500kV线路断路器跳位延迟返回对保护功能影响分析及解决措施

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部分型号500kV线路断路器存在跳位延迟返回的现象，与继电保护功能配合存在问题。云南电力调度控制中心、云南电网有限责任公司临沧供电局的研究人员杨远航、孔德志、李开云、解良、石恒初，在2022年第7期《电气技术》上撰文，分析500kV线路断路器跳位延迟返回对继电保护功能的影响，指出跳位返回迟滞可能导致线路单相故障时重合失败，以及断路器死区保护功能无法正确实现。从规划设计和二次回路完善的角度，提出优化设备选型、改接断路器辅助触头、优化合闸回路等解决措施。

在云南电网500kV线路保护运维过程中，发现其中一条500kV线路发生单相（B相）故障，故障录波如图1所示，线路保护动作跳开故障相断路器后，断路器跳位未立即返回，且断路器跳位返回有300ms延时，即存在跳位延迟返回的现象，而线路保护和断路器保护的部分功能逻辑涉及断路器跳位判据，跳位返回迟滞可能影响保护功能的实现，导致保护误动作，危及电网安全稳定运行。

图1  故障线路B相电流、电压、跳位录波

经现场实际模拟试验并查阅断路器机构二次回路图纸发现，部分断路器厂家在满足断路器“分-合-分”动作特性的要求下，出于防止断路器短时间内分合闸的考虑，在合闸控制回路中加入了时间继电器SJ3，如图2所示。

该继电器时间默认整定为300ms，断路器在合位时，SJ3继电器失磁，合闸回路不通。当断路器由合到分后，断路器辅助触头S0-A：31、32导通，SJ3继电器励磁，到达延时时间300ms后，SJ3：11、14触点导通，从而启动断路器操作箱TWJ动作，故断路器跳位返回需要经过300ms延时。

图2  断路器合闸回路机构原理

目前，继电保护功能设计中未针对此特殊情况采取专门应对措施，继电保护功能可能存在不适应问题。本文系统梳理、分析涉及跳位判据的保护功能的适应性，指出跳位返回延迟可能造成线路保护中的“单跳失败”误动，以及断路器保护中的“死区保护”不正确动作，并从设备选型、二次回路优化角度提出解决措施。

1  断路器跳位延迟返回影响分析

1.1  对线路保护“单跳失败”功能的影响

在500kV线路保护中，“单跳失败”逻辑判别有两种方式：①断路器跳闸位置与电流判据“或”逻辑判别；②单判电流。跳位延迟返回对两种判别方式的动作逻辑影响如下。

1）判断路器跳闸位置及电流

此方式下，保护发出单相跳闸令后，通过判断出现电流“从有到无”的变化或150ms内收到跳位开入来判断单相跳闸成功，否则判断单相跳闸失败并永跳三相。电流及位置同时判保护单跳失败逻辑如图3所示。

图3  电流及位置同时判保护单跳失败逻辑

在该种逻辑判别条件下，若线路处于空载工况或故障电流较小，不足以实现电流“从有到无”的判别，则必须依赖断路器跳位在150ms内返回，否则线路保护将判为单相跳闸失败直接三跳断路器，导致单相故障下线路重合失败。

因此，跳位延迟300ms返回可能导致线路保护“单跳失败”误动，降低线路重合成功率。

2）单判电流

保护逻辑动作跳闸后，150ms时会检测跳闸相是否跳开，发单跳令后若该相持续有电流（>0.06In），经150ms延时发单跳失败三跳命令。单电流判据保护单跳动作逻辑如图4所示。

图4  单电流判据保护单跳动作逻辑

该种动作逻辑情况下，断路器的跳位返回快慢对线路保护单跳逻辑无影响。

1.2  对断路器保护“死区保护”功能的影响

1）死区保护原理

在单电流互感器（TA）配置方式下，TA与断路器之间发生故障时，死区动作接线如图5所示，虽然线路保护能快速动作，但在本断路器跳开后，故障并不能切除。此时，需要死区保护先于失灵保护动作跳开相邻断路器。

