斷路器失靈保護反措與現(xiàn)狀分析

1、斷路器失靈保護反措與現(xiàn)狀分析屈賢君作者簡介：屈賢君（1972），女，廣東汕頭人。工程師，高級技師，從事電網(wǎng)繼電保護運行維護與安裝調(diào)試工作。電話：88185654 郵箱：stpsq(廣東電網(wǎng)公司汕頭供電局，廣東 汕頭 515041)摘 要： 斷路器失靈保護的二次回路結(jié)線復(fù)雜，涉及面廣，動作后果影響大。 為確保斷路器失靈保護的動作可靠性，中國南方電網(wǎng)公司和廣東省電網(wǎng)公司根據(jù)運行中出現(xiàn)的各種問題多次發(fā)出反措及整改通知。但通過對歷次失靈保護反事故措施的執(zhí)行及專項檢查發(fā)現(xiàn)，由于裝置及二次回路的原因，一些反事故措施無法得到落實執(zhí)行。在此背景下，文章詳細(xì)分析了存在的問題并提出相應(yīng)的整改措施。關(guān)鍵詞：斷路器失

2、靈保護；二次回路；反措；雙重化配置；整改措施The circuit-breaker failure protection countermeasures and The analysis ofthe current situationQu Xianjun （Guangdong Power Grid of Shantou Power Supply Bureau, Shantou, Guangdong 515041,China）Abstract:The secondary circuit connection of circuit-breaker failu

3、re protection is complex, wide range of effects and large consequences of action. In order to ensure the reliability of  the circuit breaker failure protection,  according to variousproblems occurred in operation, The China Southern Poewr Grid and The Power Grid of Guangdong

4、 Province  puts forward many notices of measures and rectification many times. But through the discovery of the implementation and special inspectionen of  the previous Failure protection measures against the accident, due to the reason of device and

5、 secondary circuit, some anti accident measures can not be implemented. Under this background, this paper analyzes the existing problems and puts forward the corresponding improvement measures.Keywords: circuit-breaker failure protection， secondary circuit， countermeasu

6、res，double configuration; improvement measures0 前言斷路器失靈保護可以防止電力系統(tǒng)故障的進(jìn)一步擴大，對于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。由于現(xiàn)系統(tǒng)中失靈保護裝置存在多種配置，各種斷路器輔助保護裝置功能也不一樣，因此失靈回路的實現(xiàn)方式多樣，不同設(shè)計單位、不同時期的設(shè)計回路也各不相同。這既不利于運行單位維護，也不利于定值整定。希望通過本文的介紹，能整理出一個規(guī)范的、確實可行的方案，并盡快對不合理的回路進(jìn)行整改，確?；芈氛_、完善。1 失靈保護回路原理斷路器失靈保護是在母線連接元件（線路、變壓器）上發(fā)生故障，故障元件的保護正確動作而其斷路器拒動時，利用故障

7、元件的保護以較短的時限作用于同一母線上所有連接設(shè)備斷路器跳閘的保護。因此失靈保護動作應(yīng)同時滿足以下三個必備條件：1) 故障元件保護動作后沒有返回；2）故障元件斷路器沒有跳閘；3）失靈保護動作出口須延時以躲開故障元件斷路器的跳閘時間1。斷路器失靈保護可分為起動回路和邏輯回路兩部分。起動回路由故障元件保護裝置能瞬時復(fù)歸的出口繼電器接點和判斷故障元件斷路器未斷開的電流判別元件（即有流判據(jù)）接點組成。邏輯回路則由時間元件和判斷故障元件所在母線的隔離刀閘輔助接點以及復(fù)壓閉鎖出口元件組成2。與斷路器失靈保護相關(guān)的二次設(shè)備涉及全站所有線路、變壓器各自的母線隔離刀閘輔助接點，各自的保護裝置及其斷路器輔助保護裝

