3分钟读懂断路器保护

断路器保护主要包括:断路器失灵保护、自动重合闸、充电保护、死区保护、三相不一致保护和瞬时跟跳。本文主要讨论3/2接线方式下的断路器保护。
一、断路器保护装置的配置
一般在双母线、单母线接线方式中，输电线路保护要发跳闸命令时只跳线路本端的一个断路器，重合闸自然也只重合这一个断路器，所以重合闸按保护配置是合理的。
在3/2接线方式中把失灵保护、自动重合闸、三相不一致保护、死区保护和充电保护做在一个装置内，这个装置即称为断路器保护。


二、断路器失灵保护
断路器失灵保护是指故障电气设备的继电保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时，利用故障设备的保护动作信息与拒动断路器的电流信息构成对断路器失灵的判别，能够以较短的时限切除同一厂站内其他有关的断路器，使停电范围限制在最小，从而保证整个电网的稳定运行，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。
一般在220kV及以上断路器上配置断路器失灵保护功能，部分重要的110kV断路器也会配置失灵功能。以下详细分析：3/2接线方式下的断路器失灵保护。
如图1所示，在3/2接线方式下，如果在线路2发生短路，线路保护跳开5021和5022断路器。假如5021断路器失灵，为了短路点的熄弧，5021断路器的失灵保护应将500kVⅠ母上所有的断路器（图中5011、5031断路器）都跳开。


如果在500kVⅠ母上发生短路，母线保护动作跳母线上所有断路器。假如5021断路器失灵，5021断路器的失灵保护应将5022断路器跳开，并发远方跳闸命令跳线路2对侧的断路器。（如连接元件是变压器，则跳开变压器各侧断路器）
所以边断路器的失灵保护动作后应该跳开边断路器所在母线上的所有断路器和中断路器并启动远方跳闸功能跳与边断路器相连的线路对侧断路器（或跳变压器各侧断路器）。
如果在线路2上发生短路，线路保护跳5011和5021两个断路器。假如5022断路器失灵，5022断路器的失灵保护应将5023断路器跳开，并发远方跳闸命令跳2号主变各侧断路器，这样短路点才能熄弧。
所以中断路器的失灵保护动作后应该跳开它两侧的两个边断路器，并启动远方跳闸功能跳与中断路器相连的线路对侧断路器（或跳变压器各侧断路器）。


如果上述失灵保护不起动远方跳闸功能，则利用线路的后备保护虽然可以切除对侧断路器，但将加长故障切除时间。而且中断路器失灵保护基本上都具有失灵动作起动远方跳闸功能。
双母线接线方式下的断路器失灵动作过程就不再赘述，要比3/2接线方式简单点。


三、关于自动重合闸
1、自动重合闸顺序的要求
在图1中，如果线路2发生短路，线路2的保护动作跳开5021和5022断路器，重合闸自然也要合这两个断路器。考虑有可能重合于永久性故障线路上，为减少冲击，这两个断路器不应该同时重合。所以存在一个先重合哪一个的顺序问题。
究竟是先合边断路器还是中间断路器呢？
如果先合中间断路器5022，而又是重合于永久性故障上，线路保护再去跳5022断路器。万一此时5022断路器失灵，5022中间断路器的失灵保护再将5023断路器跳开，并发远跳跳开2号主变各侧断路器（如果线路则跳对侧断路器），这将影响连接元件2号主变（或线路）的工作，所以不能先重合中间断路器。
如果先合边断路器5021，也重合于永久性故障上，线路保护再去跳5021断路器。万一此时5021断路器失灵，5021断路器失灵保护跳开Ⅰ母上所有边断路器，并发送远跳跳开线路2的对侧的断路器，线路2的连接元件或其他元件工作不受影响。
所以，当线路保护跳开两个断路器后，应先合边断路器，等边断路器重合成功后，再合中断路器，此时中断路器肯定合于完好线路。如果边断路器重合不成功，合于故障线路，保护再次将边断路器跳开，此时中断路器就不再重合。


2、重合闸的启动及方式整定
重合闸有两种方式启动：位置不对应启动和外部跳闸启动。外部跳闸启动指的是线路保护动作发跳闸命令同时启动重合闸。
o 位置不对应启动分为：单相偷跳启动和三相偷跳启动。
o 保护跳闸启动分为：单相跳闸启动和三相跳闸启动。
关于重合闸的整定方式，可根据需要选用：单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸和重合闸停用四种方式中的一种。既可用屏上的切换开关也可用定值单中的控制字来选择重合闸方式。


3、重合闸检查方式
重合闸检查方式：当线路三相跳闸需要三相重合时可采用下面三种方法。
§ 检同期方式：线路，同期电压都大于40V，再满足线路电压和同期电压中的同名相电压的相位差在定值整定的范围内。
§ 检无压方式：检查线路或同期电压小于30V，同时相应的TV没有断线。
§ 无检定方式：不作任何检查，时间到了就发合闸命令。


4、关于先合和后合重合闸
先合断路器合于故障，后合断路器不再合闸。在3/2接线方式下对于边断路器和中断路器的重合闸存在先合和后合的问题。我们在前面谈到失灵问题时，已经提到过。下面作简要说明：
先合重合闸可经较短延时发出一次合闸脉冲。在先合重合闸启动时，输出的开关量接点作为后合重合闸的“闭锁先合”的开关量输入。
当后合重合闸接收到“闭锁先合”输入接点闭合的信息后，它的重合闸将经较长延时发合闸脉冲。后合重合闸只有在“闭锁先合”开入量有输入时才真正以较长延时发合闸脉冲。


