摘要：本文就一起典型500kV开关系统断路器本体非全相保护在现场应用的若干问题进行分析，针对违反反事故措施的具体要求，对其中中间继电器动作功率不足以及违反双重化配置共用元器件的具体问题，结合现场实际进行了整改，提醒现场继电保护工作者应高度重视反事故措施要求，极力创造条件以提高设备安全运行水平。
关键词：非全相保护 动作功率不足 双重化配置 优化整改
Problems and Improvements of Field Application of 500kV Switch Body Non-Full Phase Protection
ZHANG Junhui1 YANG Rui2
(Huaneng Lancang River Hydropower Co, Ltd,Weizhaodu Hydropower Plant,Puer,Yunnan 665000,China)
Abstract: In this paper, some problems of the application of a typical 500kV switch system circuit breaker in the field are analyzed. In order to meet the specific requirements of the anti-accident measures, the power of the intermediate relay is insufficient and the common component is violated. In combination with the actual field rectification, remind the field relay protection workers should attach great importance to the requirements of anti-accident measures, and try their best to create conditions to improve the safe operation of the equipment.
Keyword:Non-full phase protection Insufficient power Duplex configuration Optimization of rectification
1前言
伴随国民经济的快速发展，电网容量也随之不断攀升，各类输变电设备的负荷电流也不断增大。部分220kV及以上电压等级输电线路及1000MVA变压器维持高负荷运行时，负荷电流达到2000A以上，当此类设备的断路器非全相运行时所产生的零序电流与其所载负荷电流相当，此时相邻线路的零序电流可能达到其零序保护定值而引起误动。对于发电机相连接的断路器，在其非全相运行时将不可避免的产生负序电流，长期带负序电流运行将对发电机造成严重损坏。因此220kV及以上线路、发电机、变压器所属分相跳闸断路器必须考虑配置非全相保护功能。《南方电网电力系统继电保护反事故措施汇编（2014版）》中明确要求采用分相操作机构的开关，本体应具备非全相保护功能，并确保投入。此外，《继电保护和安全自动装置技术规程》也明确要求，相互独立是保护双重化配置重要原则，因此双重化配置的两套保护不应有任何电气联系，一套退出运行时不应影响另一套保护的运行。
2现场断路器非全相保护配置存在问题
某电厂500kV断路器本体配置有双套非全相保护（如下图所示），主要通过开关本体三相合位与跳位位置信号用于判断断路器出现三相不一致故障，而又采集断路器穿越电流零序分量（图中I0J继电器）用于防误闭锁，最后通过延时时间继电器（图中继电器47T）用于躲过断路器本身合闸机械固有时间差异以及线路断路器重合闸期间的非全相时间，最后通过中间继电器47TX并联功能压板以实现其保护功能。
从中不难看出，两套非全相保护共用了元器件静态电流继电器I0J，即两套保护共用了一套交流采样，且从现场应用来看该型号静态电流继电器必须使用直流电源且取自断路器第一路控制电源。各项反措文件明确要求，双套化配置的两套保护不得有任何电气联系，其交流电压、电流应分别取自电压互感器、电路互感器相互独立的绕组，此外非全相保护所用跳闸出口重动继电器宜采用启动功率不小于5W、动作电压介于55%-65%Ue、动作时间不小于10ms的中间继电器。通过对现场二次回路及元器件配置进行仔细排查检测，发现以上保护配置中有两项严重问题。
2.1对该非全相保护功能所用出口中间继电器47TX进行校验发现动作时间能够满足反措要求，但动作电压和动作功率却均不符合要求，进一步检测发现同批次继电器性能参数相近，均无法满足保护配置要求，选取三组校验数据如下。