8、置，以及公用的失靈保護裝置。2 失靈保護起動回路實現(xiàn)失靈保護起動回路的方式有兩種：一種是通過將保護動作接點和電流判據(jù)直接串接的方式實現(xiàn),如圖 1；另一種方式是將保護動作接點作為邏輯條件開入到斷路器輔助保護裝置，并與裝置中的失靈起動有流判據(jù)通過邏輯判斷功能來實現(xiàn),如圖 2。 圖 1 串接方式失靈起動原理圖圖 2 邏輯判斷失靈起動原理圖由于不同的一次設(shè)備接線方式、不同型號的保護裝置、不同時期的不同設(shè)計，現(xiàn)在系統(tǒng)中運行的失靈保護起動回路存在多樣性，我們來總結(jié)一下。2.1 線路失靈保護起動回路目前使用的線路失靈保護起動回路大多采用串聯(lián)接線方式，如圖 3。因引入有流判據(jù)的裝置不同可分為不使用斷路器輔助保

9、護裝置、斷路器輔助保護裝置中不具備或不使用失靈起動判斷邏輯功能 （ 即裝置中雖具備失靈起動判斷邏輯功能，但保護動作接點不作為邏輯條件開入到斷路器輔助保護裝置 ）， 以及使用斷路器輔助保護裝置中失靈起動判斷邏輯功能三種結(jié)線。 1.TJR 不起動重合閘的跳閘出口繼電器 2.TJQ 起動重合閘的跳閘出口繼電器圖 3 串接方式線路失靈起動回路圖2.1.1 不使用斷路器輔助保護裝置檢測斷路器失靈的有流判據(jù)在失靈保護裝置中，失靈保護裝置需分別引入線路主、主保護分相動作接點和操作箱的三相跳閘出口繼電器 （ TJR、TJQ ）接點，分相動作接點經(jīng)其同相電流判據(jù)、三相跳閘接點經(jīng)三相電流判據(jù)，實現(xiàn)按相起動3。2.

10、1.2 斷路器輔助保護裝置中不具備失靈起動判斷邏輯功能或不使用失靈起動判斷邏輯功能的分相起動失靈回路采用線路保護裝置的主保護分相動作接點與主 保護分相動作接點并聯(lián)后再與斷路器輔助保護裝置中的同相電流元件 （ 即有流判據(jù) ） 動作接點串聯(lián)構(gòu)成回路；三相起動失靈回路采用斷路器輔助保護裝置中的三相電流元件動作接點與操作箱的三相跳閘出口繼電器（ TJR、TJQ ）接點串聯(lián)構(gòu)成回路。2.1.3 斷路器輔助保護裝置中使用失靈起動判斷邏輯功能主、主保護分相動作接點、操作箱三相跳閘出口繼電器 （ TJR、TJQ ） 接點作為邏輯條件按相開入到斷路器輔助保護裝置，與裝置中的同相有流判據(jù)經(jīng)邏輯判斷同時滿足時起動失

11、靈。2.2 主變失靈起動回路主變失靈起動回路同樣具有線路失靈起動回路的三種結(jié)線，但由于主變斷路器為三相跳閘，所以主變失靈起動不設(shè)分相起動失靈回路。早期的主變變高操作箱中跳閘出口繼電器只有 TJR。后期生產(chǎn)的操作箱增加了跳閘出口繼電器 TJF ，將如三相不一致保護、非電量保護等保護改為起動 TJF （ 不啟動失靈的跳閘出口繼電器 ），經(jīng)改裝后的 TJR 可直接用于主變失靈起動回路，而主變不能快速返回的保護動作時不致于誤起動失靈。2.2.1 不使用斷路器輔助保護裝置檢測斷路器失靈的有流判據(jù)在失靈保護裝置中，失靈保護裝置需引入主變主、主動作接點、操作箱跳閘出口繼電器 TJR 接點，與失靈保護裝置中三

