摘要：智能数模一体化断路器保护装置是基于数字化变电站 IEC61850 标准开发的断路器保护装置，具有全开放式数字接口；支持 IEC61850 协议的站控层接入，可灵活地用于部分或全部采用智能一次设备的变电站。智能数模一体化断路器保护及自动重合闸装置主要适用于智能变电站 500kV 及以上电压等级的 3/2接线与角形接线的断路器，主要功能包括断路器失灵保护、三相不一致保护、死区保护、充电保护和一次自动重合闸等。
关键词：智能数模一体化；断路器保护；失灵保护
1前言
在110kV及以上电压等级的发电厂和变电所中，当输电线路、变压器或母线发生短路，在保护装置动作于切除故障时，肯能伴随故障元件的断路器拒动，也即发生了断路器的失灵故障。产生断路器失灵故障的原因是多方面的，如断路器跳闸线圈短线，断路器的操动机构失灵等。高压电网的断路器和保护装置，都应具有一定的后备作用，以便在断路器或保护装置失灵时，仍能有效切除故障。相邻元件的远后备保护方案是最简单合理的后备方式，既是保护据动的后备，又是断路器拒动的后备。但是在高压电网中，由于各电源支路的助增作用，实现上述后备方式往往有较大困难（灵敏度不够），而且由于动作时间较长，易造成事故范围的扩大，甚至引起系统失稳而瓦解。有鉴于此，电网中枢地区重要的220kV及以上主干线路，系统稳定要求必须装设全线速动保护时，通常可装饰两套独立的全线速动主保护（即保护的双重化），以防保护装置的拒动；对于断路器的拒动，则专门装设断路器失灵保护。
2保护装置原理分析及调试方法
2.1装置的启动元件分四个部分，即突变量启动、零序过流启动、相过流启动和开入启动。其中，开入启动时展宽 20s，其余元件展宽 7s。
2.1.1 电流突变量启动
该元件测量相电流的工频变化量，具体判据为：
I 1.25IT I set （3-1-1）
式中：Φ表示 A、B、C 三种相别，I 为相电流突变量，IT 为浮动门槛，I set 为“变化量启动电流定值”。当任一相电流突变量大于启动门槛时，该启动元件动作。
2.1.2 零序过流启动
为了防止某些工况下，突变量启动元件的灵敏度不够而设置。在零序电流大于“零序启动电流定值”并持续 30ms 后，该启动元件动作。
2.1.3 过流启动
当突变量与零序过流启动均不动作且充电过流保护投入的情况下时，若任一相电流大于充电过流保护Ⅰ段定值或充电过流保护Ⅱ段定值并持续 30ms 后，相过流启动元件动作。
2.1.4 开入启动
以下两种情况满足任何一种开入启动元件动作：
1）采集到外部跳闸开入；
2）某些需要位置启动的元件如三相不一致保护、TWJ 启动重合闸等任何一个处于投入状态，并且有 TWJ 位置开入。
2.2 充电过流保护
充电过流保护可经“充电过流保护投退”软压板以及相应段保护投入（控制字）共同作用决定投退。充电过流保护包括两段相过流及一段零序过流保护。电流启动元件动作之后，若电流大于某段充电过流电流定值门槛时，经整定延时相应段充电过流保护动作，发三相跳闸命令跳本断路器，同时闭锁重合闸。
在失灵保护控制字投入的情况下，充电过流保护动作，还会启动失灵保护，如失灵开放条件满足，经“失灵跳相邻断路器时间”，继续发失灵保护动作跳相邻断路器。
2.3 断路器失灵保护
断路器失灵保护可由控制字投入，除了充电过流保护动作可以启动失灵保护之外，还有以下几种情况：分相跳闸启动失灵、三跳启动失灵。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这两种情况下的出口均为带延时的两级跳闸：第一级为经“失灵三跳本断路器时间”延时发三相跳闸命令跳本断路器；若本断路器仍未跳开，则经“失灵跳相邻断路器时间”延时发失灵保护动作跳开相邻断路器。失灵保护的两级跳闸任一动作，发闭锁重合闸信号。对于智能变电站，保护单相跳闸或三相跳闸订阅的任一 GOOSE 开入异常，认为该路 GOOSE 开入无效。
2.4 分相跳闸启动失灵
收到任一相跳闸信号，相应相电流大于 0.05In 并且满足零负序条件（3Io>“失灵保护零序电流定值”或者 I2>“失灵保护负序电流定值”），启动故障相失灵。如果是保护单跳失灵引起的第一级出口，实际上等同于传统意义上的单跳失败跳三相。
