電力系統(tǒng)中當(dāng)輸電線路、變壓器、母線或者其他設(shè)備發(fā)生故障時，保護(hù)裝置動作并發(fā)出跳閘命令，但因故障設(shè)備的斷路器由于跳閘線圈故障（斷線）、操作機(jī)構(gòu)故障、氣壓或液壓降低、直流電源故障、操作箱繼電器等問題導(dǎo)致拒絕動作跳閘，若不盡快將故障點(diǎn)隔離，會造成主設(shè)備損壞、停電范圍擴(kuò)大、甚至整個系統(tǒng)瓦解等。

為在較短時間內(nèi)切除與失靈斷路器相關(guān)聯(lián)的其他斷路器，使停電范圍限制在最小區(qū)域內(nèi)，配置斷路器失靈保護(hù)就顯得尤為重要。利用斷路器失靈時故障特征的相關(guān)信息作為斷路器拒動的判別條件，構(gòu)成斷路器失靈保護(hù)。由于母線上有主變支路、線路支路和母聯(lián)支路，這些支路均應(yīng)配置相應(yīng)的失靈保護(hù)作為其后備保護(hù)。

下面結(jié)合許繼公司W(wǎng)MH-801A適用于常規(guī)變電的220kV母線裝置，對斷路器失靈保護(hù)方案進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 失靈保護(hù)介紹

1.1 失靈復(fù)合電壓閉鎖功能

由于斷路器失靈保護(hù)動作跳閘范圍大，因此提高斷路器失靈保護(hù)動作的可靠性顯得特別重要，所以將失靈復(fù)合電壓閉鎖引入到斷路器失靈保護(hù)中。

斷路器失靈保護(hù)采用復(fù)合電壓閉鎖元件與斷路器失靈保護(hù)配合，實現(xiàn)分母線閉鎖，復(fù)合電壓閉鎖采用母線任一相低電壓、零序電壓、負(fù)序電壓以及斷路器失靈元件來構(gòu)成，有效確保斷路器失靈保護(hù)的可靠、正確動作。

斷路器失靈時會引起母線電壓降低、有負(fù)序和零序電壓產(chǎn)生，這樣利用低電壓、負(fù)序電壓、零序電壓作為開放失靈的條件會使斷路器失靈保護(hù)動作更加可靠。但運(yùn)行過程中有時會發(fā)生主變低壓側(cè)故障而高壓側(cè)斷路器失靈且變壓器高壓側(cè)阻抗很大，或線路末端故障時，線路阻抗很大，導(dǎo)致母線復(fù)合電壓判別可能存在因靈敏度不足而引起斷路器失靈保護(hù)拒動的問題，為避免類似情況發(fā)生，引入斷路器失靈解閉鎖功能來解除失靈復(fù)合電壓，讓母線裝置的支路斷路器失靈保護(hù)動作，從而隔離故障點(diǎn)。

1.2 低功率因數(shù)功能

在支路發(fā)生三相故障且三相開關(guān)均失靈時，由負(fù)序電流、零序電流組成的電流判據(jù)可能存在因靈敏度不足而引起保護(hù)拒動的問題，因此保護(hù)程序引入了低功率因數(shù)元件，該元件用于開放三相開關(guān)失靈時的負(fù)序電流、零序電流判據(jù)。低功率因數(shù)元件采用比相器算法構(gòu)成，按相判別的方式，任一相電壓幅值大于門檻值且對應(yīng)相有流，判別電壓與電流之間的相角，其動作方程如式（1）所示滿足動作條件后開放低功率因數(shù)判據(jù)，另外，為了避免門口三相故障且斷路器三相失靈時靈敏度不夠，在三相電壓均低于門檻值和三相均有流，且無電壓互感器斷線的條件下，也開放低功率因數(shù)判據(jù)。

式（1）

1.3 斷路器雙重失靈功能

在母線運(yùn)行過程中會存在多個支路斷路器相繼失靈的概率，如當(dāng)線路發(fā)生故障跳閘，線路支路斷路器跳不開，起母線保護(hù)裝置內(nèi)該線路支路斷路器失靈保護(hù)動作，若同時又發(fā)生主變支路斷路器失靈，因主變保護(hù)沒有動作，母線保護(hù)裝置沒有主變保護(hù)動作的失靈開入，母差保護(hù)程序內(nèi)部邏輯不能起動主變斷路器失靈邏輯，不能實現(xiàn)聯(lián)跳主變各側(cè)斷路器。

若主變支路不能跳開，則會繼續(xù)往故障點(diǎn)提供故障電流，有可能會造成發(fā)電機(jī)、變壓器等元器件的嚴(yán)重?fù)p壞或電網(wǎng)的崩潰瓦解事故。因此設(shè)計母線上任一支路斷路器失靈保護(hù)跳閘時均能正確起動本支路所在母線上的主變支路斷路器失靈（母聯(lián)失靈保護(hù)跳閘時起相鄰母線上主變支路斷路器失靈），母線互聯(lián)時，母線上任一支路斷路器失靈保護(hù)跳閘時均能正確起母線上所有主變支路斷路器失靈保護(hù)。

1.4 分相計時功能

母線運(yùn)行過程中，存在某個支路發(fā)生轉(zhuǎn)換性故障的可能性。為了避免同一支路發(fā)生轉(zhuǎn)換性故障時保護(hù)動作延時接力，導(dǎo)致保護(hù)誤動或者縮小延時定值保護(hù)動作的情況，保護(hù)程序內(nèi)部設(shè)計為分相獨(dú)立計時功能，即某相滿足動作條件后，開始計時，計時時間不小于延時定值，保護(hù)動作；計時時間小于延時定值且該相故障消失，計時器自動清零。在某相計時器清零前其他相也滿足動作條件后，其他相故障計數(shù)器應(yīng)從零開始計時，不能在原有計時基礎(chǔ)上累加計時。

