不作任何檢查，時(shí)間到了就發(fā)合閘命令。

4、關(guān)于先合和后合重合閘

先合斷路器合于故障，后合斷路器不再合閘。在3/2接線(xiàn)方式下對(duì)于邊斷路器和中斷路器的重合閘存在先合和后合的問(wèn)題。我們?cè)谇懊嬲劦绞ъ`問(wèn)題時(shí)，已經(jīng)提到過(guò)。下面作簡(jiǎn)要說(shuō)明：

先合重合閘可經(jīng)較短延時(shí)發(fā)出一次合閘脈沖。在先合重合閘啟動(dòng)時(shí)，輸出的開(kāi)關(guān)量接點(diǎn)作為后合重合閘的“閉鎖先合”的開(kāi)關(guān)量輸入。

當(dāng)后合重合閘接收到“閉鎖先合”輸入接點(diǎn)閉合的信息后，它的重合閘將經(jīng)較長(zhǎng)延時(shí)發(fā)合閘脈沖。后合重合閘只有在“閉鎖先合”開(kāi)入量有輸入時(shí)才真正以較長(zhǎng)延時(shí)發(fā)合閘脈沖。

圖3 先合重合閘和后合重合閘配合圖

先合重合閘：

“投先合”——軟壓板、硬壓板

短延時(shí)（重合閘整定時(shí)間，約0.7s）

? 后合重合閘：

“閉鎖先合”開(kāi)入

“后合固定”控制字

長(zhǎng)延時(shí)（重合閘整定時(shí)間+后合重合延時(shí)，約1.4s）

四、充電保護(hù)

當(dāng)用本裝置所在的斷路器對(duì)母線(xiàn)等元件充電而合于故障元件上時(shí)，有充電保護(hù)作為此種情況下的保護(hù)。充電保護(hù)由按相構(gòu)成的兩段兩時(shí)限相過(guò)流和一段零序過(guò)流組成，電流取自本斷路器的TA。

當(dāng)充電保護(hù)投入時(shí)，相應(yīng)段的相電流元件動(dòng)作經(jīng)相應(yīng)整定延時(shí)后充電保護(hù)動(dòng)作出口跳本斷路器。充電保護(hù)動(dòng)作后，起動(dòng)失靈保護(hù)，再經(jīng)失靈保護(hù)延時(shí)出口跳其他斷路器。

圖4 充電保護(hù)動(dòng)作原理圖

此外，失靈保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、不一致保護(hù)、充電保護(hù)動(dòng)作均閉鎖重合閘。充電保護(hù)僅在線(xiàn)路（變壓器）充電時(shí)投入，充電正常后立即退出。

五、死區(qū)保護(hù)

死區(qū)產(chǎn)生原因：在斷路器和電流互感器之間發(fā)生短路時(shí)，很多情況下保護(hù)動(dòng)作后故障并不能切除。

死區(qū)的簡(jiǎn)單說(shuō)明：如下K1處故障，在I母母線(xiàn)保護(hù)區(qū)內(nèi)，但I(xiàn)母保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)含1DL所有I母斷路器后，故障點(diǎn)仍在系統(tǒng)中，此類(lèi)故障即為死區(qū)故障。

死區(qū)配置的意義：考慮到站內(nèi)發(fā)生的此類(lèi)死區(qū)故障，電流一般較大，對(duì)系統(tǒng)影響也較大，雖可靠失靈來(lái)切除，但失靈保護(hù)動(dòng)作一般要經(jīng)較長(zhǎng)的延時(shí)，所以專(zhuān)設(shè)了比失靈保護(hù)動(dòng)作快的死區(qū)保護(hù)。

圖5 死區(qū)原因示意圖

死區(qū)保護(hù)的投入：在失靈保護(hù)投入的基礎(chǔ)上，死區(qū)保護(hù)控制字也投入死區(qū)保護(hù)功能才起作用。

死區(qū)保護(hù)的動(dòng)作：三相跳閘信號(hào)（例如：發(fā)變?nèi)⒕€(xiàn)路三跳、或A、B、C三個(gè)分相跳閘同時(shí)動(dòng)作）＋三相跳位（TWJ信號(hào)）＋死區(qū)電流動(dòng)作，經(jīng)死區(qū)延時(shí)起動(dòng)死區(qū)保護(hù)。

死區(qū)保護(hù)的出口：和斷路器失靈保護(hù)的出口一致，即邊斷路器的失靈出口跳哪些斷路器，則邊斷路器死區(qū)出口就跳哪些斷路器。

這就是死區(qū)保護(hù)依附于失靈保護(hù)壓板的原因，死區(qū)保護(hù)也可理解為一種另類(lèi)的（判據(jù)不同，延時(shí)不同）失靈保護(hù)。

圖6 充電保護(hù)動(dòng)作邏輯圖

六、三相不一致保護(hù)

三相不一致的由來(lái)：分相操作的斷路器，由于設(shè)備質(zhì)量和操作等原因，運(yùn)行中可能出現(xiàn)三相斷路器動(dòng)作不一致最終導(dǎo)致只有一相或者兩相跳開(kāi)，處于非全相的異常狀態(tài)。

