斷路器保護主要包括:斷路器失靈保護、自動重合閘、充電保護、死區(qū)保護、三相不一致保護和瞬時跟跳。本文主要討論3/2接線方式下的斷路器保護。
一、斷路器保護裝置的配置
一般在雙母線、單母線接線方式中，輸電線路保護要發(fā)跳閘命令時只跳線路本端的一個斷路器，重合閘自然也只重合這一個斷路器，所以重合閘按保護配置是合理的。
在3/2接線方式中把失靈保護、自動重合閘、三相不一致保護、死區(qū)保護和充電保護做在一個裝置內，這個裝置即稱為斷路器保護。
二、斷路器失靈保護
斷路器失靈保護是指故障電氣設備的繼電保護動作發(fā)出跳閘命令而斷路器拒動時，利用故障設備的保護動作信息與拒動斷路器的電流信息構成對斷路器失靈的判別，能夠以較短的時限切除同一廠站內其他有關的斷路器，使停電范圍限制在最小，從而保證整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，避免造成發(fā)電機、變壓器等故障元件的嚴重燒損和電網(wǎng)的崩潰瓦解事故。
一般在220kV及以上斷路器上配置斷路器失靈保護功能，部分重要的110kV斷路器也會配置失靈功能。以下詳細分析：3/2接線方式下的斷路器失靈保護。
如圖1所示，在3/2接線方式下，如果在線路2發(fā)生短路，線路保護跳開5021和5022斷路器。假如5021斷路器失靈，為了短路點的熄弧，5021斷路器的失靈保護應將500kVⅠ母上所有的斷路器(圖中5011、5031斷路器)都跳開。
圖1 500kV變電站3/2接線方式簡圖
如果在500kVⅠ母上發(fā)生短路，母線保護動作跳母線上所有斷路器。假如5021斷路器失靈，5021斷路器的失靈保護應將5022斷路器跳開，并發(fā)遠方跳閘命令跳線路2對側的斷路器。(如連接元件是變壓器，則跳開變壓器各側斷路器)
所以邊斷路器的失靈保護動作后應該跳開邊斷路器所在母線上的所有斷路器和中斷路器并啟動遠方跳閘功能跳與邊斷路器相連的線路對側斷路器(或跳變壓器各側斷路器)。
如果在線路2上發(fā)生短路，線路保護跳5011和5021兩個斷路器。假如5022斷路器失靈，5022斷路器的失靈保護應將5023斷路器跳開，并發(fā)遠方跳閘命令跳2號主變各側斷路器，這樣短路點才能熄弧。
所以中斷路器的失靈保護動作后應該跳開它兩側的兩個邊斷路器，并啟動遠方跳閘功能跳與中斷路器相連的線路對側斷路器(或跳變壓器各側斷路器)。
圖2 失靈保護動作原理圖
如果上述失靈保護不起動遠方跳閘功能，則利用線路的后備保護雖然可以切除對側斷路器，但將加長故障切除時間。而且中斷路器失靈保護基本上都具有失靈動作起動遠方跳閘功能。
雙母線接線方式下的斷路器失靈動作過程就不再贅述，要比3/2接線方式簡單點。
三、關于自動重合閘
1、自動重合閘順序的要求
在圖1中，如果線路2發(fā)生短路，線路2的保護動作跳開5021和5022斷路器，重合閘自然也要合這兩個斷路器?？紤]有可能重合于永久性故障線路上，為減少沖擊，這兩個斷路器不應該同時重合。所以存在一個先重合哪一個的順序問題。
究竟是先合邊斷路器還是中間斷路器呢?
