断路器失灵保护反措与现状分析

1、断路器失灵保护反措与现状分析屈贤君作者简介：屈贤君（1972），女，广东汕头人。工程师，高级技师，从事电网继电保护运行维护与安装调试工作。电话：88185654 邮箱：stpsq(广东电网公司汕头供电局，广东 汕头 515041)摘 要： 断路器失灵保护的二次回路结线复杂，涉及面广，动作后果影响大。 为确保断路器失灵保护的动作可靠性，中国南方电网公司和广东省电网公司根据运行中出现的各种问题多次发出反措及整改通知。但通过对历次失灵保护反事故措施的执行及专项检查发现，由于装置及二次回路的原因，一些反事故措施无法得到落实执行。在此背景下，文章详细分析了存在的问题并提出相应的整改措施。关键词：断路器失

2、灵保护；二次回路；反措；双重化配置；整改措施The circuit-breaker failure protection countermeasures and The analysis ofthe current situationQu Xianjun （Guangdong Power Grid of Shantou Power Supply Bureau, Shantou, Guangdong 515041,China）Abstract:The secondary circuit connection of circuit-breaker failu

3、re protection is complex, wide range of effects and large consequences of action. In order to ensure the reliability of  the circuit breaker failure protection,  according to variousproblems occurred in operation, The China Southern Poewr Grid and The Power Grid of Guangdong

4、 Province  puts forward many notices of measures and rectification many times. But through the discovery of the implementation and special inspectionen of  the previous Failure protection measures against the accident, due to the reason of device and

5、 secondary circuit, some anti accident measures can not be implemented. Under this background, this paper analyzes the existing problems and puts forward the corresponding improvement measures.Keywords: circuit-breaker failure protection， secondary circuit， countermeasu

6、res，double configuration; improvement measures0 前言断路器失灵保护可以防止电力系统故障的进一步扩大，对于系统的安全稳定运行至关重要。由于现系统中失灵保护装置存在多种配置，各种断路器辅助保护装置功能也不一样，因此失灵回路的实现方式多样，不同设计单位、不同时期的设计回路也各不相同。这既不利于运行单位维护，也不利于定值整定。希望通过本文的介绍，能整理出一个规范的、确实可行的方案，并尽快对不合理的回路进行整改，确保回路正确、完善。1 失灵保护回路原理断路器失灵保护是在母线连接元件（线路、变压器）上发生故障，故障元件的保护正确动作而其断路器拒动时，利用故障

7、元件的保护以较短的时限作用于同一母线上所有连接设备断路器跳闸的保护。因此失灵保护动作应同时满足以下三个必备条件：1) 故障元件保护动作后没有返回；2）故障元件断路器没有跳闸；3）失灵保护动作出口须延时以躲开故障元件断路器的跳闸时间1。断路器失灵保护可分为起动回路和逻辑回路两部分。起动回路由故障元件保护装置能瞬时复归的出口继电器接点和判断故障元件断路器未断开的电流判别元件（即有流判据）接点组成。逻辑回路则由时间元件和判断故障元件所在母线的隔离刀闸辅助接点以及复压闭锁出口元件组成2。与断路器失灵保护相关的二次设备涉及全站所有线路、变压器各自的母线隔离刀闸辅助接点，各自的保护装置及其断路器辅助保护装

8、置，以及公用的失灵保护装置。2 失灵保护起动回路实现失灵保护起动回路的方式有两种：一种是通过将保护动作接点和电流判据直接串接的方式实现,如图 1；另一种方式是将保护动作接点作为逻辑条件开入到断路器辅助保护装置，并与装置中的失灵起动有流判据通过逻辑判断功能来实现,如图 2。 图 1 串接方式失灵起动原理图图 2 逻辑判断失灵起动原理图由于不同的一次设备接线方式、不同型号的保护装置、不同时期的不同设计，现在系统中运行的失灵保护起动回路存在多样性，我们来总结一下。2.1 线路失灵保护起动回路目前使用的线路失灵保护起动回路大多采用串联接线方式，如图 3。因引入有流判据的装置不同可分为不使用断路器辅助保