表1 非全相保护中间继电器校验
2.2两套非全相保护共用元器件静态电流继电器，且该继电器使用断路器第一组控制电源，即所取交流电流为互感器同一绕组，另外存在继电器损坏或断路器第一组控制电源失电两套保护功能同时失效问题。
3非全相保护功能改进措施
反措文件中对于双重化保护配置的规定体现了对继电保护可靠性的严格要求，以确保两套保护功能互相独立以实现其作用，以保证保护配置中单一故障下保护能够正确动作，进而防止拒动发生。而其中对于跳闸出口继电器动作时间、动作电压以及动作功率的严格要求又体现了为应对回路故障发生时，继电器因直流接地等因素而误动作，体现了对继电保护功能安全性的要求。现场在发现以上问题后，分别对两项问题采取了整改措施，以最终实现能够完全符合反措文件要求。
3.1改善跳闸出口中间继电器动作特性
从上分析可知，该继电器动作电压偏低不能满足反措要求，需采取措施以提高继电器动作电压。依据简单电路知识可知，若需提高元器件动作电压，可通过串联电阻分压以获得整体更高电压。取得该批次继电器内阻平均值可得R47T=4.8kΩ，需使之整体动作电压介于55%-65%Ue即121V-143V（暂取60%Ue =132V），设串联电阻R1，则有：
可得R1=0.96kΩ，可取1 kΩ。
式中UD为继电器原动作门槛电压，R47T为继电器内阻，Ue为电路额定工作电压，R1为串联分压电阻。
则可得整体继电器串联电阻原件动作门槛电压为UD1，则有：
可得UD1=132V=0.6Ue，介于55%-65%Ue之间满足反措要求，整体元器件内阻R47T1=5.8 kΩ。
另一方面需改善继电器动作功率，则可考虑利用并联电路分流原理加以实现，现将改善动作功率后的继电器串联电阻元器件看做整体继电器47T1，取整体动作功率为PD=5.2W，则有：
可得R2=7.9 kΩ，取5 kΩ。
式中UD1为继电器组现动作门槛电压，R47T1为继电器组内阻，R2为并联分流电阻。
则可得整体动作功率PD0，可有：
可得PD0=6.5W，大于5W满足反措要，R47T0=2.68kΩ，式中R47T0为最终继电器元件组内阻。
综上可得优化后的继电器元器件组（47T）动作特性如下所列，各项指标均符合反措文件要求。
表2 优化后的中间继电器参数
2.2针对双重化配置共用元器件及采样电流问题，考虑到现场虽然具备增加一只静态电流继电器的条件，但需要另外配置一组零序电流互感器绕组。通过现场勘查和分析，确认难以满足额外配置一组电流互感器的条件，反措中提出断路器本体配置非全相保护的意义在于以下两点：
电气量保护在某些条件下可能被闭锁，无法正确动作。
本着断路器的问题断路器自己解决的原则应配置断路器本体的非全相保护，保证开关三相不一致时能快速三相跳闸。
综合考虑现场实际，断路器保护中本身配置有非全相保护，其本身附带相应负序、零序电流判据，因而断路器本体非全相保护宜不再增加额外判据，进而对保护的可靠性造成影响。因此，最终现场确认取消零序电流判据，通过拆除静态电流继电器的方式实现对保护辅助判据的简化，也避免两套本体非全相保护出现共用部分元器件的问题，进而影响保护的双重化配置，最终原理简化如下。
3结论
电力系统反事故措施是结合近年来电力系统方方面面的是管理和现场应用的经验总结而形成，是凝结了多年来现场是技术应用的专业人员心血编制而成，对电力系统的安全稳定运行有着重要的意义。本文通过对500kV开关本体的非全相保护严重不遵循反措要求存在的若干问题入手，在现场有限的条件下，通过一些简单的原理，最终使得问题快速得以整改，大大提高了现场设备运行的可靠性，谨以此文提醒现场广大的继电保护专业人员，遇到类似问题时，不宜等待，应尽量创造条件以最终满足运行要求提高设备运行安全可靠性。
参考文献
[1]《国家电网公司十八项电网重大反事故措施（修订版）》.
[2]《继电保护和安全自动装置技术规程 GB/T14285-2006》.
[3]《国家电网公司继电保护培训教材》中国电力出版社2015年9月.
[4]李俊.谈谈断路器非全相保护.电力与能源，2011 NO.10.
[5]王志华，郭明叙. 断路器本体非全相保护装置故障分析及防范措施. 南方电网技术，2013年第7卷第2期.
作者简介
张军辉（1986-），男，湖北随州毕业于武汉大学电气工程学院，工程师，现于糯扎水电厂主要从事继电保护检修维护工作。电子邮箱:icyoliver@163.com。
论文作者:张军辉1,杨瑞2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：继电器论文; 断路器论文; 动作论文; 电流论文; 电压论文; 本体论文; 现场论文; 《电力设备》2019年第6期论文;