12、相電流元件動作接點經(jīng)邏輯判斷同時滿足時起動失靈。2.2.2 斷路器輔助保護裝置中不具備失靈起動判斷邏輯功能或不使用失靈起動判斷邏輯功能的主、主 保護動作接點與操作箱中的 TJR （ 或母差保護動作 ）接點并聯(lián)后再與斷路器輔助保護裝置中的有流判據(jù)接點串聯(lián)構(gòu)成回路。2.2.3 斷路器輔助保護裝置中使用失靈起動判斷邏輯功能主、主 保護動作接點與操作箱中 TJR （ 或母差保護動作 ） 接點并聯(lián)后作為邏輯條件開入到斷路器輔助保護裝置，與裝置中的有流判據(jù)經(jīng)邏輯判斷同時滿足時起動失靈。2.3 旁路代主變變高運行的失靈起動回路旁路代主變變高運行時，高壓側(cè)獨立 CT 退出運行，原使用高壓側(cè)獨立CT 的回路均切

13、換到旁路 CT。2.3.1當(dāng)使用旁路斷路器輔助保護裝置中的電流元件作為有流判據(jù)時，有兩種情況：2.3.1.1將主變保護動作接點切換至旁路，與旁路斷路器輔助保護裝置中的有流判據(jù)構(gòu)成失靈起動回路。2.3.1.2 另一種是取消保護動作接點而只使用旁路操作箱的 TJR 接點與旁路斷路器輔助保護裝置中的有流判據(jù)構(gòu)成失靈起動回路。2.3.2對于使用失靈保護裝置電流判據(jù)的，將主變主、主 保護動作接點與旁路三相操作箱的 TJR 接點并聯(lián)后引入失靈保護裝置的旁路單元，與失靈保護裝置中的旁路電流判別元件接點構(gòu)成失靈起動回路。 2.4 斷路器輔助保護裝置中的失靈起動判斷邏輯功能斷路器輔助保護裝置中的失靈起動判斷邏輯

14、圖（簡化）,如圖 4。失靈起動判斷邏輯圖中“失靈一時限起動”接點可用于主變失靈起動和主變解除復(fù)壓閉鎖回路，“失靈二時限起動”接點可用于主變聯(lián)跳各側(cè)開關(guān)。線路失靈起動判斷邏輯圖只有“一時限起動”。圖 4 失靈起動判斷邏輯圖（簡化）斷路器輔助保護裝置中，不使用失靈起動判斷邏輯功能和使用失靈起動判斷邏輯功能兩種方式對“經(jīng)保護動作”控制字定值要求剛好相反，不使用失靈起動判斷邏輯功能時控制字必須整定為“0”，如果錯誤的整定為“1”，會造成失靈保護拒動；而使用失靈起動判斷邏輯功能時，則控制字必須整定為“1”，若整定為“0”，則在電流達(dá)到整定值時會造成失靈保護誤起動。3 失靈保護的邏輯回路3.1 時間回路失

15、靈保護出口回路的延時時間應(yīng)稍大于斷路器的跳閘時間與保護裝置的返回時間加裕度時間之和，以防止某些情況下失靈保護誤動作。時間元件在（母差）失靈保護裝置中1。3.2 隔離刀閘切換（母差）失靈保護需要判斷故障元件運行在哪段母線上，確保母線保護的正確性及選擇性。（母差）失靈保護的判別母線運行方式的開關(guān)量不采用經(jīng)過重動的電壓切換接點而直接取自開關(guān)場地母線刀閘的輔助接點，接入到（母差）失靈保護裝置中。這樣可以避免因電壓切換回路故障導(dǎo)致失靈保護誤動2。3.3 復(fù)壓閉鎖回路為了防止失靈保護誤動作，母線電壓正常時閉鎖失靈保護出口，母線電壓異常達(dá)到動作值時開放失靈保護出口回路2。4 失靈保護回路主要的幾項反事故措施

