在云南電網(wǎng)500kV線路保護(hù)運(yùn)維過程中，發(fā)現(xiàn)其中一條500kV線路發(fā)生單相（B相）故障，故障錄波如圖1所示，線路保護(hù)動作跳開故障相斷路器后，斷路器跳位未立即返回，且斷路器跳位返回有300ms延時，即存在跳位延遲返回的現(xiàn)象，而線路保護(hù)和斷路器保護(hù)的部分功能邏輯涉及斷路器跳位判據(jù)，跳位返回遲滯可能影響保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致保護(hù)誤動作，危及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 故障線路B相電流、電壓、跳位錄波

經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際模擬試驗(yàn)并查閱斷路器機(jī)構(gòu)二次回路圖紙發(fā)現(xiàn)，部分?jǐn)嗦菲鲝S家在滿足斷路器“分-合-分”動作特性的要求下，出于防止斷路器短時間內(nèi)分合閘的考慮，在合閘控制回路中加入了時間繼電器SJ3，如圖2所示。

該繼電器時間默認(rèn)整定為300ms，斷路器在合位時，SJ3繼電器失磁，合閘回路不通。當(dāng)斷路器由合到分后，斷路器輔助觸頭S0-A：31、32導(dǎo)通，SJ3繼電器勵磁，到達(dá)延時時間300ms后，SJ3：11、14觸點(diǎn)導(dǎo)通，從而啟動斷路器操作箱TWJ動作，故斷路器跳位返回需要經(jīng)過300ms延時。

圖2 斷路器合閘回路機(jī)構(gòu)原理

目前，繼電保護(hù)功能設(shè)計(jì)中未針對此特殊情況采取專門應(yīng)對措施，繼電保護(hù)功能可能存在不適應(yīng)問題。本文系統(tǒng)梳理、分析涉及跳位判據(jù)的保護(hù)功能的適應(yīng)性，指出跳位返回延遲可能造成線路保護(hù)中的“單跳失敗”誤動，以及斷路器保護(hù)中的“死區(qū)保護(hù)”不正確動作，并從設(shè)備選型、二次回路優(yōu)化角度提出解決措施。

1 斷路器跳位延遲返回影響分析

1.1 對線路保護(hù)“單跳失敗”功能的影響

在500kV線路保護(hù)中，“單跳失敗”邏輯判別有兩種方式：①斷路器跳閘位置與電流判據(jù)“或”邏輯判別；②單判電流。跳位延遲返回對兩種判別方式的動作邏輯影響如下。

1）判斷路器跳閘位置及電流

此方式下，保護(hù)發(fā)出單相跳閘令后，通過判斷出現(xiàn)電流“從有到無”的變化或150ms內(nèi)收到跳位開入來判斷單相跳閘成功，否則判斷單相跳閘失敗并永跳三相。電流及位置同時判保護(hù)單跳失敗邏輯如圖3所示。

圖3 電流及位置同時判保護(hù)單跳失敗邏輯

在該種邏輯判別條件下，若線路處于空載工況或故障電流較小，不足以實(shí)現(xiàn)電流“從有到無”的判別，則必須依賴斷路器跳位在150ms內(nèi)返回，否則線路保護(hù)將判為單相跳閘失敗直接三跳斷路器，導(dǎo)致單相故障下線路重合失敗。

因此，跳位延遲300ms返回可能導(dǎo)致線路保護(hù)“單跳失敗”誤動，降低線路重合成功率。

2）單判電流

保護(hù)邏輯動作跳閘后，150ms時會檢測跳閘相是否跳開，發(fā)單跳令后若該相持續(xù)有電流（>0.06In），經(jīng)150ms延時發(fā)單跳失敗三跳命令。單電流判據(jù)保護(hù)單跳動作邏輯如圖4所示。

圖4 單電流判據(jù)保護(hù)單跳動作邏輯

該種動作邏輯情況下，斷路器的跳位返回快慢對線路保護(hù)單跳邏輯無影響。

1.2 對斷路器保護(hù)“死區(qū)保護(hù)”功能的影響

1）死區(qū)保護(hù)原理

在單電流互感器（TA）配置方式下，TA與斷路器之間發(fā)生故障時，死區(qū)動作接線如圖5所示，雖然線路保護(hù)能快速動作，但在本斷路器跳開后，故障并不能切除。此時，需要死區(qū)保護(hù)先于失靈保護(hù)動作跳開相鄰斷路器。