9、护装置、断路器辅助保护装置中不具备或不使用失灵起动判断逻辑功能 （ 即装置中虽具备失灵起动判断逻辑功能，但保护动作接点不作为逻辑条件开入到断路器辅助保护装置 ）， 以及使用断路器辅助保护装置中失灵起动判断逻辑功能三种结线。 1.TJR 不起动重合闸的跳闸出口继电器 2.TJQ 起动重合闸的跳闸出口继电器图 3 串接方式线路失灵起动回路图2.1.1 不使用断路器辅助保护装置检测断路器失灵的有流判据在失灵保护装置中，失灵保护装置需分别引入线路主、主保护分相动作接点和操作箱的三相跳闸出口继电器 （ TJR、TJQ ）接点，分相动作接点经其同相电流判据、三相跳闸接点经三相电流判据，实现按相起动3。2.

10、1.2 断路器辅助保护装置中不具备失灵起动判断逻辑功能或不使用失灵起动判断逻辑功能的分相起动失灵回路采用线路保护装置的主保护分相动作接点与主 保护分相动作接点并联后再与断路器辅助保护装置中的同相电流元件 （ 即有流判据 ） 动作接点串联构成回路；三相起动失灵回路采用断路器辅助保护装置中的三相电流元件动作接点与操作箱的三相跳闸出口继电器（ TJR、TJQ ）接点串联构成回路。2.1.3 断路器辅助保护装置中使用失灵起动判断逻辑功能主、主保护分相动作接点、操作箱三相跳闸出口继电器 （ TJR、TJQ ） 接点作为逻辑条件按相开入到断路器辅助保护装置，与装置中的同相有流判据经逻辑判断同时满足时起动失

11、灵。2.2 主变失灵起动回路主变失灵起动回路同样具有线路失灵起动回路的三种结线，但由于主变断路器为三相跳闸，所以主变失灵起动不设分相起动失灵回路。早期的主变变高操作箱中跳闸出口继电器只有 TJR。后期生产的操作箱增加了跳闸出口继电器 TJF ，将如三相不一致保护、非电量保护等保护改为起动 TJF （ 不启动失灵的跳闸出口继电器 ），经改装后的 TJR 可直接用于主变失灵起动回路，而主变不能快速返回的保护动作时不致于误起动失灵。2.2.1 不使用断路器辅助保护装置检测断路器失灵的有流判据在失灵保护装置中，失灵保护装置需引入主变主、主动作接点、操作箱跳闸出口继电器 TJR 接点，与失灵保护装置中三

12、相电流元件动作接点经逻辑判断同时满足时起动失灵。2.2.2 断路器辅助保护装置中不具备失灵起动判断逻辑功能或不使用失灵起动判断逻辑功能的主、主 保护动作接点与操作箱中的 TJR （ 或母差保护动作 ）接点并联后再与断路器辅助保护装置中的有流判据接点串联构成回路。2.2.3 断路器辅助保护装置中使用失灵起动判断逻辑功能主、主 保护动作接点与操作箱中 TJR （ 或母差保护动作 ） 接点并联后作为逻辑条件开入到断路器辅助保护装置，与装置中的有流判据经逻辑判断同时满足时起动失灵。2.3 旁路代主变变高运行的失灵起动回路旁路代主变变高运行时，高压侧独立 CT 退出运行，原使用高压侧独立CT 的回路均切

