非全相保护时间继电器造成断路器跳闸的原因分析

1、故障简况
故障前运行方式：
该变电站一次设备主接线采用一个半接线形式，故障前设备为正常运行方式。
故障串Ⅰ母侧断路器编号为甲，中断路器为编号乙，Ⅱ母侧断路器编号为丙。
故障经过：
5月5日11时36分，该变电站出现直流接地，监控后台发直流接地报警信号，信号内容为“Ⅱ段母线负对地电阻为0kΩ，Ⅱ段母线正对地电阻为20kΩ”，保护小室直流绝缘监察装置显示“CT29支路接地”。
12时30分，保护人员到达现场，采用常用的“拉路检查”的方式查找接地点。根据“CT29支路接地”告警信号，结合直流系统图判断可能为乙断路器Ⅱ路控制电源回路发生接地，于是首先拉开乙断路器Ⅱ路控制电源空开，直流接地信号随即消失，确认接地发生在该回路；之后在合上该空开准备再行逐级拉路查找时，乙断路器跳闸。保护装置显示非全相保护动作，此时直流接地告警信息也消失。
2、故障排查
乙断路器转为冷备用状态，保护人员对所有二次回路进行检查，发现接地点在乙断路器C相机构航空插头处。初步怀疑直流接地导致二次回路异常造成断路器跳闸，因此决定模拟故障验证。
合上乙断路器后，直流接地情况再现，监控后台及直流绝缘监察装置告警信息与故障前完全一致。在此状态下，再行对乙断路器Ⅱ路控制电源进行拉合操作，前两次拉合乙断路器均未动作，在第三次合上空开时，乙断路器再度跳闸，故障再现。
经进一步确认，发现乙断路器C相本体至断路器汇控柜的第二套非全相保护的二次线在航空插头处破损，发生直流负极接地。测试发现非全相保护时间继电器47T2线圈两侧压降为5.6V。当拉合直流控制空开时，造成非全相时间继电器动作，保护出口。接地点如图1所示：

备注：图中47T2为非全相保护时间继电器，整定时间2.0秒；47TX2为非全相出口中间继电器。
3、跳闸原因分析
3.1 非全相保护时间继电器试验检查
保护人员对乙断路器汇控柜内的两套非全相保护时间继电器47T2、47T1动作电压、功率情况进行了测试，结果见下表：

注：该继电器为静态、电流型继电器，制造厂为魏德米勒（德国），动作电压在7.5-220V间变化时，其动作电流均保持在0.56A不变。
3.2 直流接地情况下非全相保护动作逻辑分析
变电站直流系统装设的绝缘监察装置如下图，直流正极、负极对地绝缘正常为R1、R2,任一级绝缘降低时，KXJ继电器动作，发出直流接地信号。C1、C2主要是直流系统所接电缆正、负极对地电容以及各套静态型继电保护装置抗干扰对地电容之和，对大型发电厂、变电站直流系统这个抗干扰电容量不可忽视。

电路图仍如上图2，根据电容元件的特点，电源突然变化时，电容的电压不能突变。直流接地发生前或给上操作电源前（接地状态下）电容C2的电压为110V，47T2线圈两端电压降为0V。C相二次线发生直流接地瞬间或给上操作电源瞬间（接地状态下），47T2线圈两端电压为110V，之后，进入C2电容放电过程，电容电压由110V逐步降为5.6V（5.6V为直流接地稳态情况下的实测数据），47T2继电器线圈电压也随同C2电容电压而变化，变化曲线如下图3。此情况下47T2继电器线圈电压经t1时间降至7.5V,最终降为5.6V。由于该继电器动作电压7.5V过小，与最终的5.6V非常接近，而电容放电形成的电压变化曲线在此阶段（7.5V时）曲率已很小（放电曲线开始阶段很陡，后期很平，最终为水平）接近水平，造成t1时间很长，此时实际t1≥2S（此时t1值应与2S非常接近，并具有一定得离散性，所以造成不是每次拉合电源空开或直流接地发生瞬间乙断路器均能出口），造成此情况下非全相时间继电器动作，保护出口。


4、结论
综上所述，乙断路器跳闸原因为：跳闸前乙断路器C相机构二次线发生直流负接地，而接地点位于断路器非全相保护时间继电器线圈前端（正电源侧），在此状态下合上直流电源时，由于直流系统所接电缆正、负极对地电容以及各套静态型继电保护装置抗干扰对地电容的影响，在非全相保护时间继电器线圈两侧形成渐变压降，而该继电器动作电压过低，造成该渐变电压降低至继电器动作电压的时间超过继电器设定动作时间定值（2S），时间继电器误动作，断路器非全相保护误出口跳闸。
5、防范措施
非全相保护用时间继电器为静态电流型时间继电器，动作电压过小，其抗干扰能力明显不足，在直流系统出现接地情况下极易发生误动，不适合装设在就地布置的非全相保护启动跳闸的延时回路中。二次反措规定中，仅对直接作用于出口跳闸的出口继电器动作电压及功率给出了明确要求，对启动出口的时间继电器无相关要求。
但通过此次事故表明，断路器非全相保护出口时间继电器动作电压及功率过低，在特殊情况下将严重威胁断路器安全运行，运行单位应将其更换为动作电压为直流额定电压55%～70%，动作功率不低于5W的电压型时间继电器。

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