16、及其原因針對失靈保護運行中出現(xiàn)過的問題，中國南方電網(wǎng)公司和廣東省電網(wǎng)公司多次制定反事故措施及整改通知。其中主要的幾項反事故措施及其原因如下：4.1 主變失靈保護必須聯(lián)跳主變各側(cè)開關(guān)中國南方電網(wǎng)調(diào)繼201119號關(guān)于明確220kV及以上系統(tǒng)變壓器開關(guān)失靈聯(lián)跳各側(cè)回路有關(guān)反措要求的通知明確規(guī)定：新建、改擴建工程的變壓器的 500 kV、220 kV 側(cè)開關(guān)失靈應(yīng)聯(lián)跳變壓器各側(cè)開關(guān)，回路設(shè)計不符合要求的已運行 220 kV 及以上系統(tǒng)變壓器各運行維護單位應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際完善失靈聯(lián)跳各側(cè)回路，實現(xiàn)聯(lián)跳各側(cè)功能。反措原因是2011 年 5 月 2 日，貴州電網(wǎng) 500 kV 鴨溪變 #1 主變5032 斷

17、路器 CT 發(fā)生C相死區(qū)故障，由于 5032 開關(guān)失靈保護未設(shè)計聯(lián)跳主變各側(cè)回路，故障持續(xù)時間約 851 ms 后，發(fā)展為主變區(qū)內(nèi)故障，主變差動速斷保護動作跳開主變各側(cè)開關(guān)。該項反措的目的是當(dāng)主變斷路器死區(qū)故障或失靈，通過聯(lián)跳主變?nèi)齻?cè)斷路器把故障點徹底隔離，防止通過主變輸送短路功率，使事故范圍擴大。4.2 主變失靈解除復(fù)壓閉鎖回路為解決變壓器低壓側(cè)故障時失靈保護電壓閉鎖元件靈敏度不足的問題，失靈保護裝置的主變單元應(yīng)設(shè)置獨立于失靈起動的解除電壓閉鎖的開入回路4。反措原因是防止當(dāng)主變中、低壓側(cè)繞組故障跳三側(cè)，高壓側(cè)開關(guān)失靈時，由于各側(cè)間通過電磁耦合，高壓側(cè)電壓壓降可能不明顯，將導(dǎo)致失靈保護的復(fù)壓閉

18、鎖元件不開放，從而閉鎖了失靈保護。4.3 失靈保護應(yīng)具備雙重化配置每條母線應(yīng)采用兩套含失靈保護功能的母線差動保護4。反措原因是近三年的廣東電網(wǎng)保護動作數(shù)據(jù)表明，斷路器失靈次數(shù)約占全部系統(tǒng)故障的 0.9 %，表明開關(guān)失靈已成為一種常見故障。因此，07 版反措在原來雙套母差保護的配置模式基礎(chǔ)上，確定失靈保護也應(yīng)采用雙重化配置的方式，以提高失靈保護動作的可靠性。4.4 旁路代主變變高時非電量不得起動失靈做好電氣量保護與非電氣量保護出口繼電器分開的反措，不得使用不能快速返回的電氣量保護和非電量保護作為斷路器失靈保護的起動量4。反措原因是不能快速返回的保護動作后可能誤起動失靈回路。在旁路代主變變高時，如

19、果將主變保護動作接點直接接至旁路操作箱啟動其出口繼電器 TJR，由于旁路起動失靈回路使用了 TJR 接點，使得主變非電量保護動作也會起動失靈。4.5 線路斷路器三相不一致保護不起動失靈線路斷路器三相不一致保護不起動失靈保護4。反措原因是線路斷路器三相不一致狀態(tài)時雖然會出現(xiàn)零序電流，但是健全相仍然可以輸送功率，線路輸送功率下降并不多，對系統(tǒng)穩(wěn)定影響不太大，允許短時出現(xiàn)。線路斷路器三相不一致的主要危害在于可能引起相鄰線路的零序保護誤動，與失靈保護動作切除整條母線相比，這一危害要輕得的多，因此，線路斷路器三相不一致保護不起動失靈保護。5 反措執(zhí)行不到位的原因分析2011 年，我們通過對汕頭電網(wǎng)運行中