13、换到旁路 CT。2.3.1当使用旁路断路器辅助保护装置中的电流元件作为有流判据时，有两种情况：2.3.1.1将主变保护动作接点切换至旁路，与旁路断路器辅助保护装置中的有流判据构成失灵起动回路。2.3.1.2 另一种是取消保护动作接点而只使用旁路操作箱的 TJR 接点与旁路断路器辅助保护装置中的有流判据构成失灵起动回路。2.3.2对于使用失灵保护装置电流判据的，将主变主、主 保护动作接点与旁路三相操作箱的 TJR 接点并联后引入失灵保护装置的旁路单元，与失灵保护装置中的旁路电流判别元件接点构成失灵起动回路。 2.4 断路器辅助保护装置中的失灵起动判断逻辑功能断路器辅助保护装置中的失灵起动判断逻辑

14、图（简化）,如图 4。失灵起动判断逻辑图中“失灵一时限起动”接点可用于主变失灵起动和主变解除复压闭锁回路，“失灵二时限起动”接点可用于主变联跳各侧开关。线路失灵起动判断逻辑图只有“一时限起动”。图 4 失灵起动判断逻辑图（简化）断路器辅助保护装置中，不使用失灵起动判断逻辑功能和使用失灵起动判断逻辑功能两种方式对“经保护动作”控制字定值要求刚好相反，不使用失灵起动判断逻辑功能时控制字必须整定为“0”，如果错误的整定为“1”，会造成失灵保护拒动；而使用失灵起动判断逻辑功能时，则控制字必须整定为“1”，若整定为“0”，则在电流达到整定值时会造成失灵保护误起动。3 失灵保护的逻辑回路3.1 时间回路失

15、灵保护出口回路的延时时间应稍大于断路器的跳闸时间与保护装置的返回时间加裕度时间之和，以防止某些情况下失灵保护误动作。时间元件在（母差）失灵保护装置中1。3.2 隔离刀闸切换（母差）失灵保护需要判断故障元件运行在哪段母线上，确保母线保护的正确性及选择性。（母差）失灵保护的判别母线运行方式的开关量不采用经过重动的电压切换接点而直接取自开关场地母线刀闸的辅助接点，接入到（母差）失灵保护装置中。这样可以避免因电压切换回路故障导致失灵保护误动2。3.3 复压闭锁回路为了防止失灵保护误动作，母线电压正常时闭锁失灵保护出口，母线电压异常达到动作值时开放失灵保护出口回路2。4 失灵保护回路主要的几项反事故措施

16、及其原因针对失灵保护运行中出现过的问题，中国南方电网公司和广东省电网公司多次制定反事故措施及整改通知。其中主要的几项反事故措施及其原因如下：4.1 主变失灵保护必须联跳主变各侧开关中国南方电网调继201119号关于明确220kV及以上系统变压器开关失灵联跳各侧回路有关反措要求的通知明确规定：新建、改扩建工程的变压器的 500 kV、220 kV 侧开关失灵应联跳变压器各侧开关，回路设计不符合要求的已运行 220 kV 及以上系统变压器各运行维护单位应结合现场实际完善失灵联跳各侧回路，实现联跳各侧功能。反措原因是2011 年 5 月 2 日，贵州电网 500 kV 鸭溪变 #1 主变5032 断

17、路器 CT 发生C相死区故障，由于 5032 开关失灵保护未设计联跳主变各侧回路，故障持续时间约 851 ms 后，发展为主变区内故障，主变差动速断保护动作跳开主变各侧开关。该项反措的目的是当主变断路器死区故障或失灵，通过联跳主变三侧断路器把故障点彻底隔离，防止通过主变输送短路功率，使事故范围扩大。4.2 主变失灵解除复压闭锁回路为解决变压器低压侧故障时失灵保护电压闭锁元件灵敏度不足的问题，失灵保护装置的主变单元应设置独立于失灵起动的解除电压闭锁的开入回路4。反措原因是防止当主变中、低压侧绕组故障跳三侧，高压侧开关失灵时，由于各侧间通过电磁耦合，高压侧电压压降可能不明显，将导致失灵保护的复压闭