三相不一致的危害：當(dāng)系統(tǒng)處于非全相運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)中出現(xiàn)的負(fù)序、零序等分量對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生一定危害，同時(shí)也影響系統(tǒng)保護(hù)裝置的正確動(dòng)作，所以電力系統(tǒng)不允許長(zhǎng)時(shí)間地非全相運(yùn)行。

在線(xiàn)路重合不成功，則系統(tǒng)進(jìn)入非全相運(yùn)行時(shí)將無(wú)其它保護(hù)可以消除這種故障，所以在分相操作的斷路器安裝有非全相保護(hù)（三相不一致保護(hù)），當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)非全相達(dá)到一定時(shí)間就跳開(kāi)其他相。

三相不一致的實(shí)現(xiàn)：消除三相不一致的異常狀態(tài)的保護(hù)功能，在高壓或超高壓等級(jí)系統(tǒng)中，一般都放入斷路器本體中實(shí)現(xiàn)，但是也有放入斷路器保護(hù)中實(shí)現(xiàn)的（或者線(xiàn)路保護(hù)中）。

不一致保護(hù)在斷路器本體中，國(guó)網(wǎng)十八項(xiàng)反措要求：220kV及以上電壓等級(jí)的斷路器均應(yīng)配置斷路器本體三相位置不一致保護(hù)。

既在斷路器單相跳開(kāi)后，如果重合閘動(dòng)作，斷路器由于壓力、機(jī)械、二次回路等原因，沒(méi)有重合成功，必須在2-2.5s內(nèi)跳開(kāi)三相，并且不再重合，以保證系統(tǒng)的安全。

圖7 三相不一致保護(hù)邏輯圖

當(dāng)斷路器中沒(méi)有三相不一致保護(hù)時(shí)，可以安裝獨(dú)立的三相不一致保護(hù)裝置。獨(dú)立的三相不一致保護(hù)除了用斷路器輔助觸點(diǎn)或位置接點(diǎn)構(gòu)成判斷三相不一致的起動(dòng)回路外，還可以用零序電流與負(fù)序電流閉鎖回路，用以提高該回路的可靠性。

三相不一致保護(hù)的投入：在三相不一致保護(hù)軟壓板和硬壓板都投入時(shí)（控制字），三相不一致保護(hù)功能才起作用。

三相不一致的起動(dòng)：三相跳位開(kāi)入不一致＋跳位相無(wú)流。

三相不一致保護(hù)的動(dòng)作：不一致經(jīng)零序開(kāi)放控制字投入，不一致起動(dòng)經(jīng)不一致零序電流判據(jù)動(dòng)作，然后經(jīng)不一致延時(shí)出口跳本斷路器三相。不一致經(jīng)負(fù)序開(kāi)放控制字投入，不一致起動(dòng)經(jīng)不一致負(fù)序電流判據(jù)動(dòng)作，然后經(jīng)不一致延時(shí)出口跳本斷路器三相。以上兩個(gè)控制字都退出時(shí)，三相不一致起動(dòng)后經(jīng)不一致延時(shí)出口跳本斷路器三相。

三相不一致保護(hù)動(dòng)作不起動(dòng)失靈，同時(shí)閉鎖重合閘。

三相不一致保護(hù)的閉鎖：斷路器處于三相不一致?tīng)顟B(tài)12秒，發(fā)位置不一致告警，并閉鎖三相不一致保護(hù)。

三相不一致保護(hù)的時(shí)間繼電器的整定原則：繼電保護(hù)裝置的三相不一致保護(hù)延時(shí)定值要能躲過(guò)重合閘的動(dòng)作時(shí)間。

七、瞬時(shí)跟跳

該回路由用戶(hù)決定是否投入。瞬時(shí)跟跳分為：?jiǎn)蜗喔上嗵l聯(lián)跳三相和三相跟跳。這三個(gè)回路出口后再跳一次本斷路器，只有起動(dòng)元件動(dòng)作情況下上述三個(gè)回路才能發(fā)跳閘命令。

· 單相跟跳：?收到線(xiàn)路保護(hù)來(lái)的Ta、Tb、Tc單相跳閘信號(hào)，并且相應(yīng)相的高定值電流元件動(dòng)作，瞬時(shí)分相跳閘。

· 兩相跳閘聯(lián)跳三相：收到而且僅收到線(xiàn)路保護(hù)來(lái)的兩相跳閘信號(hào)，并且任一相的高定值電流元件動(dòng)作，經(jīng)15ms延時(shí)聯(lián)跳三相。

· 三相跟跳：收到三相跳閘信號(hào)，并且任一相的高定值電流元件動(dòng)作，瞬時(shí)三相跳閘出口。

八、交流電壓斷線(xiàn)判斷

交流電壓斷線(xiàn)判斷的判據(jù)為：保護(hù)不啟動(dòng)，且三相電壓向量和大于12V，延時(shí)1.25s發(fā)TV短線(xiàn)異常信號(hào)。TV斷線(xiàn)時(shí)，將低功率因素元件退出，將檢同期和檢無(wú)壓重合功能退出，其他功能正常。當(dāng)三相線(xiàn)路電壓恢復(fù)正常10s后自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

九、跳閘位置異常告警

當(dāng)TWJ動(dòng)作且該相線(xiàn)路有電流，或三相的TWJ位置不一致時(shí)經(jīng)10S延時(shí)報(bào)TWJ異常。