图5  死区动作接线

死区保护的动作逻辑为：当装置收到三跳信号如线路三跳、发变三跳，或者A、B、C三相跳闸同时动作时，如果死区过电流元件动作，对应断路器跳开，装置收到三相断路器跳闸位置信号，受死区保护投入控制经整定的时间延时启动死区保护。出口回路与失灵保护一致，动作后跳相邻断路器。死区保护动作逻辑如图6所示。

图6  死区保护动作逻辑

2）对死区保护影响

死区保护时间定值通常整定为0.1s，失灵保护动作定值通常整定为0.2s，二者存在100ms的配合级差。死区保护先于失灵保护动作的意义在于死区位置发生故障等同于母线上发生故障，故障对系统冲击较大，容易导致系统失稳，因此，需要更加快速地隔离故障。

死区保护先于失灵保护动作的条件是死区保护需要判断路器跳位，而失灵保护不判断路器跳位，因此，在引入断路器跳位防止误动后，死区保护时间定值可以压低，比失灵保护更快动作。

若断路器三相跳位返回时间大于100ms，则死区保护失去存在意义，其动作时间大于失灵保护动作时间。当死区位置发生故障时，死区保护无法快速动作，危及系统稳定运行。

2  解决措施

从设备选型及二次回路完善两个方面分别提出解决措施。

2.1  设备选型

新建站及技改站项目管理过程中，在设备选型、设计审查阶段，提出两个方面的要求：①尽量避免采用断路器跳位判单跳逻辑的线路保护和有延时跳位返回继电器的断路器组合使用，从源头上避免该问题的出现；②选用辅助触头充裕的断路器设备，且选用无时间闭锁继电器的断路器，做品类优化，使用标准常规的断路器不会造成影响。

上述要求仅能解决跳位延迟返回影响线路保护“单跳失败”功能的问题。

2.2  二次回路完善

1）措施一：使用备用断路器辅助触头。在断路器辅助触头充裕的情况下，可重新引一副备用的断路器辅助触头，作为跳位开入，真实反映断路器跳闸状态，彻底解决跳位开入延迟的问题。

2）措施二：取消断路器机构箱内合闸回路里的时间继电器，直接取消合闸回路时间继电器，避免断路器跳位返回出现延时。大部分厂家均未配置该继电器，未见影响断路器安全运行的相关报道。

3）措施三：将监视回路放在时间继电器触点之后改接监视回路，将监视回路移至时间继电器触点之后，原监视回路如图7所示，更改后监视回路图8所示。

图7  原监视回路

图8  更改后监视回路

改接监视回路后，可以“绕过”合闸回路时间继电器，真实反映断路器位置状态。

4）措施四：将SJ3时间继电器动作时间整定至100ms以内，更改断路器的动作特性，重新设计分合闸动作要求，将SJ3时间继电器的时间定值调整为100ms以内，并考虑断路器辅助触头动作所需的时间裕度。

5）对比分析以上措施：措施一可有效解决跳位慢返回的问题，且不会增加回路改接风险，措施二和措施三的二次回路改动较大，应慎重考虑使用，措施四工程实现较为经济、便捷，但未彻底解决延迟返回的问题。综上所述，在断路器辅助触头充裕的情况下，应优先采用措施一，当断路器辅助触头无备用时，可以考虑采取措施二～措施四。

3  结论

本文分析了500kV线路断路器跳位延迟返回现象对继电保护功能实现的影响，揭示了断路器跳位延迟返回带来的继电保护运行风险，从设备选型和二次回路优化角度提出了解决措施，可为相关工程应用提供参考。

本文编自2022年第7期《电气技术》，论文标题为“500kV线路断路器跳位延迟返回对保护功能影响分析及解决措施”，作者为杨远航、孔德志 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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