一起500kV斷路器本體非全相 保護(hù)缺陷分析及改進(jìn)措施

韋 鑫 溫才權(quán)

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司梧州局，廣西 梧州 543002）

500kV 斷路器不僅負(fù)責(zé)在正常情況下接通或斷開電氣設(shè)備，而且更是要在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，與保護(hù)裝置或安自裝置配合切除、隔離故障，阻止事故的擴(kuò)大，防止對系統(tǒng)造成更大影響。220kV 及以上電壓等級多采用分相斷路器，在人為操作或自動重合過程中，存在因三相非同期合閘、單相重合失敗等原因?qū)е碌姆侨噙\(yùn)行。由此出現(xiàn)的負(fù)序、零序分量對電氣設(shè)備危害極大,嚴(yán)重時可能引起開關(guān)越級跳閘。為此，裝設(shè)作用于跳開非全相運(yùn)行狀態(tài)斷路器的保護(hù)顯得尤為重要[1]?，F(xiàn)在開關(guān)本體、開關(guān)保護(hù)均配置有非全相保護(hù)，考慮到斷路器三相位置不一致保護(hù)主要功能是提供保護(hù)斷路器本體的功能，有電氣量閉鎖的保護(hù)在某些條件下無法提供保護(hù)，本著斷路器的問題斷路器自己解決的原則應(yīng)配置斷路器本體的三相不一致保護(hù)，同時開關(guān)保護(hù)的非全相保護(hù)也投入運(yùn)行[2]。

1 故障現(xiàn)象

在2012年6月進(jìn)行開關(guān)本體三相不一致繼電器試驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)斷路器A、B 相正確動作，C 相拒動（在退出重合閘方式下，直接跳開斷路器A 相，由斷路器本體非全相保護(hù)動作跳開斷路器），進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)，仍得到相同結(jié)果。通過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)該開關(guān)的分閘繼電器損壞的現(xiàn)象，更換該繼電器后恢復(fù)正常。于2012年12月再次三相不一致時間繼電器試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)該繼電器再次損壞。由于開關(guān)分閘繼電器的損壞，嚴(yán)重影響了斷路器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致開關(guān)在事故時拒動的嚴(yán)重后果。為了深入研究分閘繼電器損壞的根本原因，本文通過對繼電器的質(zhì)量檢查，使其帶電勵磁，跳開C 相用的常開接點(diǎn)無法接通，機(jī)械用力使該繼電器動作，該常開接點(diǎn)的電阻仍然為無窮大，證明該接點(diǎn)已損壞。拆開損壞的繼電器進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該繼電器觸點(diǎn)存在一層薄灰，有可能屬于繼電器觸點(diǎn)拉弧導(dǎo)致。為了驗(yàn)證該想法，通過檢查開關(guān)本體回路，繼電器的容量核算，檢查是否存在繼電器容量不足而產(chǎn)生拉弧導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)損壞的現(xiàn)象。

2 回路分析

法國阿爾斯通廠家的FXT17 型斷路器，其本體非全相保護(hù)動作邏輯如圖1和圖2，由斷路器三相并聯(lián)輔助觸點(diǎn)合位串聯(lián)斷路器三相并聯(lián)分位，起動K7 繼電器，再由K7 的一對常開觸點(diǎn)啟動非全相出口中間繼電器K2，K2 的常開觸點(diǎn)閉合且斷路器輔助觸點(diǎn)S2a 閉合，從而使Y2 線圈得電出口跳閘。斷路器三相跳閘后，斷路器本體三相輔助觸點(diǎn)動作，非全相繼電器K7 失電，K7 的常開觸點(diǎn)斷開，導(dǎo)致出口中間繼電器K2 失電，K2 的常開觸點(diǎn)斷開，同時有斷路器輔助接點(diǎn)S2 動作斷開。

圖1 斷路器本體非全相保護(hù)動作邏輯

圖2 斷路器本體非全相跳閘回路

由圖2可知，該分閘回路并沒有自保持回路。根據(jù)南網(wǎng)反措要求：“斷路器跳（合）閘線圈的出口觸點(diǎn)控制回路，必須設(shè)有串連自保持繼電器，并保證：①跳（合）閘出口繼電器的觸點(diǎn)不斷??；②斷路器可靠跳、合閘”[2]。而在斷路器本體非全相保護(hù)動作時，出現(xiàn)由出口中間繼電器觸點(diǎn)承擔(dān)斷弧的情況，導(dǎo)致觸點(diǎn)變形損壞。該斷路器本體非全相保護(hù)二次回路設(shè)計(jì)不滿足南網(wǎng)反措要求，會對斷路器的正常運(yùn)行造成重大影響。