20、的失靈回路進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)了一些與反措要求不符的情況，如運行中的 30 臺 220 kV 變壓器主變失靈保護聯(lián)跳主變各側(cè)開關(guān)只實現(xiàn)了 11 臺，還有 9 臺無法實現(xiàn)失靈解除復(fù)壓閉鎖回路；13 個 220 kV 變電站失靈保護不具備雙重化配置的達(dá) 9 個站，4 個有旁路的站均未考慮旁路代主變運行時主變非電量保護動作不能啟動失靈的問題，另外在操作箱沒有明確是否啟動失靈之前投運的三相不一致保護仍起動失靈。造成這些情況的原因主要有：5.1 早期產(chǎn)品配置不足，難以滿足要求由于早期投運的失靈保護使用的裝置存在不同廠家、或同一廠家而不同時期的產(chǎn)品，其內(nèi)部配置各不相同，配置不能滿足反措要求，限制了反事故措施

21、的執(zhí)行落實，比較突出的有：5.1.1早期的失靈保護裝置沒有主變失靈解除復(fù)壓閉鎖的開入，沒有主變失靈聯(lián)跳主變?nèi)齻?cè)的開出，裝置中的邏輯也無法升級。5.1.2主變保護裝置沒有多余的保護動作接點或復(fù)壓動作接點開出。5.1.3操作箱跳閘出口繼電器沒有區(qū)分是否起動失靈。5.2 新投設(shè)備回路，不符規(guī)范要求在反事故措施出臺初期投運的變電站失靈保護不滿足要求的原因主要是：5.2.1 部分設(shè)計人員不熟悉反措要求，在設(shè)計圖紙時未按照最新反措要求設(shè)計。5.2.2 反措頻繁，設(shè)計時使用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過設(shè)備安裝期，在投運時已不滿足要求。5.2.3審核圖紙把關(guān)不嚴(yán)，繼保人員沒能及時發(fā)現(xiàn)圖紙存在的問題。5.2.4 驗收人員沒根

22、據(jù)驗收文檔逐項驗收，全憑工作經(jīng)驗，漏驗重要回路。5.2.5不同設(shè)備功能不一 ，造成回路復(fù)雜多樣。5.3 定值整定錯誤，現(xiàn)場邏輯不對應(yīng)5.3.1 施工人員擅自更改失靈起動回路方式，未與調(diào)度繼保人員溝通。5.3.2 定值未提前下達(dá)，驗收時使用臨時定值，投運時重新整定定值后未再次進(jìn)行邏輯試驗。5.3.3 定檢時沒按作業(yè)表單逐項試驗，只注重滿足起動條件應(yīng)該動作，而疏忽了不滿足起動條件不應(yīng)動作的可能。6 建議使用失靈回路方式6.1 失靈起動回路 6.1.1當(dāng)失靈起動的電流判別在斷路器輔助保護裝置時，為了防止因控制字整定錯誤導(dǎo)致失靈保護誤動或拒動，建議失靈保護起動回路采用統(tǒng)一的實現(xiàn)方式。即采用保護動作接點

23、開入至斷路器輔助保護裝置的同時，在相應(yīng)失靈起動回路中有流判據(jù)接點再串接保護動作接點的方式。6.1.2 當(dāng)失靈起動的電流判別在（母差）失靈保護裝置時，故障元件保護動作接點及操作箱跳閘出口繼電器TJR接點開入到（母差）失靈保護裝置中。6.1.3 如果（母差）保護裝置內(nèi)部具備失靈電流判別功能的，應(yīng)優(yōu)先選用。這樣可以解決失靈保護經(jīng)由同一個電流元件把關(guān)不符合可靠性的要求，還可有效簡化外部失靈起動回路，降低失靈保護誤動作風(fēng)險。6.2 主變失靈保護聯(lián)跳各側(cè)開關(guān)回路6.2.1斷路器失靈保護按斷路器配置的 220 kV 及 500 kV 系統(tǒng) （ 3/2、4/3及角形接線 ），故障元件斷路器失靈保護經(jīng)延時聯(lián)跳變

