断路器失灵保护问题分析及改进

断路器失灵保护问题分析及改进

丁源

内蒙古电力（集团）有限责任公司包头市供电分公司修试管理一处

内蒙古 包头市 014030

摘要：失灵保护作为一种有效的近后备保护，在工程中得到了广泛的应用。只要其回路接线准确，设计方案合理，即能有效防止拒动和误动，从而快速、选择性地切除故障。

关键词：断路器；失灵保护；问题；改进策略

随着经济的发展与人民生活水平的提高，电力系统的可靠性要求越来越高，所以电网的安全运行较重要。断路器失灵保护作为变压器和断路器的重要继电保护，对电网的安全稳定运行具有重要意义。

一、断路器失灵保护

1、概念。当电力系统发生故障时,保护装置保护动作发出跳闸命令,需跳开的断路器拒绝动作时,此情况为断路器失灵。断路器失灵故障有：直流电源消失、装置控制回路故障、断路器跳闸线圈的断线故障等。断路器失灵保护作用是,当断路器拒动时,能以较短时限切除同一发电厂或变电站相关断路器,使停电范围最小。

2、基本原理。断路器失灵保护中，双母线与3/2接线的跳闸对象与母差保护有所不同，通常双母线接线的断路器失灵保护由四部分构成，即失灵启动元件、延时元件、复合电压闭锁元件、运行方式识别元件。其中，母线运行方式识别元件能明确切除哪条母线来实现失灵保护。延时元件体现在对特定时间段内断路器电流情况的确认，包括零序、负序电流等，通过断路器相关跳闸、返回时间等要素分析，确定断路器失灵原因，以便采取针对性措施。复合电压闭锁元件能结合断路器失灵实际，最大程度避免出口继电器误动，促进失灵保护的顺利实现。

失灵启动元件在断路器失灵保护中发挥着重要作用，当电力系统运行中存在跳闸命令且线路与元件有故障，保护动作出口继电器常开接点呈闭合状态时，或断路器某段时间内至少有一相电流或零序电流时，相应电流元件有动作，此时可判断断路器失灵。而失灵启动元件主要作用在于检查保护所发出跳闸命令及断路器电流状态，以更好实现断路器失灵保护。

3、重要性。随着电网的日趋复杂，电网安全性变得越来越重要，继电保护的拒动给电网带来的危害越来越大。原则上，电网任一处开关都应设有一定后备保护措施。用相邻元件保护作后备，是最简单合理的后备保护方式。但在高压电网中，由于短线路的增多和电源支路的助增，实现上述后备方式往往有较大困难。目前，高压电网中相间距离保护最后一段对本线路的灵敏度平均在2左右，而对相邻线故障时的助增系数多在2以上，所以大部分保护只能对相邻线路近端故障起后备作用，而对变压器发生内部故障的后备作用则更差，接地保护的情况略好于相间保护，其最后段对本线路的灵敏度平均在5左右。但相邻线故障时，其故障电流分支系数小，所以也有相当一部分线路，尤其是短线路的接地保护，不能对相邻线路或变压器故障起后备作用，因此，相关技术规程规定220kV以上变电站及某些重要的110kV变电站应装设断路器失灵保护。

二、断路器失灵保护中存在的问题

1、无故障判别元件出现闭锁问题。断路器失灵工况下，失灵保护跳闸出口回路无故障判别元件，出现闭锁现象，这是断路器失灵保护中一个重要问题。该问题的存在易导致检修人员在电路检修期间的操作失误，一些检修人员可能会启动失灵保护装置，导致回路相电流元件粘连，严重影响电力系统正常运行，并对电网安全构成威胁。此外，由于失灵保护本身无故障报警回路，因此在保护元件出现异常时，很难及时检测到这些异常问题，使电力运行安全问题成为一个隐性问题。

2、启动回路设计不合理问题。断路器的一些失灵保护回路在设计中存在不合理现象，表现在：①一些非电气量保护参与了断路器失灵保护启动过程，如发变组保护中变压器和瓦斯保护。因此，当启动回路中的相电流元件在切除故障后未能实现正确转换时，回路会在断路器跳闸后一段时间内保护动作状态，导致断路器失灵保护误动的发生。②在发变组保护启动失灵回路中，断路器辅助接点用作判断断路器失灵依据，降低了断路器失灵保护可靠性。