2.5 三跳启动失灵
由保护三相跳闸启动，分别经“失灵保护相电流定值”、“低功率因数角”、“失灵保护零序电流定值”和“失灵保护负序电流定值”四个判据或门开放。
装置采用的低功率因数元件，该元件开放的条件有二：任一相电流大于 0.05In、电压大于 8V 且对应相满足|COSΦ|<COSΦzd；三相电压均低于门槛值 8V 且满足任一相有流。其中：Φ 为一相电压与该相电流的相角差测量值；Φzd 为装置低功率因素角整定值，整定值范围为45º～90º。当交流电压断线告警或者“低功率因数元件”退出时，退出所有相的低功率因素元件，认为低功率因素的条件不满足。
2.6 死区保护
当装置收到三跳信号（包括“保护三相跳闸输入”或 A、B、C 三相跳闸同时动作），且相应断路器跳开，即装置收到三相 TWJ，此时如果任一相电流大于失灵保护相电流定值，则经整定的“死区保护时间”延时启动死区保护。死区保护的保护范围为断路器和 CT 之间的保护死区。死区保护动作时间较失灵保护短，可以快速切除对系统影响较大的死区内的故障。死区保护功能可经控制字“死区保护”投退，动作后跳相邻线断路器，即其对应的出口接点为“失灵”，同时闭锁重合闸。对于智能变电站，保护单相跳闸或三相跳闸订阅的任一 GOOSE 开入异常，认为该路 GOOSE 开入无效。
2.7 重合闸检定方式
本装置重合闸共有三种检定方式，可通过控制字整定：“重合闸检无压方式”投入：检查线路电压或同期电压小于 30V 时，检无压条件满足；“重合闸检同期方式”投入：三相交流电压及同期电压均大于 40V，若同期电压和相同相位的线路电压之间的相位在整定范围内时，认为检同期条件满足。
不检方式：“重合闸检无压方式”及“重合闸检同期方式”均退出时，认为是不检方式。以上三种方式只在三相断开检重合时起作用，对于单相重合闸，则不经上述条件闭锁，直接可以重合。
装置引入的同期电压可接任意相电压和线电压，同期电压相别可通过软件自适应。当交流 PT 断线时，认为检无压、检同期条件不满足；当同期电压断线时，认为检同期条件不满足。另外，在某些情况下对重合闸的检定方式还有特殊要求。如发电厂侧为保证不重合于永久性故障，即使是单相重合闸，往往也要求对侧先合上后本侧才允许重合；而对于重合闸后合侧，如果在合闸前三相电压已恢复也有利于判定先合断路器正确合上。为满足这些运行要求，本装置设有“单相重合闸检线路有压”控制字。若控制字投入，则需要检查三相交流电压均大于 40V 才能重合。
3 结论
断路器失灵保护是指故障电气设备的继电保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时，利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失灵的判别，能够以较短的时限切除同一厂站内其他有关的断路器，使停电范围限制在最小，从而保证整个电网的稳定运行，避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故。断路器拒动是电网故障情况下又叠加断路器操作失灵的双重故障，允许适当降低其保护要求，但必须以最终能切除故障为原则。在现代高压和超高压电网中，断路器失灵保护作为一种近后备保护方式得到了普遍采用。
参考文献：
[1]《电网运行准则》
[2]《智能变电站技术导则》
[3]Q/GDW 1161—2014《线路保护及辅助装置标准化设计规范》
作者简介：
王勇，1984，10，03，男，汉，辽宁锦州，辽宁省送变电工程有限公司，调试员，工程师，研究方向 继电保护
论文作者:王勇,张明昊,王楚涵,白云飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/17
标签：断路器论文; 死区论文; 元件论文; 过流论文; 动作论文; 电压论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第33期论文;