圖5 死區(qū)動作接線

死區(qū)保護(hù)的動作邏輯為：當(dāng)裝置收到三跳信號如線路三跳、發(fā)變?nèi)蛘逜、B、C三相跳閘同時動作時，如果死區(qū)過電流元件動作，對應(yīng)斷路器跳開，裝置收到三相斷路器跳閘位置信號，受死區(qū)保護(hù)投入控制經(jīng)整定的時間延時啟動死區(qū)保護(hù)。出口回路與失靈保護(hù)一致，動作后跳相鄰斷路器。死區(qū)保護(hù)動作邏輯如圖6所示。

圖6 死區(qū)保護(hù)動作邏輯

2）對死區(qū)保護(hù)影響

死區(qū)保護(hù)時間定值通常整定為0.1s，失靈保護(hù)動作定值通常整定為0.2s，二者存在100ms的配合級差。死區(qū)保護(hù)先于失靈保護(hù)動作的意義在于死區(qū)位置發(fā)生故障等同于母線上發(fā)生故障，故障對系統(tǒng)沖擊較大，容易導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，因此，需要更加快速地隔離故障。

死區(qū)保護(hù)先于失靈保護(hù)動作的條件是死區(qū)保護(hù)需要判斷路器跳位，而失靈保護(hù)不判斷路器跳位，因此，在引入斷路器跳位防止誤動后，死區(qū)保護(hù)時間定值可以壓低，比失靈保護(hù)更快動作。

若斷路器三相跳位返回時間大于100ms，則死區(qū)保護(hù)失去存在意義，其動作時間大于失靈保護(hù)動作時間。當(dāng)死區(qū)位置發(fā)生故障時，死區(qū)保護(hù)無法快速動作，危及系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 解決措施

從設(shè)備選型及二次回路完善兩個方面分別提出解決措施。

2.1 設(shè)備選型

新建站及技改站項(xiàng)目管理過程中，在設(shè)備選型、設(shè)計(jì)審查階段，提出兩個方面的要求：①盡量避免采用斷路器跳位判單跳邏輯的線路保護(hù)和有延時跳位返回繼電器的斷路器組合使用，從源頭上避免該問題的出現(xiàn)；②選用輔助觸頭充裕的斷路器設(shè)備，且選用無時間閉鎖繼電器的斷路器，做品類優(yōu)化，使用標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)的斷路器不會造成影響。

上述要求僅能解決跳位延遲返回影響線路保護(hù)“單跳失敗”功能的問題。

2.2 二次回路完善

1）措施一：使用備用斷路器輔助觸頭，在斷路器輔助觸頭充裕的情況下，可重新引一副備用的斷路器輔助觸頭，作為跳位開入，真實(shí)反映斷路器跳閘狀態(tài)，徹底解決跳位開入延遲的問題。

2）措施二：取消斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)合閘回路里的時間繼電器，直接取消合閘回路時間繼電器，避免斷路器跳位返回出現(xiàn)延時。大部分廠家均未配置該繼電器，未見影響斷路器安全運(yùn)行的相關(guān)報(bào)道。

3）措施三：將監(jiān)視回路放在時間繼電器觸點(diǎn)之后改接監(jiān)視回路，將監(jiān)視回路移至?xí)r間繼電器觸點(diǎn)之后，原監(jiān)視回路如圖7所示，更改后監(jiān)視回路圖8所示。

圖7 原監(jiān)視回路

圖8 更改后監(jiān)視回路

改接監(jiān)視回路后，可以“繞過”合閘回路時間繼電器，真實(shí)反映斷路器位置狀態(tài)。

4）措施四：將SJ3時間繼電器動作時間整定至100ms以內(nèi)更改斷路器的動作特性，重新設(shè)計(jì)分合閘動作要求，將SJ3時間繼電器的時間定值調(diào)整為100ms以內(nèi)，并考慮斷路器輔助觸頭動作所需的時間裕度。

5）對比分析以上措施：措施一可有效解決跳位慢返回的問題，且不會增加回路改接風(fēng)險，措施二和措施三的二次回路改動較大，應(yīng)慎重考慮使用，措施四工程實(shí)現(xiàn)較為經(jīng)濟(jì)、便捷，但未徹底解決延遲返回的問題。綜上所述，在斷路器輔助觸頭充裕的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用措施一，當(dāng)斷路器輔助觸頭無備用時，可以考慮采取措施二～措施四。

3 結(jié)論

本文分析了500kV線路斷路器跳位延遲返回現(xiàn)象對繼電保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)的影響，揭示了斷路器跳位延遲返回帶來的繼電保護(hù)運(yùn)行風(fēng)險，從設(shè)備選型和二次回路優(yōu)化角度提出了解決措施，可為相關(guān)工程應(yīng)用提供參考。

本文編自2022年第7期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“500kV線路斷路器跳位延遲返回對保護(hù)功能影響分析及解決措施”，作者為楊遠(yuǎn)航、孔德志 等。