1.5 主變支路斷路器失靈保護(hù)

若變壓器發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，變壓器保護(hù)動作跳變壓器各側(cè)斷路器，或母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，母差保護(hù)動作跳本母線上支路斷路器，均能正確起動變壓器支路斷路器失靈保護(hù)，否則會經(jīng)過主變支路失靈的斷路器繼續(xù)往故障點(diǎn)提供故障電流，這是不允許的。

前者由變壓器保護(hù)動作后提供三跳失靈開入節(jié)點(diǎn)引入母線保護(hù)裝置作為該支路的失靈起動開入，后者起動由母差保護(hù)程序內(nèi)部直接實現(xiàn)。變壓器支路斷路器失靈電流判別采用任一相電流、負(fù)序電流或零序電流“或”邏輯，電流分別取整定的電流定值。為解決三相故障且三相失靈時，負(fù)序電流、零序電流可能存在靈敏度不足的問題，保護(hù)程序引入低功率因數(shù)判據(jù)，作為負(fù)序電流和零序電流判據(jù)的補(bǔ)充。

差動保護(hù)動作起動變壓器支路斷路器失靈時經(jīng)變壓器支路所在母線復(fù)合電壓閉鎖，母線互聯(lián)運(yùn)行時，經(jīng)任一母線失靈復(fù)合電壓閉鎖，而外部三跳起動失靈開入起動變壓器支路斷路器失靈時，可經(jīng)所在母線或互聯(lián)運(yùn)行時經(jīng)任一母線失靈復(fù)合電壓閉鎖開放，也可經(jīng)外部主變支路解閉鎖開入解除電壓閉鎖。

斷路器失靈保護(hù)設(shè)計有兩個時限，第一時限動作跳母聯(lián)支路，第二時限動作跳變壓器支路所在母線上的相鄰斷路器并聯(lián)跳變壓器其他側(cè)斷路器。變壓器支路斷路器失靈保護(hù)邏輯圖如圖1所示，圖中Isl、I0sl、I2sl分別為三相失靈相電流定值、失靈零序電流定值、失靈負(fù)序電流定值；T1、T2分別為失靈跳母聯(lián)延時定值、失靈跳母線延時定值。

1.6 線路支路斷路器失靈保護(hù)

若線路上發(fā)生故障時，線路保護(hù)動作跳斷路器，同時提供三相或分相失靈起動開入節(jié)點(diǎn)引入母線保護(hù)裝置作為該支路的失靈起動開入。線路支路斷路器失靈電流判別采用相電流和零序電流或相電流和負(fù)序電流。為解決三相故障且三相失靈時，負(fù)序電流、零序電流可能存在靈敏度不足的問題，保護(hù)程序引入低功率因數(shù)判據(jù)，作為負(fù)序電流和零序電流判據(jù)的補(bǔ)充。

線路支路斷路器失靈保護(hù)經(jīng)本支路所在母線失靈復(fù)合電壓閉鎖，母線互聯(lián)運(yùn)行時，經(jīng)任一母線失靈復(fù)合電壓閉鎖，也可經(jīng)外部線路支路解閉鎖開入解除電壓閉鎖，程序設(shè)計時為了節(jié)省硬件輸入端子，所有線路支路公用一個失靈解閉鎖開入。斷路器失靈保護(hù)設(shè)計有兩個時限，第一時限動作跳母聯(lián)，第二時限動作跳該失靈支路所在母線上的相鄰斷路器。

線路支路失靈保護(hù)邏輯圖如圖2所示，圖中I0sl、I2sl分別為失靈零序電流定值、失靈負(fù)序電流定值；T1、T2分別為失靈跳母聯(lián)延時定值、失靈跳母線延時定值。線路支路失靈相有流門檻為相應(yīng)支路的kIn。

圖1 變壓器支路失靈保護(hù)邏輯圖

圖2 線路支路失靈保護(hù)邏輯圖

1.7 母聯(lián)支路失靈保護(hù)

當(dāng)保護(hù)動作向母聯(lián)斷路器發(fā)出跳閘命令，母聯(lián)電流大于母聯(lián)失靈電流定值且持續(xù)時間大于母聯(lián)失靈延時定值時，母聯(lián)斷路器失靈保護(hù)動作切除與之相連母線上的所有連接支路。母聯(lián)斷路器失靈保護(hù)由差動保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)、相鄰母聯(lián)的母聯(lián)斷路器失靈保護(hù)、母聯(lián)過流保護(hù)及外部起母聯(lián)失靈開入（由外部單獨(dú)配置的母聯(lián)保護(hù)裝置提供）起動，母聯(lián)斷路器失靈保護(hù)動作跳母線時需要本母線差動復(fù)合電壓閉鎖。母聯(lián)斷路器失靈保護(hù)邏輯圖如圖3所示，圖中Is為母聯(lián)分段失靈電流定值，Ts為母聯(lián)分段失靈時間。

圖3 母聯(lián)支路失靈保護(hù)邏輯圖

2 結(jié)論

本文結(jié)合許繼公司W(wǎng)MH-801A系列母線保護(hù)裝置，對220kV母線中失靈保護(hù)方案進(jìn)行了詳細(xì)敘述，通過介紹可知當(dāng)有保護(hù)設(shè)備向斷路器發(fā)送過跳閘命令后，該斷路器未跳開且在一段時間內(nèi)仍存在故障電流，此時由斷路器失靈保護(hù)動作跳閘，切除故障，隔離故障點(diǎn)。這種失靈保護(hù)方案對以后的研究具有參考意義。