高壓斷路器的非全相保護
摘要：針對中國的電力系統，闡述了配置高壓斷路器非全相保護的必要性，就當前非全相保護的常見方案進行了分析，認為非全相保護以有電流閉鎖為佳;并就3/2斷路器接線的非全相保護的一些問題進行了探討。
關鍵詞：高壓斷路器 非全相保護 電流閉鎖
在220kV及以上電壓等級的電網中，普遍采用分相操作的斷路器，由于設備質量和操作等原因，運行中可能出現三相斷路器動作不一致的異常狀態，如何消除這種異常狀態，存在不同認識，各系統也有不同做法。下面結合系統和保護的實際運行情況，就裝設斷路器非全相保護的必要性進行闡述，對當前非全相保護的常見方案進行分析，并對3/2斷路器接線的非全相保護的一些問題進行探討。
1 裝設非全相保護的必要性
電力系統在運行時，由于各種原因，斷路器三相可能斷開一相或兩相，造成非全相運行。如果系統采用單重或綜重方式，在等待重合期間，系統也要處于非全相運行狀態。但是，系統非全相運行的時間應有所限制，這是因為：
a.系統要求。當系統處于非全相運行狀態時，系統中出現的負序、零序等分量對電氣設備產生一定危害。
b.保護要求。由于出現負序、零序等分量，使得系統中的一些保護可能處于啟動狀態。例如：目前常用的11系列微機線路保護，當系統由全相變為非全相運行時，如果保護突變量元件啟動，在判斷無故障后，保護程序轉入振蕩閉鎖模塊，若該線路零序分量數值大于零序輔助啟動元件定值時，程序將處于振蕩閉鎖狀態，超過12s時，保護將報告電流互感器(TA)斷線，整套保護中僅余少數保護功能起作用，嚴重影響保護的可靠性。系統中的負序、零序等分量還可能使一些保護(如零序電流保護)動作跳閘，誤斷開正常運行的線路。
對于系統采用單重、綜重等方式，故障跳閘造成的非全相運行，若重合閘成功，系統自然很快轉入全相運行;若重合于故障，斷路器三相跳閘，系統也轉入全相運行。對這種等待重合的非全相狀態，系統中的設備和保護必須予以考慮。例如某些保護段可采取提高定值、加大延時等措施，以躲過重合閘周期。
對于因設備質量、回路等問題造成的非全相狀態，情況要復雜一些。例如，斷路器偷跳一相，由于斷路器位置不對應，重合閘應當啟動，將斷路器重合，而如果斷路器有問題，偷跳相不能重合，該斷路器將非全相運行。對這類非全相狀態，由設備主保護消除的還不多。仍以11系列微機線路保護為例，如果保護選跳或斷路器偷跳后未重合造成的非全相運行，從保護功能上看，可能僅有不靈敏零序段或靈敏零序段保護起作用，而它們還要受到定值和方向元件的制約，也就是說，線路保護本身對此可能無能為力。
因此，綜合考慮以上各種因素，應當裝設能反映斷路器非全相運行狀態的非全相保護，作用于跳開已處于不正常狀態的斷路器。至于目前有些斷路器機構箱中有反映斷路器三相位置不一致的保護，各地可根據實際情況使用。
2 非全相保護的常用方案分析
非全相保護的實現，一般需要反映斷路器三相位置不一致的回路，可以采用斷路器輔助觸點組合實現，也可以采用跳閘位置、合閘位置繼電器的接點組合(該接點組合一般由操作箱給出)實現，以下均稱之為三相不一致接點。目前，專用非全相保護的常見方案有以下幾種。
2.1 三相不一致接點直接啟動時間繼電器
如圖1所示，無電流接點時，這種方案與配置在斷路器機構箱內的非全相保護類似，比較簡單，也能起到應有的保護作用。
