DQZHAN技術(shù)訊：關(guān)于斷路器保護(hù)的知識(shí) 這些你需要知道！

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、單母線接線方式中，輸電線路保護(hù)要發(fā)跳閘命令時(shí)只跳線路本端的一個(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*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接線方式下的斷路器失靈保護(hù)。

如圖1所示，在3/2接線方式下，如果在線路2發(fā)生短路，線路保護(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接線方式簡(jiǎn)圖

如果在500kVⅠ母上發(fā)生短路，母線保護(hù)動(dòng)作跳母線上所有斷路器。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路對(duì)側(cè)斷路器（或跳變壓器各側(cè)斷路器）。

如果在線路2上發(fā)生短路，線路保護(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。

雙母線接線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，如果線路2發(fā)生短路，線路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?？紤]有可能重合于長(zhǎng)久性故障線路上，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，而又是重合于長(zhǎng)久性故障上，線路保護(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，也重合于長(zhǎng)久性故障上，線路保護(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)線路2的對(duì)側(cè)的斷路器，線路2的連接元件或其他元件工作不受影響。

所以，當(dāng)線路保護(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路。如果邊斷路器重合不成功，合于故障線路，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：線路，同期電壓都大于40V，再滿足線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：檢查線路或同期電壓小于30V，同時(shí)相應(yīng)的TV沒(méi)有斷線。

§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€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的（判據(jù)不同，延時(shí)不同）失靈保護(hù)。

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*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**。

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、交流電壓斷線判斷

交流電壓斷線判斷的判據(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短線異常信號(hào)。TV斷線時(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。