在對其他斷路器本體回路進(jìn)行檢查時，發(fā)現(xiàn)較多斷路器也沒有自保持回路，但多次試驗(yàn)，均無繼電器損壞的現(xiàn)象。檢查發(fā)現(xiàn)這些斷路器采用接觸器作為非全相保護(hù)的分閘繼電器。如圖3所示。

圖3 繼電器與接觸器比較

該類型接觸器的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于繼電器的容量。其能有效斷開斷路器的分合閘操作電流。但接觸器只有主觸點(diǎn)有斷弧能力，而增加的輔助觸點(diǎn)一般沒有斷弧能力。而在檢查中發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)嗦菲鲝S家在設(shè)計(jì)時，由于接觸器的主觸點(diǎn)不夠，而采用接觸器的副觸點(diǎn)接入分合閘回路，為了檢查輔助觸點(diǎn)是否存在拉弧從而損壞觸點(diǎn)的情況。做了繼電器與接觸器的響應(yīng)時間測試，其結(jié)果見表1、表2。

表1 繼電器響應(yīng)時間

表2 接觸器響應(yīng)時間

通過測試發(fā)現(xiàn)由于接觸器的常開接點(diǎn)由閉合至斷開的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于繼電器常開接點(diǎn)由閉合至斷開的時間。這也解釋了接觸器的接點(diǎn)不會拉弧，而繼電器的接點(diǎn)存在拉弧的現(xiàn)象。

3 改進(jìn)措施

為了解決該項(xiàng)缺陷，與廠家多次溝通，多次修改解決方案。最終確定有兩個以下方案。

3.1 方案一：增加自保持回路

如圖4所示，在回路中增加一個KZJ 自保持繼電器，將本體非全相保護(hù)繼電器的K7 觸點(diǎn)改接至自保持回路當(dāng)中，原K7 觸點(diǎn)位置改為KZJ 繼電器的一對常開觸點(diǎn)，同時加裝一個復(fù)位按鈕FWJ。當(dāng)本體非全相保護(hù)動作時，由斷路器輔助觸點(diǎn)啟動本體非全相時間繼電器K7，K7 的常開觸點(diǎn)閉合啟動KZJ 自保持繼電器，KZJ 由自身的一對常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自保持功能，另一對常開觸點(diǎn)接通啟動出口中間繼電器K2，K2 的常開觸點(diǎn)閉合導(dǎo)通跳閘回路出口跳閘；在斷路器跳閘動作過程中，由于KZJ 繼電器實(shí)現(xiàn)自保持，跳閘控制回路始終導(dǎo)通，將通過斷路器跳閘后本體輔助接點(diǎn)S2 動作斷開跳閘回路。此方案的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)思路清晰，且在進(jìn)行改造后滿足南網(wǎng)反措要求，確實(shí)消除回路存在缺陷，但會增加斷路器操作機(jī)構(gòu)箱回路的復(fù)雜性，且需要注意的是，當(dāng)斷路器本體非全相保護(hù)動作后，在恢復(fù)送電前需要到現(xiàn)場復(fù)歸自保持回路。

圖4 改造方案

3.2 方案二：采用接觸器

在之前分析中可知斷路器輔助接點(diǎn)斷開的時間和中間繼電器常開觸點(diǎn)斷開的時間非常接近，在表1可知接觸器的常開觸點(diǎn)從閉合到斷開的時間約為89ms，比中間繼電器的常開觸點(diǎn)從閉合到斷開時間長77ms。采用接觸器替換原有的中間繼電器后，因?yàn)槠涑ｉ_觸點(diǎn)動作時間較長，可以躲過斷路器的輔助接點(diǎn)動作的時間，則在此種情況下還是由斷路器本體的輔助接點(diǎn)斷開回路。即使是在斷路器本體的輔助接點(diǎn)粘死無法分開的情況下，此時將由接觸器接點(diǎn)斷開電路，而接觸器主觸點(diǎn)容量較大，在斷開回路后仍能保持正常工作，并保證斷路器本體不一致保護(hù)能正確動作。此方案改造簡單，用接觸器替代繼電器即可，不用對斷路器本體機(jī)構(gòu)的二次回路進(jìn)行修改。但由于接觸器與繼電器的安裝尺寸等相差較大，現(xiàn)場施工困難，最終選擇方案一作為本次的最終方案。

4 結(jié)論

最近兩年，在南方電網(wǎng)范圍內(nèi)發(fā)生多起因斷路器三相不一致保護(hù)誤動的事故。本文從一起典型的斷路器本體分合閘回路設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行深入分析，并提出改造方案。研究了繼電器、接觸器在斷路器分合閘回路的作用區(qū)別。有效提高了斷路器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 劉秋英,邱宏明,李強(qiáng).斷路器三相不一致保護(hù)誤動原因及對策[J]. 電工電氣,2012(7):28-30.

[2] 中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度通信中心. 中國南方電網(wǎng)公司繼電保護(hù)反事故措施匯編釋義[Z].2010.