摘要：220kV及以上变电站高压输电线路继电保护装置均已实现了双重化配置，断路器机构也具有两组跳闸线圈以构成相互独立的跳闸回路。但还是有部分断路器本体三相不一致保护还未按照保护双重化要求进行配置。保护装置三相不一致保护和断路器本体三相不一致保护的起动回路及跳闸回路电源均使用第一组操作电源。当操作箱第一操作回路电源故障跳开时，断路器本体及保护装置三相不一致保护将同时拒动，故障线路将长时间非全线运行，会影响电网的稳定运行。目前就此问题提出可行的解决优化方案。
关键词：三相不一致；保护拒动
0 引言
220kV及上变电站中输电线路的断路器均采用分相操作机构，在运行中可能会出现三相位置不一致状态，此时系统中会出现较大的负序和零序分量，如果此条线路的负荷很大，在非全相运行的情况下有可能产生的零序电流将大于零序保护的整定值，将会导致相邻线路零序保护误动作。因此，合理的优化三相不一致保护能够保障电网的稳定运行。
1 三相不一致保护配置情况
1.1继电保护装置三相不一致保护配置
目前国内主流厂家南瑞继保、北京四方的保护装置都已取消辅助保护装置，将三相不一致保护功能加入到线路保护装置中，满足双重化配置要求。
现在以南瑞继保PCS-931系列的保护装置以及CZX12R系列的操作箱为例进行分析。三相不一致保护接点开入如图1所示。
图1 三相不一致开入采用分相操作箱TWJ接点
PCS-931N2/N2Z/N2F/N2Q/N2ZQ/N2S/N2SZ 具有不一致保护功能，该不一致保护可由控制字投退，并可经控制字选择是否经零序或者负序电流闭锁。三相不一致保护采用三个跳位 TWJA、TWJB、TWJC 以及各相有流条件综合判别结果来起动。当有 TWJ 开入且对应相有流时保护装置经 1S 延时报警(报警信号为“TWJ 异常”)，并作为不一致保护的闭锁条件；当有 TWJ（一相或两相）时，则经 10 秒延时报警(报警信号为“TWJ 异常”)，但不闭锁不一致保护。
1.2断路器本体三相不一致保护配置
220kV及以上电压等级的断路器均应配置断路器本体三相不一致保护。本体三相不致保护一般配置如图2所示。其动作机理为 ：当断路器三相位置不一致时，第一组操作回路启动时间继电器 K16，K16经整定时间延时后动作启动K61、K63继电器出口跳第 1、2组跳闸线圈。
断路器型号为西门子3AP1-FI，三相不一致启动跳闸回路见图2。
图2 断路器三相不一致启动回路图
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2 三相不一致保护的必要性
2.1 系统的要求：
假设220kV线路的负荷电流很大，当线路发生非全相运行时，其零序电流就相当于负荷电流。此时与其相邻线的线路零序电流就有可能很大，甚至大于零序后备保护定值。若不快速切除非全相运行线路，就可能导致相邻线路误动，越级跳闸。
2.2 设备的要求：
电气设备的稳定性一般是按电力系统全相运行的条件下设计的。当断路器发生非全相运行时，将会对电气设备机械稳定性产生影响，尤其是发电机、变压器，组合电容器等非电阻性的电气设备影响非常大。
2.3用户对电能质量的要求：
当线路发生非全相运行时，会影响用户的电能质量。如果是单电源变电站220kV高压侧发生非全相运行，10kV低压侧会产生较大的负序分量，用户所得到的电源为不对称三相电源。如果用户是三相无功负荷，设备出力将会不平衡，严重时，会对用户设备造成损坏。
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3 三相不一致保护隐患分析
由于双套继电保护装置的三相不一致保护开入接点均取自跳闸监视回路中的2TWJa、2TWJb、2TWJc继电器，断路器本体三相不一致继电器回路电源取自第一组操作电源。在变电站I母直流母线或断路器操作回路故障失去第一组操作电源时，在线路发生单相故障，且断路器重合闸失败，线路非全相运行。此时，三相强迫动作继电器K16失电，断路器本体三相不一致保护不动作；又A、B、C三相跳位监视继电器2TWJa、2TWJb、2TWJc失电，故障跳开相断路器跳位监视接点不动作，使得PCS-931N装置三相不一致接点没有开入，失去保护装置三相不一致保护功能。由以上分析可知，在失去第一组操作电源时，断路器本体及保护装置三相不一致保护将同时拒动，故障线路将长时间非全相运行。
4 现场改进优化方案
由操作回路图以及断路器本体三相强迫动作回路图中可以看出，当I母直流母线故障或第一组操作电源失去的情况下，三相不一致保护功能将会失效。现提出有效的改进方案。
4.1优化改进方案1
双套保护装置的TWJ开入采用断路器辅助接点。此种接线方式接点可靠，且不与其它操作回路存在电气上的联系，不易产生寄生回路，能够保证当I母直流母线发生故障时，线路非全相运行时，保护装置三相不一致保护正确动作跳开断路器第 二组跳闸线圈。该方案的缺点是：若分相断路器辅助接点少，不能满足实际接线需求。为保障三相不一致保护功能，也可以仅将第二套保护装置的TWJ开入接点更换为断路器辅助接点。
4.2优化改进方案2
增加两套保护装置的不一致接点开入作为辅助判据，采用CZX-12R操作箱提供的断路器三相合位监视继电器常开、常闭动作接点串并联构成的接点，如图3所示。当I母直流母线故障，线路非全相运行时，由于断路器第二组跳闸线圈操作回路不受影响，22HWJa、22HWJb、22HWJc合位监视接点能够正确反应开关不一致运行状态，PCS-931N2装置三相不一致保护动作出口断路器第二组跳闸线圈，跳开故障线路。此方案设计合理、功能完整，不需要增加断路器辅助接点。该方案的缺点是：需要保护装置升级增加三相不一致开入，操作箱需要扩展HWJ接点，维护成本较高。
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图3 三相不一致开入回路图
4.3优化改进方案3
增加断路器第二组跳闸线圈独立的三相强迫动作回路。因保护装置的三相不一致保护在第一组操作电源故障时，无法正确动作，因此完善断路器本体三相不一致保护，使两组跳闸线圈能够独立启动、出口十分必要。
5 结束语
非全相保护在运行中的作用不容忽视。它不但影响设备的正常运行，也直接影响着电网的安全，以及电能质量。
所以改进220kV及以上电压等级的断路器三 相不一致保护二次回路，完善其保护功能，能有效防止在I母直流母线故障或失去第一组操作电源时，断路器失去三相不一致保护功能，对保护的双重化配置，保证电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
参考文献：
[1] 陈衍，电力系统稳态分析第三版；中国电力出版社；2007年出版。
[2] 南方电网 220 kV 线路保护技术规；2012.02.15 实施
[3] 南方电网电力系统继电保护反事故措施汇编；
2014.12
论文作者:夏添,陈相吉
论文发表刊物:《中国电业》2019年第20期
论文发表时间:2020/4/7
标签：断路器论文; 接点论文; 回路论文; 保护装置论文; 线路论文; 操作论文; 本体论文; 《中国电业》2019年第20期论文;