刘志洪
云南电网有限责任公司电网昆明供电局变电修试所 云南省昆明市 650000
摘要：断路器本体三相不一致保护是防止电力系统非全相运行的有效措施，但若本体三相不一致回路存在隐患先于单相重合闸动作，将导致单相重合闸方式下线路单相瞬时故障误跳三相并闭锁重合闸的问题。本文结合一起因电子式时间继电器缺陷引起的线路单相故障后断路器本体三相不一致异常动作的实际案例，分析导致断路器本体三相不一致动作的主要原因，并立足现状提出相应的预防措施，为非三相机械联动断路器本体三相不一致保护的运行维护提供指导和参考。
关键词：电子式时间继电器；本体三相不一致；预防措施
Analysis of a three-phase inconsistent abnormal operation event of circuit breaker caused by defect of electronic time relay
Zhi Hong Liu
(Kunming Power Supply Bureau Substation Test Institute, Yunnan Power Grid Co., Ltd.)
Absrtact: Three-phase inconsistent protection of circuit breaker is an effective measure to prevent non-full-phase operation of power system, but if there are hidden troubles in three-phase inconsistent circuit of circuit breaker prior to single-phase reclosure, it will lead to single-phase instantaneous fault tripping and blocking reclosure in single-phase reclosure mode. This paper combines a practical case of three-phase inconsistent abnormal operation of circuit breaker body after single-phase fault of line caused by defect of electronic time relay, analyses the main causes of three-phase inconsistent operation of circuit breaker body, and puts forward corresponding preventive measures based on the current situation, which is three-phase of non-three-phase mechanical linkage circuit breaker body. Operational maintenance of inconsistent protection provides guidance and reference.
Key words: electronic time relay; body three-phase inconsistency; preventive measures
0 引言
断路器本体三相不一致保护是防止电力系统非全相运行的有效措施，但近年来，本体三相不一致保护由于运维不当、误碰、继电器抗干扰能力不足等原因，误动事件时有发生，一定程度上影响电力系统的稳定运行。为此，针对断路器本体三相不一致保护，行业和企业均从其回路设计标准、继电器特性、运行维护方面提出了明确的反措标准和工作要求，对防范三相不一致误动起到了积极作用，但仍然存在一些较为隐蔽的误动因素，难以在入网验收、周期定检环节中被发现，本文对一起因电子式时间继电器缺陷引起的单相故障后断路器本体三相不一致异常动作事件进行分析，探讨此类疑难故障查找方法及防范措施。
1 事故案例分析
1.1故障基本情况
某220kV变电站220kV侧为双母线接线方式，某220kV故障线路接220kVⅡ段母线，线路A相发生瞬时故障，线路主一、主二保护分相差动、接地距离Ⅰ段动作，跳开断路器A相后约130ms，断路器B、C相同时跳闸，断路器三相跳闸闭锁重合闸。
1.2 现场调查情况
对现场保护装置进行检查，线路主一、主二保护动作前，重合闸充电正常，A相线路发生故障，差动电流10A超过保护整定值0.5A，断路器保护动作跳开A相。A相跳开后，重合闸启动，但130ms后B、C相同时跳闸，线路保护收到断路器三相分位，导致重合闸放电，现场线路保护重合闸因三跳闭锁未能动作。线路保护从接收到故障量启动至重合闸放电后返回，动作逻辑正确。将线路主一、主二保护重合闸功能投入，其余保护全部退出，在断路器操作箱处短接A相跳闸回路，断路器在A相跳开130ms后B、C相跳开，因此可以判断B、C相跳闸原因不是由线路保护装置引起。
对操作箱进行检查，拆除断路器端子箱内操作箱至断路器机构的两组跳闸回路（137A、137B、137C、237A、237B、237C），短接断路器机构内的A相跳闸回路，在A相跳闸后130ms后B、C相跳开，B、C相异常动作情况仍然存在，因此排除由操作箱引起的B、C相异常跳闸。至此确认引起B、C相异常跳闸的缺陷来自于断路器机构箱。但由于本地后台未收到本体三相不一致动作信号，还不能断定是由本体三相不一致动作导致。
对断路器机构箱内的断路器分闸操作回路进行排查，包括就地三相分闸回路、本体三相不一致跳闸回路、就地单相跳闸回路。采用同样的试验方法，确认了就地三相分闸回路、就地单相跳闸回路接线正确，不会造成B、C相异常动作。验证本体三相不一致跳闸回路时，将现场本体三相不一致保护功能及出口压板退出，断路器在发生单相跳闸后，动作正确，无任何异常动作情况，推断本体三相不一致回路或继电器存在缺陷是造成断路器B、C相异常跳闸的原因。