18、锁元件不开放，从而闭锁了失灵保护。4.3 失灵保护应具备双重化配置每条母线应采用两套含失灵保护功能的母线差动保护4。反措原因是近三年的广东电网保护动作数据表明，断路器失灵次数约占全部系统故障的 0.9 %，表明开关失灵已成为一种常见故障。因此，07 版反措在原来双套母差保护的配置模式基础上，确定失灵保护也应采用双重化配置的方式，以提高失灵保护动作的可靠性。4.4 旁路代主变变高时非电量不得起动失灵做好电气量保护与非电气量保护出口继电器分开的反措，不得使用不能快速返回的电气量保护和非电量保护作为断路器失灵保护的起动量4。反措原因是不能快速返回的保护动作后可能误起动失灵回路。在旁路代主变变高时，如

19、果将主变保护动作接点直接接至旁路操作箱启动其出口继电器 TJR，由于旁路起动失灵回路使用了 TJR 接点，使得主变非电量保护动作也会起动失灵。4.5 线路断路器三相不一致保护不起动失灵线路断路器三相不一致保护不起动失灵保护4。反措原因是线路断路器三相不一致状态时虽然会出现零序电流，但是健全相仍然可以输送功率，线路输送功率下降并不多，对系统稳定影响不太大，允许短时出现。线路断路器三相不一致的主要危害在于可能引起相邻线路的零序保护误动，与失灵保护动作切除整条母线相比，这一危害要轻得的多，因此，线路断路器三相不一致保护不起动失灵保护。5 反措执行不到位的原因分析2011 年，我们通过对汕头电网运行中

20、的失灵回路进行全面检查，发现了一些与反措要求不符的情况，如运行中的 30 台 220 kV 变压器主变失灵保护联跳主变各侧开关只实现了 11 台，还有 9 台无法实现失灵解除复压闭锁回路；13 个 220 kV 变电站失灵保护不具备双重化配置的达 9 个站，4 个有旁路的站均未考虑旁路代主变运行时主变非电量保护动作不能启动失灵的问题，另外在操作箱没有明确是否启动失灵之前投运的三相不一致保护仍起动失灵。造成这些情况的原因主要有：5.1 早期产品配置不足，难以满足要求由于早期投运的失灵保护使用的装置存在不同厂家、或同一厂家而不同时期的产品，其内部配置各不相同，配置不能满足反措要求，限制了反事故措施

21、的执行落实，比较突出的有：5.1.1早期的失灵保护装置没有主变失灵解除复压闭锁的开入，没有主变失灵联跳主变三侧的开出，装置中的逻辑也无法升级。5.1.2主变保护装置没有多余的保护动作接点或复压动作接点开出。5.1.3操作箱跳闸出口继电器没有区分是否起动失灵。5.2 新投设备回路，不符规范要求在反事故措施出台初期投运的变电站失灵保护不满足要求的原因主要是：5.2.1 部分设计人员不熟悉反措要求，在设计图纸时未按照最新反措要求设计。5.2.2 反措频繁，设计时使用的规范标准经过设备安装期，在投运时已不满足要求。5.2.3审核图纸把关不严，继保人员没能及时发现图纸存在的问题。5.2.4 验收人员没根

22、据验收文档逐项验收，全凭工作经验，漏验重要回路。5.2.5不同设备功能不一 ，造成回路复杂多样。5.3 定值整定错误，现场逻辑不对应5.3.1 施工人员擅自更改失灵起动回路方式，未与调度继保人员沟通。5.3.2 定值未提前下达，验收时使用临时定值，投运时重新整定定值后未再次进行逻辑试验。5.3.3 定检时没按作业表单逐项试验，只注重满足起动条件应该动作，而疏忽了不满足起动条件不应动作的可能。6 建议使用失灵回路方式6.1 失灵起动回路 6.1.1当失灵起动的电流判别在断路器辅助保护装置时，为了防止因控制字整定错误导致失灵保护误动或拒动，建议失灵保护起动回路采用统一的实现方式。即采用保护动作接点

