楊遠航 孔德志 李開云 解 良 石恒初

500kV線路斷路器跳位延遲返回對保護功能影響分析及解決措施

楊遠航1孔德志1李開云2解 良1石恒初1

（1. 云南電力調度控制中心，昆明 650011；2. 云南電網(wǎng)有限責任公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000）

部分型號500kV線路斷路器存在跳位延遲返回的現(xiàn)象，與繼電保護功能配合存在問題。本文分析500kV線路斷路器跳位延遲返回對繼電保護功能的影響，指出跳位返回遲滯可能導致線路單相故障時重合失敗，以及斷路器死區(qū)保護功能無法正確實現(xiàn)。從規(guī)劃設計和二次回路完善的角度，提出優(yōu)化設備選型、改接斷路器輔助觸頭、優(yōu)化合閘回路等解決措施。

跳位延遲返回；單跳失?。凰绤^(qū)保護；合閘監(jiān)視

0 引言

在云南電網(wǎng)500kV線路保護運維過程中，發(fā)現(xiàn)其中一條500kV線路發(fā)生單相（B相）故障，故障錄波如圖1所示，線路保護動作跳開故障相斷路器后，斷路器跳位未立即返回，且斷路器跳位返回有300ms延時，即存在跳位延遲返回的現(xiàn)象，而線路保護和斷路器保護的部分功能邏輯涉及斷路器跳位判據(jù)，跳位返回遲滯可能影響保護功能的實現(xiàn)，導致保護誤動作，危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行[1]。

經(jīng)現(xiàn)場實際模擬試驗并查閱斷路器機構[2]二次回路圖紙發(fā)現(xiàn)，部分斷路器廠家在滿足斷路器“分-合-分”動作特性的要求下，出于防止斷路器短時間內分合閘的考慮，在合閘控制回路中加入了時間繼電器SJ3，如圖2所示。該繼電器時間默認整定為300ms，斷路器在合位時，SJ3繼電器失磁，合閘回路不通。當斷路器由合到分后，斷路器輔助觸頭S0-A：31、32導通，SJ3繼電器勵磁，到達延時時間300ms后，SJ3：11、14觸點導通，從而啟動斷路器操作箱TWJ動作，故斷路器跳位返回需要經(jīng)過300ms延時。

圖1 故障線路B相電流、電壓、跳位錄波

圖2 斷路器合閘回路機構原理

目前，繼電保護功能設計中未針對此特殊情況采取專門應對措施，繼電保護功能可能存在不適應問題。本文系統(tǒng)梳理、分析涉及跳位判據(jù)的保護功能的適應性，指出跳位返回延遲可能造成線路保護中的“單跳失敗”誤動[3-4]，以及斷路器保護中的“死區(qū)保護[5-6]”不正確動作，并從設備選型、二次回路優(yōu)化角度提出解決措施。

1 斷路器跳位延遲返回影響分析

1.1 對線路保護“單跳失敗”功能的影響

在500kV線路保護中，“單跳失敗”邏輯判別有兩種方式：①斷路器跳閘位置與電流判據(jù)“或”邏輯判別；②單判電流。跳位延遲返回對兩種判別方式的動作邏輯影響如下。

1）判斷路器跳閘位置及電流

此方式下，保護發(fā)出單相跳閘令后，通過判斷出現(xiàn)電流“從有到無”的變化或150ms內收到跳位開入來判斷單相跳閘成功，否則判斷單相跳閘失敗并永跳三相。電流及位置同時判保護單跳失敗邏輯如圖3所示。

圖3 電流及位置同時判保護單跳失敗邏輯

在該種邏輯判別條件下，若線路處于空載工況或故障電流較小，不足以實現(xiàn)電流“從有到無”的判別，則必須依賴斷路器跳位在150ms內返回，否則線路保護將判為單相跳閘失敗直接三跳斷路器，導致單相故障下線路重合失敗[7]。

因此，跳位延遲300ms返回可能導致線路保護“單跳失敗”誤動，降低線路重合成功率。

2）單判電流

保護邏輯動作跳閘后，150ms時會檢測跳閘相是否跳開，發(fā)單跳令后若該相持續(xù)有電流（>0.06n），經(jīng)150ms延時發(fā)單跳失敗三跳命令。單電流判據(jù)保護單跳動作邏輯如圖4所示[8]。

圖4 單電流判據(jù)保護單跳動作邏輯

該種動作邏輯情況下，斷路器的跳位返回快慢對線路保護單跳邏輯無影響。

1.2 對斷路器保護“死區(qū)保護”功能的影響

1）死區(qū)保護原理

在單電流互感器（TA）配置方式下，TA與斷路器之間發(fā)生故障時，死區(qū)動作接線如圖5所示，雖然線路保護能快速動作，但在本斷路器跳開后，故障并不能切除。此時，需要死區(qū)保護先于失靈保護動作跳開相鄰斷路器[9-11]。

死區(qū)保護的動作邏輯為：當裝置收到三跳信號如線路三跳、發(fā)變三跳，或者A、B、C三相跳閘同時動作時，如果死區(qū)過電流元件動作，對應斷路器跳開，裝置收到三相斷路器跳閘位置信號，受死區(qū)保護投入控制經(jīng)整定的時間延時啟動死區(qū)保護。出口回路與失靈保護一致，動作后跳相鄰斷路器[12-13]。死區(qū)保護動作邏輯如圖6所示。

