【摘 要】為了提高線路的輸送能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，普遍采用快速保護(hù)和分相斷路器，由于斷路器存在操作失靈的可能性，當(dāng)線路發(fā)生故障而斷路器又拒動(dòng)時(shí)，將給電網(wǎng)帶來(lái)很大威脅，故應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立的斷路器失靈保護(hù)。斷路器失靈保護(hù)作為元件的近后備保護(hù)，在斷路器失靈時(shí)，以盡可能小的停電范圍快速切除故障，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要的作用。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)安全；斷路器；失靈保護(hù)；短路電流；電能質(zhì)量；電壓互感器；閉鎖回路

0 引言

斷路器的失靈保護(hù)拒動(dòng)，將使故障點(diǎn)仍無(wú)法有效切除，會(huì)造成設(shè)備的進(jìn)一步損壞和電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的進(jìn)一步惡化。但若斷路器失靈保護(hù)誤動(dòng)，即斷路器已正確將故障點(diǎn)隔離，但因失靈保護(hù)誤動(dòng)，仍要跳開(kāi)相鄰的全部斷路器，這勢(shì)必造成電網(wǎng)的停電范圍大大增加，這樣不僅將影響對(duì)正常用戶的供電，還將可能造成電源側(cè)電能無(wú)法輸送，負(fù)荷側(cè)周波下降，甚至是電網(wǎng)部分分解的情況。

1 對(duì)現(xiàn)有斷路器失靈保護(hù)的評(píng)價(jià)

高壓輸電線路具有電壓高、線路長(zhǎng)、輸送功率大、波阻抗小，分布電容大、線路充電電容電流大等特點(diǎn)；這些特點(diǎn)將對(duì)現(xiàn)有的斷路器失靈保護(hù)所用的部分特征量變得靈敏度不高，靈敏度不夠?qū)⒅苯佑绊懙绞ъ`保護(hù)的可靠動(dòng)作，下面將對(duì)失靈保護(hù)中所采集的特征量進(jìn)行分析，以期發(fā)現(xiàn)不足。

斷路器失靈保護(hù)的啟動(dòng)回路中采集的特征量為“電流判據(jù)”和“保護(hù)出口”，本人感覺(jué)這兩個(gè)量在高壓斷路器中仍然使用是可靠且有效的。因?yàn)榫€路故障后，“電流判據(jù)”是必要的，故障后，電流必定增大，當(dāng)?shù)搅嗽O(shè)定動(dòng)作值后，保護(hù)出口，動(dòng)作斷路器分閘，切斷故障點(diǎn)。但僅一個(gè)“電流判據(jù)”可能存在誤動(dòng)的可能，所以在“電流判據(jù)”的基礎(chǔ)上增加“保護(hù)出口”的判據(jù)是有必定的，這樣可以通過(guò)此兩個(gè)判據(jù)來(lái)確定發(fā)生了故障，也確定要使斷路器分閘，只有都滿足了，說(shuō)明斷路器有了要啟動(dòng)失靈的必要性。

斷路器失靈保護(hù)的閉鎖回路中采集的特征量為“電壓突變”、“低電壓”、“負(fù)序電壓”和“零序電壓”的復(fù)合電壓值，本人感覺(jué)這些特征量因?yàn)楦邏壕€路的波阻抗小，分布電容大、線路充電電容電流大等特性而使靈敏度降低的情況。而且當(dāng)線路故障時(shí)，故障電流較正常電流增加許多，故障相電壓卻較正常時(shí)有明顯下降，這些都為特征性的快速、準(zhǔn)確提取增加了難度；電壓互感器做為各電壓量的取出元件，自身元件也存在飽和、突變性較差的實(shí)際情況，這也使各特征量的采集增加了難度。另外斷路器在跳閘的過(guò)程中，因在斷路器觸頭分開(kāi)時(shí)，存在著較強(qiáng)烈的電弧現(xiàn)象，這使上述這些電壓特征量的靈敏度進(jìn)一步降低，而且還可能存在因靈敏度不夠使這些特征量不能正常、可靠進(jìn)行閉鎖的情況。所以為了完善失靈保護(hù)中閉鎖回路的功能，在考慮高壓線路特性和斷路器開(kāi)斷故障電流產(chǎn)生電弧的情況下，應(yīng)該提出可行的特征量，用來(lái)判斷是否要對(duì)斷路器的失靈回路進(jìn)行閉鎖，從而切實(shí)提高斷路器失靈保護(hù)的可靠性。

斷路器失靈保護(hù)中的動(dòng)作執(zhí)行回路，主要是對(duì)失靈保護(hù)的出口動(dòng)作情況進(jìn)行分類；高壓斷路器的動(dòng)作后果應(yīng)該完全同現(xiàn)有的斷路器一樣，但因考慮到高壓系統(tǒng)的電壓高，產(chǎn)生的故障電流大的特點(diǎn)，在可靠、準(zhǔn)確的判斷出斷路器是否真實(shí)失靈的前提下，進(jìn)一步提高斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作的速度，使故障點(diǎn)能盡快隔離，這樣不僅可以減小對(duì)相關(guān)設(shè)備（人員）的損壞（傷害）程度，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行也有較大的幫助，能提高系統(tǒng)的可靠性；所以提高斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作的速度是研究的方向。

2 基于故障后電流變化量閉鎖的改進(jìn)方案提出

現(xiàn)在許多保護(hù)，主要是電流量方面的保護(hù)，采用了電流的突變量為特征量，由此做為保護(hù)動(dòng)作的判據(jù)或補(bǔ)充判據(jù)，這樣可以避免因單一采用電流量，電流量采集存在問(wèn)題時(shí)，造成保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)情況的發(fā)生。由于目前對(duì)電流突變量的采集是成熟的技術(shù)，為本文在下面提出電流突變量的采用、分析和使用提供了技術(shù)方面可行性的保證。