如果先合中間斷路器5022，而又是重合于永久性故障上，線路保護再去跳5022斷路器。萬一此時5022斷路器失靈，5022中間斷路器的失靈保護再將5023斷路器跳開，并發(fā)遠跳跳開2號主變各側斷路器(如果線路則跳對側斷路器)，這將影響連接元件2號主變(或線路)的工作，所以不能先重合中間斷路器。
如果先合邊斷路器5021，也重合于永久性故障上，線路保護再去跳5021斷路器。萬一此時5021斷路器失靈，5021斷路器失靈保護跳開Ⅰ母上所有邊斷路器，并發(fā)送遠跳跳開線路2的對側的斷路器，線路2的連接元件或其他元件工作不受影響。
所以，當線路保護跳開兩個斷路器后，應先合邊斷路器，等邊斷路器重合成功后，再合中斷路器，此時中斷路器肯定合于完好線路。如果邊斷路器重合不成功，合于故障線路，保護再次將邊斷路器跳開，此時中斷路器就不再重合。
2、重合閘的啟動及方式整定
重合閘有兩種方式啟動：位置不對應啟動和外部跳閘啟動。外部跳閘啟動指的是線路保護動作發(fā)跳閘命令同時啟動重合閘。
o 位置不對應啟動分為：單相偷跳啟動和三相偷跳啟動。
o 保護跳閘啟動分為：單相跳閘啟動和三相跳閘啟動。
關于重合閘的整定方式，可根據(jù)需要選用：單相重合閘、三相重合閘、綜合重合閘和重合閘停用四種方式中的一種。既可用屏上的切換開關也可用定值單中的控制字來選擇重合閘方式。
3、重合閘檢查方式
重合閘檢查方式：當線路三相跳閘需要三相重合時可采用下面三種方法。
§ ?檢同期方式：線路，同期電壓都大于40V，再滿足線路電壓和同期電壓中的同名相電壓的相位差在定值整定的范圍內。
§ 檢無壓方式：檢查線路或同期電壓小于30V，同時相應的TV沒有斷線。
§ 無檢定方式：不作任何檢查，時間到了就發(fā)合閘命令。
4、關于先合和后合重合閘
先合斷路器合于故障，后合斷路器不再合閘。在3/2接線方式下對于邊斷路器和中斷路器的重合閘存在先合和后合的問題。我們在前面談到失靈問題時，已經(jīng)提到過。下面作簡要說明：
先合重合閘可經(jīng)較短延時發(fā)出一次合閘脈沖。在先合重合閘啟動時，輸出的開關量接點作為后合重合閘的“閉鎖先合”的開關量輸入。
當后合重合閘接收到“閉鎖先合”輸入接點閉合的信息后，它的重合閘將經(jīng)較長延時發(fā)合閘脈沖。后合重合閘只有在“閉鎖先合”開入量有輸入時才真正以較長延時發(fā)合閘脈沖。
圖3 先合重合閘和后合重合閘配合圖
先合重合閘：
“投先合”——軟壓板、硬壓板
短延時(重合閘整定時間，約0.7s)
? 后合重合閘：
“閉鎖先合”開入
“后合固定”控制字
長延時(重合閘整定時間+后合重合延時，約1.4s)
四、充電保護
當用本裝置所在的斷路器對母線等元件充電而合于故障元件上時，有充電保護作為此種情況下的保護。充電保護由按相構成的兩段兩時限相過流和一段零序過流組成，電流取自本斷路器的TA。
當充電保護投入時，相應段的相電流元件動作經(jīng)相應整定延時后充電保護動作出口跳本斷路器。充電保護動作后，起動失靈保護，再經(jīng)失靈保護延時出口跳其他斷路器。
圖4 充電保護動作原理圖
此外，失靈保護、死區(qū)保護、不一致保護、充電保護動作均閉鎖重合閘。充電保護僅在線路(變壓器)充電時投入，充電正常后立即退出。
五、死區(qū)保護
死區(qū)產(chǎn)生原因：在斷路器和電流互感器之間發(fā)生短路時，很多情況下保護動作后故障并不能切除。
死區(qū)的簡單說明：如下K1處故障，在I母母線保護區(qū)內，但I母保護動作跳開含1DL所有I母斷路器后，故障點仍在系統(tǒng)中，此類故障即為死區(qū)故障。
死區(qū)配置的意義：考慮到站內發(fā)生的此類死區(qū)故障，電流一般較大，對系統(tǒng)影響也較大，雖可靠失靈來切除，但失靈保護動作一般要經(jīng)較長的延時，所以專設了比失靈保護動作快的死區(qū)保護。
圖5 死區(qū)原因示意圖
死區(qū)保護的投入：在失靈保護投入的基礎上，死區(qū)保護控制字也投入死區(qū)保護功能才起作用。
死區(qū)保護的動作：三相跳閘信號(例如：發(fā)變三跳、線路三跳、或A、B、C三個分相跳閘同時動作)+三相跳位(TWJ信號)+死區(qū)電流動作，經(jīng)死區(qū)延時起動死區(qū)保護。