现场校验本体三相不一致时间继电器的时间定值（2秒），结果显示时间继电器定值整定正确，动作电压130V，满足要求。现场将便携录波器接入断路器三相不一致跳闸出口中间继电器及时间继电器，监测异常跳闸现象发生时时间继电器和出口中间继电器的电位。经试验，发现在断路器本体三相不一致条件满足（即现场断路器A、B、C三相位置出现不一致）后90ms左右，时间继电器（第一组跳闸回路时间继电器K35、第二组跳闸回路时间继电器K36）节点即闭合，便携式故障录波器监测到出口中间继电器（第一组出口中间继电器K37、第二组出口中间继电器K38）线圈上收到9ms左右的正电位，此时出口中间继电器节点即闭合，造成断路器跳闸。
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图1 第一组本体三相不一致启动回路及出口跳闸回路（第二组回路类似，第二组时间继电器为K36，出口继电器为K38）
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图2 第一组本体三相不一致时间继电器动作情况录波图（注：图中252_A为断路器A相合位录波K37_A1为出口中间继电器线圈正极电位录波，K37_11为出口中间继电器跳闸节点电位录波。252_A变位至K37线圈正极收到正电位之间的时间，即是时间继电器计时直至出口的总时间95.8ms）
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现场本体三相不一致动作信号继电器（第一组跳闸回路信号继电器为K33、第二组跳闸回路信号继电器为K34）在出口中间继电器动作后理论上应该动作发出本体三相不一致动作跳闸信号并自保持（K37节点闭合启动K33，K38节点闭合启动K34），但现场断路器故障跳闸时以及在后续的试验过程中断路器异常跳闸时，均未收到任何三相不一致动作信号，第一组K37以及第二组K38信号继电器均未动作。而现场测试本体三相不一致在正常动作出口时，信号继电器能正确发信并自保持。为此对本体三相不一致信号继电器动作情况进行了测试，现场断路器异常动作时，出口中间继电器来启动本体三相不一致信号继电器的节点闭合时间约为5ms左右，经试验确认信号继电器在正常动作时，线圈带电时间均需持续10ms左右（经过4次反复测试），信号继电器节点才会闭合并自保持，因此判断信号继电器（k33、k34）线圈因电位持续时间不足还无法正常启动，使得现场断路器在本体三相不一致异常动作跳闸后未收到三相不一致动作信号。
通过对现场录波进行分析发现，时间继电器节点每次在闭合9ms左右后即自行断开，继电器返回，并未待断路器跳开后断路器三相位置一致后再返回。而缺陷时间继电器节点闭合9ms，使得出口中间继电器线圈带电9ms后刚好得以动作并闭合出口中间继电器的四付节点，后线圈立即失电，继电器节点开始返回。对照现场录波图分析得出，出口中间继电器的跳闸节点与启动信号继电器节点返回时间存在一定的差异（跳闸节点返回时间达10ms、左右，启动信号继电器节点仅5ms左右），断路器在出口节点闭合。8.8ms后跳开，而信号继电器在信号节点闭合5ms时却未能动作发信。（注：在就地或远方合上开关后须等待5分钟以上方可做出单相跳闸引起其它两相跳闸的情况。等待2分钟以内是无法做出异常现象的。）
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（注：图中104ms，出口中间继电器线圈正电位消失，此时断路器A相在合位，断路器仍处于三相不一致状态，时间继电器却已经返回，此时出口中间继电器节点才刚刚闭合，后出口中间继电器节点也立即开始返回，说明时间继电器在故障时节点仅只闭合9ms左右，与断路器的状态无关）
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返厂分析测试，确认该断路器所使用的两组本体三相不一致时间继电器出厂存在缺陷，在一定条件下，时间继电器不经整定时间延时即快速动作出口（该电子式时间继电器中部分单片机CF775芯片输出管脚的默认值有差异，导致部分芯片得电后有异常的高电平输出所致，升级优化该单片机的程序后可排除故障），造成本次220kV故障线路断路器B、C相异常跳闸。更换了新时间继电器（与原继电器厂家型号完全一致，所用元器件不同批次），现场对新时间继电器定值进行了整定并校验合格。安装新时间继电器后对断路器本体三相不一致跳闸回路进行了试验，模拟了各种单相跳闸逻辑，现场共试验12次（一组、二组各实验6次），断路器本体三相不一致动作正确，本体三相不一致动作信号上送正确，断路器未出现任何异常动作情况。
2 暴露问题及原因分析
本体三相不一致时间继电器存在批次质量问题。对于断路器本体三相不一致所用继电器绝不能在回路启动时发生接点抖动导致跳过时间的整定而出口。实际监测到ABB厂家提供的本体三相不一致时间继电器在带电90ms左右发生抖动9ms的接通，未能按照时间继电器整定的2s才导通的要求，导致线路单相瞬时故障跳开单相后等待重合闸期间，本体三相不一致动作跳开其他两相闭重 。
3 整改及防范措施
一是由厂家负责提供同类型非同一批次的时间继电器更换断路器本体机构箱内本体三相不一致时间继电器，并对时间继电器的特性进行试验确保满足本体三相不一致保护用时间继电器的要求，且按照故障再现的试验方法试验10次以上不发生单相跳闸情况下三相跳闸的问题。
二是排查存在同类问题的其他站点，制定整改计划批量更换。
4 结论
本文分析的这起故障虽然原理简单清晰，但查找过程比较艰辛，原因为按照常规调查方法，故障很难再现，本次事件调查也是基于大量试验，最后总结出与试验间隔时间有关联，进而运用便携式故障录波器分析毫秒级的变位信号，并结合返厂分析测试结果，最终查找出故障的具体原因，制定出批次性缺陷整改措施，彻底解决类似隐患。
作者简介：刘志洪(1987)，男，本科生，工程师，云南电网有限责任公司电网昆明供电局变电修试所，主要继电保护设备检修工作.