断路器失灵在高压电网中的继电保护 高压电网继电保护原理与技术

　　摘 要 高压断路器是连接或断开高压电网与高压主设备的重要电气设备，它的性能好坏会直接关系到电网的正常安全运行。电力系统的网架结构对于整个系统发挥了重要的作用，如果其继电保护一旦出现拒动或者误动的现象，这样就会对电力系统的安全运行造成很大的危害。高压断路器失灵（启动）保护在电力系统中广泛的应用，为维护电力系统的安全稳定运行起到了积极地作用，但是在实际应用中还是存在一些问题。本文对断路器失灵保护的概念和其组成及工作原理进行了介绍，分析了断路器失灵（启动）保护的判据，研究了断路器失灵在高压电网中进行继电保护时存在的问题，提出了改进的方案，并得到了相关的结论。
　　关键词 断路器失灵；高压电网；继电保护
　　中图分类号TM77 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）81-0141-02
　　1断路器失灵保护
　　断路器失灵保护（circuit-breaker failure protection）是指预定在相应的断路器跳闸失败的情况下通过启动其他断路器跳闸来切除系统故障的一种保护。在电力系统中，经常会遇到电气设备发生故障的情况，当电气设备发生故障时，其内部的机电保护动作会发出跳闸的命令，而使得断路器拒动，通过发生故障电气设备的保护动作信息与其拒动断路器的电流信息，就可以判定为该电气设备的断路器失灵。这个时候，就能够在较短的时间内切除掉工厂内的其他与之有关的断路器，缩小停电的范围，确保整个电网的安全稳定运行。同时，通过断路器失灵保护还能够避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故的现象。当断路器出现拒动故障时往往会伴随着断路器操作失灵，所以，当出现断路器拒动时要想方设法切出故障，防止故障扩大化。
　　2断路器失灵保护的组成及工作原理
　　断路器失灵保护是由保护动作与电流判别构成的启动回路、电压闭锁元件、时间元件和跳闸出口回路组成的。保护动作与电流判别构成的启动回路是确保系统正常工作的关键，包含启动元件和判别元件，启动元件的作用是利用断路器跳闸回路本身进行操作；判别元件的作用是判定故障是否消除，一般情况下，如果在保护动作之后，回路中还有电流，则说明故障没消除掉。电压闭锁元件一般是由母线低电压、负序电压和零序电压继电器构成。时间元件在电路器失灵保护的中间环节发挥作用，时间元件一般会和启动回路构成“与”逻辑之后，再启动出口继电器。跳闸出口回路可以当作启动元件。断路器失灵保护的工作原理：首先，需要启动失灵保护，即启动相电流（突变量）、零序电流、负序电流三个元件；第二，需要重跳该断路器，结合对应相所发出的跳闸命令，重跳该相。如果出现相间故障，选择任意一个有流的相发出三跳命令；第三，需要延时三跳，当收到单跳命令时，经失灵过流判据和延时就可以跳断路器三相；第四，需要延时跳相邻断路器，延时跳该断路器后，如果失灵，过流判据不能返回，就在加一短延时跳相邻断路器。
　　3断路器失灵（启动）保护的判据
　　根据《继电保护和安全自动装置技术规程》当中的规定，通常对于断路器失灵（启动）保护可以有以下三个判据：第一判据，出现故障保护动作信息；第二判据，出现断路器跳闸发生的失灵事故信息，这其中需要引用断路器合闸辅助触点，因而存在不可靠因素，需要通过第三判据来判断断路器是否真正跳开；第三判据，出现电流判别信息，电流判别需要用到相电流、零序电流和负序电流组成“或”逻辑来满足灵敏度的要求。断路器失灵（启动）保护逻辑框图如下图1所示：
　　图1 断路器失灵（启动）保护逻辑图
　　4断路器失灵在高压电网中进行继电保护时存在的问题
　　4.1断路器失灵保护中闭锁重合闸的问题
　　断路器失灵保护需要瞬跳该断路器，断开母线连接和母线上的源支路。瞬跳该断路器能够有效地缩小故障发生的范围，防止因保护舞动而造成延时出口启动问题，还能够保护母线。在闭锁的过程中，利用重合闸的办法能够瞬时切除故障，并能够迅速恢复供电，因此重合闸是有利的。但是，这就与失灵保护延时功能发出的跳闸命令不相符，跳闸命令是在系统受到短路电流冲击之后发出的，那么就不应该进行重合闸。所以二者之间存在矛盾。
　　4.2整定相电流的定值问题
　　整定相电流定值有运行时的负荷电流、系统运行的方式、相电流元件在母联开关跳开之后的末端故障发生时的灵敏程度三个制约因素。可以利用负荷电流及时对相电流定值进行调整，当母联没有断开的时，如果整定相电流的定值还是不能满足线路末端发生故障时灵敏度的要求，那就可以使用突变电流启动元件，从逻辑上给三个相电流元件以闭锁。可以看出，当系统可以正常运行时，突变电流启动元件和开关失灵的电流判别元件均无动作发生，但是当系统有故障发生时，会在突变电流启动元件发生动作的一段时间之后才开放判别回路。所以很难满足线路末端发生故障时灵敏度的要求。
　　5断路器失灵保护的改进方案
　　首先，对于断路器失灵保护中闭锁重合闸的问题，我们可以把失灵保护中间的跟跳瞬时出口与延时跳闸的出口压板分开，这样就可以在线路后备保护大声一段时间的延时，当跳闸信号发出以后，可以对末端故障发生时的电压进行调整，无需进行重合闸。另外，对于整定相电流的定值问题，在制定整定要求标准时要能够使线路末端或者对端发生故障时母线上的零序电压、相电压、负序电压可以满足灵敏度的要求，如果闭锁元件中的零序、负序电压满足不了灵敏度的要求，就要在母联开关跳开后，把零序电压同负序电压的值降到与线路断开时母线上的电压值相同。
　　6结论
　　断路器失灵保护作为断路器的后备保护，能够有效地避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故的现象，防止故障扩大化。其所具备的各项功能还能够有效地维护电网的安全、稳定、可靠地运行。但是，在应用的过程中，操作人员一定要加强对设备的巡视，熟悉操作流程，这样才能够让断路器失灵保护发挥其应有的作用。
　　参考文献
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