死區(qū)保護的出口：和斷路器失靈保護的出口一致，即邊斷路器的失靈出口跳哪些斷路器，則邊斷路器死區(qū)出口就跳哪些斷路器。
這就是死區(qū)保護依附于失靈保護壓板的原因，死區(qū)保護也可理解為一種另類的(判據(jù)不同，延時不同)失靈保護。
圖6 充電保護動作邏輯圖
六、三相不一致保護
三相不一致的由來：分相操作的斷路器，由于設備質量和操作等原因，運行中可能出現(xiàn)三相斷路器動作不一致最終導致只有一相或者兩相跳開，處于非全相的異常狀態(tài)。
三相不一致的危害：當系統(tǒng)處于非全相運行狀態(tài)時，系統(tǒng)中出現(xiàn)的負序、零序等分量對電氣設備產(chǎn)生一定危害，同時也影響系統(tǒng)保護裝置的正確動作，所以電力系統(tǒng)不允許長時間地非全相運行。
在線路重合不成功，則系統(tǒng)進入非全相運行時將無其它保護可以消除這種故障，所以在分相操作的斷路器安裝有非全相保護(三相不一致保護)，當系統(tǒng)出現(xiàn)非全相達到一定時間就跳開其他相。
三相不一致的實現(xiàn)：消除三相不一致的異常狀態(tài)的保護功能，在高壓或超高壓等級系統(tǒng)中，一般都放入斷路器本體中實現(xiàn)，但是也有放入斷路器保護中實現(xiàn)的(或者線路保護中)。
不一致保護在斷路器本體中，國網(wǎng)十八項反措要求：220kV及以上電壓等級的斷路器均應配置斷路器本體三相位置不一致保護。
既在斷路器單相跳開后，如果重合閘動作，斷路器由于壓力、機械、二次回路等原因，沒有重合成功，必須在2-2.5s內跳開三相，并且不再重合，以保證系統(tǒng)的安全。
圖7 三相不一致保護邏輯圖
當斷路器中沒有三相不一致保護時，可以安裝獨立的三相不一致保護裝置。獨立的三相不一致保護除了用斷路器輔助觸點或位置接點構成判斷三相不一致的起動回路外，還可以用零序電流與負序電流閉鎖回路，用以提高該回路的可靠性。
三相不一致保護的投入：在三相不一致保護軟壓板和硬壓板都投入時(控制字)，三相不一致保護功能才起作用。
三相不一致的起動：三相跳位開入不一致+跳位相無流。
三相不一致保護的動作：不一致經(jīng)零序開放控制字投入，不一致起動經(jīng)不一致零序電流判據(jù)動作，然后經(jīng)不一致延時出口跳本斷路器三相。不一致經(jīng)負序開放控制字投入，不一致起動經(jīng)不一致負序電流判據(jù)動作，然后經(jīng)不一致延時出口跳本斷路器三相。以上兩個控制字都退出時，三相不一致起動后經(jīng)不一致延時出口跳本斷路器三相。
三相不一致保護動作不起動失靈，同時閉鎖重合閘。
三相不一致保護的閉鎖：斷路器處于三相不一致狀態(tài)12秒，發(fā)位置不一致告警，并閉鎖三相不一致保護。
三相不一致保護的時間繼電器的整定原則：繼電保護裝置的三相不一致保護延時定值要能躲過重合閘的動作時間。
七、瞬時跟跳
該回路由用戶決定是否投入。瞬時跟跳分為：單相跟跳、兩相跳閘聯(lián)跳三相和三相跟跳。這三個回路出口后再跳一次本斷路器，只有起動元件動作情況下上述三個回路才能發(fā)跳閘命令。
· 單相跟跳：?收到線路保護來的Ta、Tb、Tc單相跳閘信號，并且相應相的高定值電流元件動作，瞬時分相跳閘。
· 兩相跳閘聯(lián)跳三相：收到而且僅收到線路保護來的兩相跳閘信號，并且任一相的高定值電流元件動作，經(jīng)15ms延時聯(lián)跳三相。
· 三相跟跳：收到三相跳閘信號，并且任一相的高定值電流元件動作，瞬時三相跳閘出口。
八、交流電壓斷線判斷
交流電壓斷線判斷的判據(jù)為：保護不啟動，且三相電壓向量和大于12V，延時1.25s發(fā)TV短線異常信號。TV斷線時，將低功率因素元件退出，將檢同期和檢無壓重合功能退出，其他功能正常。當三相線路電壓恢復正常10s后自動恢復正常運行。
九、跳閘位置異常告警
當TWJ動作且該相線路有電流，或三相的TWJ位置不一致時經(jīng)10S延時報TWJ異常。
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