華北網在反措實施細則中明確要求“非全相保護應直接用斷路器輔助接點作為判據，取消電流判別回路”。但是，由于斷路器輔助接點的不可靠性及引入電纜運行環境的影響等因素，運行中發生了多次非全相保護誤動的事例。如1997年2月1日，華北小營站2212斷路器HWJ的A相，操作箱到斷路器的電纜斷線，*后導致非全相保護誤動。基于運行實踐，我們認為該方案的**性值得懷疑。
2.2 三相不一致接點串接零序電流繼電器接點后啟動時間繼電器
如圖1所示，該方案與2.1節方案相比，增加了零序電流閉鎖判據，**性有了很大的提高。由于零序電流較易獲得，該方案在系統中獲得了比較廣泛的應用。主要問題是零序電流的整定。目前，河北電網一般按躲過正常負荷下的不平衡電流整定(一次值約為100A)，但是顯然地，當線路負荷較小時，非全相保護可能拒動。例如:1999年1月21日河北里縣站里章線242斷路器，因手跳繼電器A相絕緣擊穿，造成線路非全相運行，非全相保護拒動，后值班人員手動拉開B相、C相。非全相保護拒動的原因是該線路負荷較小，非全相運行時的零序電流達不到定值(一次值為120A)。該方案的另一問題是，不能用于末端變壓器中性點不接地運行的輻射線路，因為當輻射線路非全相運行時，系統中僅出現負序分量，無零序電流流過該線路，這種方案的非全相保護自然要拒動。例如，1998年8月13日河北孫村站孫任線263斷路器，在線路故障重合時，因重合閘接點問題，C相未重合，造成非全相運行，但非全相保護拒動，就是因為在當時的系統運行方式下，孫任線單帶任東站運行，任東站主變220kV側中性點未接地運行，263斷路器非全相時，線路無零序電流。目前，微機型保護裝置中，CSI101/121采用此方案，屬于傳統非全相保護的微機化產品，三相不一致接點為開關輸入量，經內部零序電流判別，延時出口。
2.3 三相不一致接點串接負序電流繼電器接點后啟動時間繼電器
該方案與2.2節方案類似，僅電流判別采用負序分量，一般用于負序電流較易獲得的情況，例如發電機—變壓器組成套保護中。負序電流也可按躲過正常運行時的不平衡電流整定，當負荷較小時，也可能拒動。較2.2節方案優越之處在于可用于末端變壓器中性點不接地運行的輻射線路。目前微機型保護裝置中，WFBZ—01沿用此方案。
2.4 三相位置接點與無流判據組合后啟動時間繼電器
隨著微機型保護裝置的發展，非全相保護的電流判據，乃至其構成，均趨于多樣化。僅舉目前應用比較廣泛的LFP—921裝置中的非全相保護的構成進行分析。
如圖2所示，三相跳閘位置繼電器的接點作為開關輸入量引入裝置，當任一相TWJ動作且無電流時，確認該相斷路器在跳開位置，當任一相斷路器在跳開位置而三相不全在跳開位置時，若控制開關在合后，則確認為三相不一致，經延時跳閘。
該方案的優點在于適用性廣，可應用于各類情況。缺點仍如前述，在負荷較小時，非全相保護可能拒動，但無電流門檻可以整定得較低，靈敏度比零序、負序電流閉鎖的方案要高。目前LFP—921裝置無電流的門檻固定為0.06In。
綜合比較以上幾種方案，只采用三相不一致接點的方案簡單，但**性較差，有電流閉鎖的方案提高了**性，但降低了可依賴性。在采用有電流閉鎖的方案時，若負荷較小，非全相保護必然拒動，但考慮到此時系統所承受的負序、零序分量必然很小，對系統和保護的運行已無大礙，且在這種情況下，也有相應的燈光信號指示運行值班人員，可以人工處理。因此，非全相保護以有電流閉鎖為佳，電流閉鎖的定值應考慮系統和保護的承受能力，盡量低一些。