24、壓器各側(cè)開關(guān)。6.2.2 220 kV 系統(tǒng)雙母接線，（母差）失靈保護裝置能按間隔區(qū)分失靈時，利用 220 kV （母差）失靈保護裝置的失靈保護出口聯(lián)跳主變各側(cè)開關(guān)。（母差）失靈保護裝置在主變 220 kV 開關(guān)失靈時，除出口跳母線上相關(guān)開關(guān)外，還需開出接點起動主變非電量跳閘聯(lián)跳主變各側(cè)開關(guān)，如圖 5。注意只有本主變失靈起動開入時才聯(lián)跳本主變各側(cè)開關(guān)，其他主變或線路失靈起動開入不能聯(lián)跳此主變各側(cè)。圖 5 （母差）失靈保護動作起動非電量保護聯(lián)跳主變各側(cè)回路圖6.2.3 220 kV 系統(tǒng)雙母接線，（母差）失靈保護裝置只能按母線區(qū)分失靈時，不管失靈起動有流判據(jù)在斷路器輔助保護還是在（母差）失靈保護

25、裝置中，可以利用主變保護屏的斷路器輔助保護出口聯(lián)跳主變各側(cè)開關(guān),如圖 6。圖 6 斷路器輔助保護動作起動非電量保護聯(lián)跳主變各側(cè)回路圖 6.3 主變解除復(fù)壓閉鎖回路6.3.1主變解除復(fù)壓閉鎖回路可以采用主變保護動作接點和有流判別元件同時動作解除復(fù)合電壓閉鎖，故障電流切斷或保護跳閘接點返回后重新閉鎖失靈保護。這樣既可與失靈起動回路保持一致，又可避免部分主變保護裝置無解除復(fù)壓閉鎖接點的問題。6.3.2斷路器失靈有流判別功能在（母差）失靈保護裝置內(nèi)部的，可采用保護動作接點作為（母差）失靈保護裝置的解除復(fù)壓閉鎖開入。解除復(fù)壓閉鎖所用的保護動作接點與起動失靈所用的保護動作接點必須是來自不同繼電器的動作接點

26、，防止繼電器故障時因取自同一繼電器造成兩個回路同時導(dǎo)通的嚴(yán)重后果。6.4 失靈保護雙重化配置6.4.1每條母線配置兩套含失靈保護功能的母線差動保護，并安裝在各自的屏柜內(nèi)，220 kV （ 母差 ） 失靈保護每套保護應(yīng)分別動作于斷路器的一組跳閘線圈。考慮到 500 kV 母差保護的重要性，仍按照設(shè)計習(xí)慣，每套母差失靈保護均應(yīng)同時作用于斷路器的兩組跳閘線圈。6.4.2每套線路（主變）保護動作后應(yīng)同時起動兩套失靈保護，這樣可以防止單套（母差）失靈保護與單套線路（主變）保護退出運行后造成失靈起動回路交叉退出的情況。6.5 旁路代主變變高時非電量不起動失靈解決主變非電氣量保護出口造成旁路失靈誤動問題的辦法是將變壓器非電量保護出口和電量保護出口分別引至旁路保護屏： 6.5.1 如果旁路操作箱中的永跳出口繼電器 TJR 沒有區(qū)分是否起動失靈，主變電量保護動作接點接至旁路 TJR 跳閘回路，主變非電量保護動作接點接至旁路手跳回路。6.5.2 如果旁路操作箱中的三相跳閘出口繼電器 TJR 已明確應(yīng)起動失靈，主變電量保護動作接點接至旁路 TJR 跳閘回路，主變非電量保護動作接點接至旁路 TJF 跳閘回路。7 防止失靈回路不正確動作措施7.1 認(rèn)真學(xué)習(xí)反措，嚴(yán)格執(zhí)行反措設(shè)計、驗收、運行管理人員都必須認(rèn)真學(xué)習(xí)反措文件，深刻領(lǐng)會文件精神，嚴(yán)