下面將線路在故障發(fā)生后，保護(hù)、斷路器動(dòng)作的情況進(jìn)行分步描述，現(xiàn)以線路單相故障為例：

①正常切除故障

線路發(fā)生單相故障→故障相電流增大→主保護(hù)（快速保護(hù)）通過(guò)判斷后動(dòng)作出口（同時(shí)啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)）→斷路器收到保護(hù)動(dòng)作令斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行分閘動(dòng)作→斷路器動(dòng)、靜觸頭拉開(kāi)后產(chǎn)生電弧→斷路器分閘成功→故障點(diǎn)被切除→失靈保護(hù)返回。

②未切除故障

未切除故障的情況有兩種，一種是斷路器因信號(hào)、機(jī)構(gòu)等問(wèn)題未動(dòng)作（因主保護(hù)配置具有雙重化，且配置了相關(guān)的后備保護(hù)，故不考慮保護(hù)裝置未動(dòng)作的因素）；另一種是保護(hù)動(dòng)作正確，斷路器也動(dòng)作，但斷路器未能將故障電流分?jǐn)?，故障點(diǎn)未能被隔離。

1） 斷路器未動(dòng)作

線路發(fā)生單相故障→故障相電流增大→主保護(hù)（快速保護(hù)）通過(guò)判斷后動(dòng)作出口（同時(shí)啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)）→斷路器因未收到保護(hù)動(dòng)作令或斷路器操作機(jī)構(gòu)存在問(wèn)題，而未動(dòng)作分閘→故障點(diǎn)未切除→失靈保護(hù)第一延時(shí)動(dòng)作，再次跳本斷路器→若故障點(diǎn)仍未切除→失靈保護(hù)第二延時(shí)動(dòng)作，跳本斷路器相鄰的全部斷路器。

2） 斷路器動(dòng)作并未能分?jǐn)喙收想娏?/p>

線路發(fā)生單相故障→故障相電流增大→主保護(hù)（快速保護(hù)）通過(guò)判斷后動(dòng)作出口（同時(shí)啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)）→斷路器收到保護(hù)動(dòng)作令斷路器操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行分閘動(dòng)作→斷路器動(dòng)、靜觸頭拉開(kāi)后產(chǎn)生電弧→但斷路器未能將故障電流分?jǐn)唷收宵c(diǎn)未切除→失靈保護(hù)第一延時(shí)動(dòng)作，再次跳本斷路器→若故障點(diǎn)仍未切除→失靈保護(hù)第二延時(shí)動(dòng)作，跳本斷路器相鄰的全部斷路器。

從上面所表述的過(guò)程可以看出，故障點(diǎn)是否被有效切除是斷路器失靈保護(hù)是否需要?jiǎng)幼鞯年P(guān)鍵；而故障點(diǎn)是否被有效切除，除了常規(guī)能用種類電壓特征量來(lái)判別外，還有一個(gè)更直接的特征量——電流量。因?yàn)楫?dāng)一定時(shí)間后，如果故障仍存在，故障電流仍很大，就可以說(shuō)明斷路器未斷開(kāi)，需要啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)；而如果電流較故障電流小了許多，則表明斷路器已經(jīng)斷開(kāi)，斷路器失靈保護(hù)不應(yīng)再啟動(dòng)和出口了。

從電路進(jìn)行分析，斷路器開(kāi)斷短路電流的前后電流存在非常大的區(qū)別：斷路器開(kāi)斷前，通過(guò)斷路器和電流互感器所測(cè)得的是故障電流；當(dāng)斷路器開(kāi)斷后，回路將沒(méi)有任何電流，電流互感器也測(cè)不到電流。而如果斷路器未能分?jǐn)喙收想娏?，從電路上?lái)看，則電流應(yīng)該同原先一樣，沒(méi)有變化。

基于斷路器是否開(kāi)斷短路電流，經(jīng)過(guò)斷路器固有的分閘時(shí)間后，通過(guò)斷路器的電流是有明顯的差別，所以根據(jù)上述分析所得出的結(jié)果，將經(jīng)過(guò)斷路器固有的分閘時(shí)間后的電流量作為斷路器失靈保護(hù)閉鎖判據(jù)的特征量是可行的。

3 改進(jìn)方案的難點(diǎn)和仿真驗(yàn)證的必要性

考慮到各短路故障情況不一樣，所對(duì)應(yīng)的各種短路電流也不一樣，而且各種短路電流的變化量有較大差別。如單相接地故障，故障電流中含有直流等會(huì)衰減的分量，則通過(guò)一段時(shí)間后，短路電流也將衰減。而兩相和三相故障時(shí)，除了故障電流中有直流等會(huì)衰減的分量外，如果有一相斷路器未斷開(kāi)，故障的類型就將由兩相或三相故障過(guò)渡到單相接地故障，過(guò)渡狀態(tài)存在較多不確定性；這些必然會(huì)使實(shí)際電流量的情況完全不能等同于理想的電流值。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著高壓電網(wǎng)的逐步建設(shè)和投入運(yùn)行，全國(guó)各大電網(wǎng)將通過(guò)高壓系統(tǒng)有序的聯(lián)網(wǎng)，所以高壓對(duì)電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行將起到更大的作用，這也將對(duì)高壓系統(tǒng)的斷路器提出更高的要求。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：劉帥](méi)