23、开入至断路器辅助保护装置的同时，在相应失灵起动回路中有流判据接点再串接保护动作接点的方式。6.1.2 当失灵起动的电流判别在（母差）失灵保护装置时，故障元件保护动作接点及操作箱跳闸出口继电器TJR接点开入到（母差）失灵保护装置中。6.1.3 如果（母差）保护装置内部具备失灵电流判别功能的，应优先选用。这样可以解决失灵保护经由同一个电流元件把关不符合可靠性的要求，还可有效简化外部失灵起动回路，降低失灵保护误动作风险。6.2 主变失灵保护联跳各侧开关回路6.2.1断路器失灵保护按断路器配置的 220 kV 及 500 kV 系统 （ 3/2、4/3及角形接线 ），故障元件断路器失灵保护经延时联跳变

24、压器各侧开关。6.2.2 220 kV 系统双母接线，（母差）失灵保护装置能按间隔区分失灵时，利用 220 kV （母差）失灵保护装置的失灵保护出口联跳主变各侧开关。（母差）失灵保护装置在主变 220 kV 开关失灵时，除出口跳母线上相关开关外，还需开出接点起动主变非电量跳闸联跳主变各侧开关，如图 5。注意只有本主变失灵起动开入时才联跳本主变各侧开关，其他主变或线路失灵起动开入不能联跳此主变各侧。图 5 （母差）失灵保护动作起动非电量保护联跳主变各侧回路图6.2.3 220 kV 系统双母接线，（母差）失灵保护装置只能按母线区分失灵时，不管失灵起动有流判据在断路器辅助保护还是在（母差）失灵保护

25、装置中，可以利用主变保护屏的断路器辅助保护出口联跳主变各侧开关,如图 6。图 6 断路器辅助保护动作起动非电量保护联跳主变各侧回路图 6.3 主变解除复压闭锁回路6.3.1主变解除复压闭锁回路可以采用主变保护动作接点和有流判别元件同时动作解除复合电压闭锁，故障电流切断或保护跳闸接点返回后重新闭锁失灵保护。这样既可与失灵起动回路保持一致，又可避免部分主变保护装置无解除复压闭锁接点的问题。6.3.2断路器失灵有流判别功能在（母差）失灵保护装置内部的，可采用保护动作接点作为（母差）失灵保护装置的解除复压闭锁开入。解除复压闭锁所用的保护动作接点与起动失灵所用的保护动作接点必须是来自不同继电器的动作接点

26、，防止继电器故障时因取自同一继电器造成两个回路同时导通的严重后果。6.4 失灵保护双重化配置6.4.1每条母线配置两套含失灵保护功能的母线差动保护，并安装在各自的屏柜内，220 kV （ 母差 ） 失灵保护每套保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈。考虑到 500 kV 母差保护的重要性，仍按照设计习惯，每套母差失灵保护均应同时作用于断路器的两组跳闸线圈。6.4.2每套线路（主变）保护动作后应同时起动两套失灵保护，这样可以防止单套（母差）失灵保护与单套线路（主变）保护退出运行后造成失灵起动回路交叉退出的情况。6.5 旁路代主变变高时非电量不起动失灵解决主变非电气量保护出口造成旁路失灵误动问题的办法是将变压器非电量保护出口和电量保护出口分别引至旁路保护屏： 6.5.1 如果旁路操作箱中的永跳出口继电器 TJR 没有区分是否起动失灵，主变电量保护动作接点接至旁路 TJR 跳闸回路，主变非电量保护动作接点接至旁路手跳回路。6.5.2 如果旁路操作箱中的三相跳闸出口继电器 TJR 已明确应起动失灵，主变电量保护动作接点接至旁路 TJR 跳闸回路，主变非电量保护动作接点接至旁路 TJF 跳闸回路。7 防止失灵回路不正确动作措施7.1 认真学习反措，严格执行反措设计、验收、运行管理人员都必须认真学习反措文件，深刻领会文件精神，严