500kV断路器微机三相不一致保护的改进研究

引言

断路器三相不一致保护是220kV及以上分相操作断路器必须配备的保护,用于防止断路器出现非全相运行的状态。2019年9月,±500kV某换流站500kV交流滤波器投入时出现了断路器非全相运行状态,但微机三相不一致保护拒动,最后由本体三相不一致保护动作切除了故障。

1三相不一致保护的保护原理

目前,断路器三相不一致保护配置有两种:一种是微机保护配置,根据相关规定,220kV及以上电压等级的微机型线路保护装置应配置基于电气量的三相不一致保护并投运:另一种是断路器本体三相不一致保护配置,根据相关规定,220kV及以上电压等级的断路器应配置断路器本体三相不一致保护。

微机保护配置实现的三相不一致保护集成在断路器保护装置中,断路器位置节取自对应操作箱继电器。保护动作需达到有流门槛,且经零序、负序电流元件闭锁。该保护经压板投退。其动作逻辑如图1所示。

断路器本体三相不一致保护设置在断路器本体机构中,将三相结构的常开、常闭辅助接点分别并联后再串联,然后启动一个延时时间继电器。本体三相不一致保护在开关本体端子箱实现,无有流门槛,不经零序、负序电流元件闭锁。

2微机三相不一致保护拒动分析

2019年9月,±500kV某换流站直流功率调节,投入500kV交流滤波器。接到站控系统合闸命令后,500kV交流滤波器断路器三相相继合上。由于C相本体机构存在故障,33ms后C相再次跳闸,断路器处于三相不一致状态,但由于断路器操作箱三相分位继电器（TwJ）均不励磁,断路器保护无法判断路器处于非全相状态,微机三相不一致保护拒动。故障持续600ms后,由本体三相不一致保护动作,跳开断路器A、B两相。

故障时序图如图2所示。

目前的断路器操动机构大多是储能式操动机构,如液压操动机构、气动操动机构等,当操动机构压力异常,其存储的能量不能满足断路器开断故障电流的要求时,不仅不能断开故障电流,还会使断路器损坏,扩大故障范围。故一般液压操动机构、气动操动机构都有压力开关对操动机构的压力进行监测,并发出重合闸闭锁信号。当操动机构因压力异常,如执行一次合闸命令后压力不足时,切断合闸回路并发出报警信号。500kV断路器合闸机构回路如图3所示,串入合闸机构闭锁继电器节点K15。当断路器执行一次合闸命令后,储能被释放一部分。当储能不足时,机械合闸闭锁继电器动作,K15辅助节点打开,切断三相合闸回路,并发出"断路器机械合闸闭锁"信号。需待打压机构将压力恢复正常后,合闸机构闭锁继电器才会返回。

500kV典型设计回路中,断路器操作箱分位继电器（TwJ）并接在各分相合闸回路中,如图4所示,故机械合闸闭锁继电器一旦动作,将切断三相合闸回路,断路器操作箱TwJ无法励磁。如果此时某相发生偷跳,TwJ依然无法励磁,不能反映断路器真实的状态。因微机三相不一致保护采用操作箱分相TwJ常开节点作为判据,故微机三相不一致保护也无法判断断路器的非全相状态。需待打压机构将断路器压力恢复正常后,合闸机构闭锁继电器返回,才能正确判断非全相状态。

3改进方案

因断路器分合闸回路串接了合闸机构闭锁继电器节点,故在断路器单相合闸失败至机械储能恢复正常期间,微机三相不一致保护将无法正确识别断路器非全相状态而拒动。本文提出以下解决思路:断路器操作箱合位继电器(HwJ）并接在分闸回路中,断路器合闸后HwJ将励磁,若此时某相偷跳,对应相HwJ将失磁,可见HwJ可反映断路器单相合闸失败至机械储能恢复正常期间断路器的非全相状态。因此,将三相HwJ位置节点加入微机三相不一致保护判据,分相HwJ与该相电流组成与、或门判据,如图5黑框部分所示,即三相TwJ不一致或HwJ不一致满足三相不一致位置判据,经延时跳闸出口。该解决方案可避免断路器单相合闸失败至弹簧储能恢复正常期间,微机断路器三相不一致保护失效问题。

4结语

本文提出的改进方案将操作箱合位继电器(HwJ）节点加入三相不一致逻辑判断中去,可解决微机三相不一致保护无法识别断路器合闸后单相偷跳的非全相状态问题,可提高微机三相不一致保护动作的正确率,保证电网的安全稳定运行。