三、断路器失灵保护改进策略

1、对线路断路器失灵启动回路的改进。电力系统中常用的集成断路器失灵启动回路存在一个缺陷，即回路启动中连接片多及连接装置放置问题，影响电力现场操作安全，而且因在启动回路连接片断开后，断路器接点仍与短路失灵保护装置相连。当现场检修人员现场检测时，测试接点往往会导致断路器失灵保护误动。所以要改进集成线路保护启动失灵回路后，将失灵启动连接片放置在启动回路后方，当连接片断开后，启动回路上继电器接点与保护装置会发生分离现象，若其中一个保护装置停止运行，对其他继电器进行试验不会导致断路器失灵保护发生误动，能更好保护电力运行安全。

2、对发变组断路器失灵启动回路的保护。改进发变组断路器失灵保护回路有两种方式：①改变跳闸出口回路，出口跳闸回路通常分为两种形式：一是故障切除后能返回点力量保护的跳闸出口；二是切断故障后不能及时返回的电气量保护，使电气量保护出口参与启动断路器的失灵保护中去，非电气量保护出口不允许参与失灵保护，使跳闸出口回路不再受电流运动威胁。②用相电流继电器的接点更换发变组断路器中继电器接点，能确保在发生故障时，切除相电流元件电力系统还能继续运行，用于启动失灵的相电流继电器对静态电流继电器不敏感，能快速避开最大电流负荷。

3、合理判定母线运行刀闸位置触点。失灵启动回路中串联电压接点的切换方法是失灵启动回路早期设计中常用的方法，使用这种方法启动回路有时会导致误动，造成发电厂的失灵保护动作，最终不得不切除母线上的所有断路器。此类事故发生后，相关部门对事故进行了调查，发现传统的电压切换回路设计存在一定缺陷，母线刀闸辅助触点的使用常导致接点故障，使线路无法正常连接，导致线路电压切换回路中的一些继电器装置同时动作。由于某电厂母线分列运行，两条母线间存在电势差，所以电压切换回路中会形成一定的短路电流，对电压切换继电器造成损坏，最终导致电流窜入电压切换接点位置的失灵保护侧，导致失灵保护动作的发生。因此，母线选择可采用开关场地母线刀闸辅助接点选择方式，能避免失灵保护动作的发生。母线整改后，继电保护人员还可进行模拟实验，以确定失灵保护装置的改进逻辑运行正确性，只有模拟实验结果与失灵保护逻辑一致，才能更好地确定接线后动作逻辑的正确性。

4、加强失灵保护间与主变各侧协调。在电路失灵保护中，若220kV主变的10kV侧出线发生故障，主变差动保护将迅速跳离主变各侧断路器，若主变220kV断路器在此期间发生失灵，则故障点将有持续故障电流流过，在这种情况下，需220kV侧断路器失灵保护，以切断主变位置母线上的断路器，然而，由于变压器阻抗及220kV线路与电力系统间的互连影响，母线上电压不会显著降低，此时220kV母线上电压无法满足失灵保护所需复压条件，失灵保护无法在这段短时间内动作，故障点将有故障电流流过，从而损坏变压器。

为有效保护变压器运行，在断路器失灵保护主变元件设计中，应设置独立的失灵启动开入回路，以有效解除电压闭锁现象。①使用复压电压闭锁元件，它是主变保护的一部分，可通过主变各侧解除断路器失灵现象。②通过采用解除符合电压闭锁方式，当保护跳闸接点和电流判别元同时去除时，能进一步解除复合电压闭锁，故障电流被切断，更好保护闭锁断路器重新启动。③使用保护跳闸接点动作解除复合电压闭锁，仅适用于通过内部母线保护装置确定失灵电流判别功能的系统。断路器失灵保护的改进能保护电网稳定运行，而且保证了电网设备运行安全性，提高了电力系统失灵保护可靠性。

总之，断路器失灵保护作为电网与主设备重要的近后备保护，是继电保护中较重要的保护，直接影响到电力系统的稳定运行，能避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损及电网的崩溃瓦解事故。

参考文献：

[1]续建国.断路器失灵保护有关问题的探讨[J].继电器，2016，31(11):61-62.