先合重合闸：
“投先合”——软压板、硬压板
短延时（重合闸整定时间，约0.7s）
后合重合闸：
“闭锁先合”开入
“后合固定”控制字
长延时（重合闸整定时间+后合重合延时，约1.4s）


四、充电保护
当用本装置所在的断路器对母线等元件充电而合于故障元件上时，有充电保护作为此种情况下的保护。充电保护由按相构成的两段两时限相过流和一段零序过流组成，电流取自本断路器的TA。
当充电保护投入时，相应段的相电流元件动作经相应整定延时后充电保护动作出口跳本断路器。充电保护动作后，起动失灵保护，再经失灵保护延时出口跳其他断路器。
此外，失灵保护、死区保护、不一致保护、充电保护动作均闭锁重合闸。充电保护仅在线路（变压器）充电时投入，充电正常后立即退出。


五、死区保护
死区产生原因：在断路器和电流互感器之间发生短路时，很多情况下保护动作后故障并不能切除。
死区的简单说明：如下K1处故障，在I母母线保护区内，但I母保护动作跳开含1DL所有I母断路器后，故障点仍在系统中，此类故障即为死区故障。
死区配置的意义：考虑到站内发生的此类死区故障，电流一般较大，对系统影响也较大，虽可靠失灵来切除，但失灵保护动作一般要经较长的延时，所以专设了比失灵保护动作快的死区保护。


死区保护的投入：在失灵保护投入的基础上，死区保护控制字也投入死区保护功能才起作用。
死区保护的动作：三相跳闸信号（例如：发变三跳、线路三跳、或A、B、C三个分相跳闸同时动作）＋三相跳位（TWJ信号）＋死区电流动作，经死区延时起动死区保护。
死区保护的出口：和断路器失灵保护的出口一致，即边断路器的失灵出口跳哪些断路器，则边断路器死区出口就跳哪些断路器。
这就是死区保护依附于失灵保护压板的原因，死区保护也可理解为一种另类的（判据不同，延时不同）失灵保护。


六、三相不一致保护
三相不一致的由来：分相操作的断路器，由于设备质量和操作等原因，运行中可能出现三相断路器动作不一致最终导致只有一相或者两相跳开，处于非全相的异常状态。
三相不一致的危害：当系统处于非全相运行状态时，系统中出现的负序、零序等分量对电气设备产生一定危害，同时也影响系统保护装置的正确动作，所以电力系统不允许长时间地非全相运行。
在线路重合不成功，则系统进入非全相运行时将无其它保护可以消除这种故障，所以在分相操作的断路器安装有非全相保护（三相不一致保护），当系统出现非全相达到一定时间就跳开其他相。
三相不一致的实现：消除三相不一致的异常状态的保护功能，在高压或超高压等级系统中，一般都放入断路器本体中实现，但是也有放入断路器保护中实现的（或者线路保护中）。
不一致保护在断路器本体中，国网十八项反措要求：220kV及以上电压等级的断路器均应配置断路器本体三相位置不一致保护。
既在断路器单相跳开后，如果重合闸动作，断路器由于压力、机械、二次回路等原因，没有重合成功，必须在2-2.5s内跳开三相，并且不再重合，以保证系统的安全。
当断路器中没有三相不一致保护时，可以安装独立的三相不一致保护装置。独立的三相不一致保护除了用断路器辅助触点或位置接点构成判断三相不一致的起动回路外，还可以用零序电流与负序电流闭锁回路，用以提高该回路的可靠性。


三相不一致保护的投入：在三相不一致保护软压板和硬压板都投入时（控制字），三相不一致保护功能才起作用。
三相不一致的起动：三相跳位开入不一致＋跳位相无流。
三相不一致保护的动作：不一致经零序开放控制字投入，不一致起动经不一致零序电流判据动作，然后经不一致延时出口跳本断路器三相。不一致经负序开放控制字投入，不一致起动经不一致负序电流判据动作，然后经不一致延时出口跳本断路器三相。以上两个控制字都退出时，三相不一致起动后经不一致延时出口跳本断路器三相。
三相不一致保护动作不起动失灵，同时闭锁重合闸。
三相不一致保护的闭锁：断路器处于三相不一致状态12秒，发位置不一致告警，并闭锁三相不一致保护。
三相不一致保护的时间继电器的整定原则：继电保护装置的三相不一致保护延时定值要能躲过重合闸的动作时间。


七、瞬时跟跳
该回路由用户决定是否投入。瞬时跟跳分为：单相跟跳、两相跳闸联跳三相和三相跟跳。这三个回路出口后再跳一次本断路器，只有起动元件动作情况下上述三个回路才能发跳闸命令。
· 单相跟跳：收到线路保护来的Ta、Tb、Tc单相跳闸信号，并且相应相的高定值电流元件动作，瞬时分相跳闸。
· 两相跳闸联跳三相：收到而且仅收到线路保护来的两相跳闸信号，并且任一相的高定值电流元件动作，经15ms延时联跳三相。
· 三相跟跳：收到三相跳闸信号，并且任一相的高定值电流元件动作，瞬时三相跳闸出口。


八、交流电压断线判断
交流电压断线判断的判据为：保护不启动，且三相电压向量和大于12V，延时1.25s发TV短线异常信号。TV断线时，将低功率因素元件退出，将检同期和检无压重合功能退出，其他功能正常。当三相线路电压恢复正常10s后自动恢复正常运行。


九、跳闸位置异常告警
当TWJ动作且该相线路有电流，或三相的TWJ位置不一致时经10S延时报TWJ异常。