圖5 死區(qū)動作接線

圖6 死區(qū)保護動作邏輯

2）對死區(qū)保護影響

死區(qū)保護時間定值通常整定為0.1s，失靈保護動作定值[14-15]通常整定為0.2s，二者存在100ms的配合級差。死區(qū)保護先于失靈保護動作的意義在于死區(qū)位置發(fā)生故障等同于母線上發(fā)生故障，故障對系統(tǒng)沖擊較大，容易導致系統(tǒng)失穩(wěn)，因此，需要更加快速地隔離故障[16]。死區(qū)保護先于失靈保護動作的條件是死區(qū)保護需要判斷路器跳位，而失靈保護不判斷路器跳位，因此，在引入斷路器跳位防止誤動后，死區(qū)保護時間定值可以壓低，比失靈保護更快動作。

若斷路器三相跳位返回時間大于100ms，則死區(qū)保護失去存在意義，其動作時間大于失靈保護動作時間。當死區(qū)位置發(fā)生故障時，死區(qū)保護無法快速動作，危及系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2 解決措施

從設備選型及二次回路完善兩個方面分別提出解決措施。

2.1 設備選型

新建站及技改站項目管理過程中，在設備選型、設計審查階段，提出兩個方面的要求：①盡量避免采用斷路器跳位判單跳邏輯的線路保護和有延時跳位返回繼電器的斷路器組合使用，從源頭上避免該問題的出現(xiàn)；②選用輔助觸頭充裕的斷路器設備，且選用無時間閉鎖繼電器的斷路器，做品類優(yōu)化，使用標準常規(guī)的斷路器不會造成影響。

上述要求僅能解決跳位延遲返回影響線路保護“單跳失敗”功能的問題。

2.2 二次回路完善

1）措施一：使用備用斷路器輔助觸頭

在斷路器輔助觸頭充裕的情況下，可重新引一副備用的斷路器輔助觸頭[17]，作為跳位開入，真實反映斷路器跳閘狀態(tài)，徹底解決跳位開入延遲的問題。

2）措施二：取消斷路器機構箱[18]內合閘回路里的時間繼電器

直接取消合閘回路時間繼電器，避免斷路器跳位返回出現(xiàn)延時。大部分廠家均未配置該繼電器，未見影響斷路器安全運行的相關報道。

3）措施三：將監(jiān)視回路放在時間繼電器觸點之后

改接監(jiān)視回路，將監(jiān)視回路移至時間繼電器觸點之后，原監(jiān)視回路如圖7所示，更改后監(jiān)視回路圖8所示[19]。

改接監(jiān)視回路后，可以“繞過”合閘回路時間繼電器，真實反映斷路器位置狀態(tài)。

4）措施四：將SJ3時間繼電器動作時間整定至100ms以內

更改斷路器的動作特性，重新設計分合閘動作要求，將SJ3時間繼電器的時間定值調整為100ms以內，并考慮斷路器輔助觸頭動作所需的時間裕度。

圖7 原監(jiān)視回路

圖8 更改后監(jiān)視回路

對比分析以上措施：措施一可有效解決跳位慢返回的問題，且不會增加回路改接風險，措施二和措施三的二次回路改動較大，應慎重考慮使用，措施四工程實現(xiàn)較為經(jīng)濟、便捷，但未徹底解決延遲返回的問題。綜上所述，在斷路器輔助觸頭充裕的情況下，應優(yōu)先采用措施一，當斷路器輔助觸頭無備用時，可以考慮采取措施二～措施四。

3 結論

本文分析了500kV線路斷路器跳位延遲返回現(xiàn)象對繼電保護功能實現(xiàn)的影響，揭示了斷路器跳位延遲返回帶來的繼電保護運行風險，從設備選型和二次回路優(yōu)化角度提出了解決措施，可為相關工程應用提供參考。

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Analysis of the influence of 500kV line circuit breaker tripping delay return on protection function and its countermeasures

YANG Yuanhang1KONG Dezhi1LI Kaiyun2XIE Liang1SHI Hengchu1

(1. Yunnan Power Grid Planning and Studying Center, Kunming 650011; 2. Yunnan Power Grid Corporation Lincang Power Supply Bureau, Lincang, Yunnan 677000)

Some 500kV line circuit breakers have the phenomenon of delayed return from tripping, and there are problems in coordination with the relay protection function. This paper analyzes the influence of the delayed return of the 500kV circuit breaker tripping position on the relay protection function, and points out that the hysteresis of the tripping position return may lead to the failure of reclosing in the single-phase fault of the line and the failure of the circuit breaker dead zone protection function. From the perspective of planning and design and the improvement of the secondary circuit, solutions such as optimizing equipment selection, changing the auxiliary contacts of the circuit breaker and optimizing the closing monitoring circuit are proposed.

tripping delay return; single jump fault; dead zone protection; closing monitoring

2022-02-16

2022-04-01

楊遠航（1990—），男，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護管理工作。