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【运维之道】三相不一致保护
2025-06-232

为什么要配置三相不一致保护?


对于220kV及以上电压等级开关,一般采用分相操作的断路器。在220kV及以上电压等级的系统中由于输送功率过大,当线路发生故障跳开后,两端功率必然造成不平衡,导致送端频率升高,受端频率降低。采用一般的检同期重合闸很难达到同期条件,若采用非同期重合将引起剧烈振荡。

运行经验证明,单相接地故障几率在65%以上,而且多数是瞬间故障,单相故障,单相跳开,两侧仍存在联系,使单相重合成为可能,大大有利于系统的稳定运行,所以220kV及以上线路的断路器均可分相操作。断路器三相位置不一致可能会导致断路器误动,或设备损坏,因此需配置三相不一致保护。


三相不一致的定义与危害


三相不一致是指三相断路器在运行中出现一相或两相断开,导致三相状态不一致的异常工况。其核心危害包括:

系统不平衡:产生负序电流,引起发电机、电动机等旋转设备发热和振动,甚至损坏绝缘。 

零序电压升高:可能导致中性点不接地系统的设备绝缘击穿。 

引发误动:负序分量可能使距离保护、方向保护等误动作。

扩大故障长期三相不一致运行可能发展为相间短路或接地故障。


三相不一致保护的工作原理


三相不一致保护通过监测断路器三相位置信号或电流信号,判别是否存在三相状态不一致,并在规定时间内动作,防止故障扩大。其核心原理如下:


保护构成与启动方式

启动方式  
原理描述

典型应用
辅助接点启动
利用断路器三相辅助接点(如 S1、S2、S3)的状态组合判断:
例:当 "合位接点 + 分位接点" 同时存在(如 A 相合、B 相分、C 相分),判定为三相不一致。
适用于断路器辅助接点可靠的场景。
电流元件启动
检测三相电流是否平衡:
当某相电流为零(或小于定值),其他两相电流正常,判定为该相断开。
辅助接点异常时作为后备启动方式。
综合启动
结合辅助接点状态与电流元件,提高判据可靠性:
如 "辅助接点不一致 + 负序电流超过定值" 时启动保护。
复杂系统中减少误动概率。

判别逻辑与延时设置

判别逻辑:保护装置实时采集三相断路器位置信号(合位 / 分位)及三相电流,当满足以下条件之一时启动: 两相及以上断路器处于分位,另一相处于合位; 一相断路器处于分位,另两相处于合位且存在负序电流(或零序电流)。

延时设置为避免瞬时性三相不一致(如断路器偷跳后自动重合成功),保护通常设置延时动作(一般 0.5~5s)。延时时间需与其他保护(如失灵保护)配合,避免误动。

动作后果

信号报警:当三相不一致持续时间较短(如小于整定值),或系统允许短时不平衡时,保护发信号提醒运维人员。

跳闸出口:当三相不一致持续时间超过整定值,或系统不允许长期不平衡时,保护动作跳开断路器,隔离故障。


三相不一致保护的典型应用


变压器断路器

变压器高压侧断路器若出现三相不一致,可能导致变压器不对称运行,产生过热和磁不平衡,因此需配置三相不一致保护,延时跳开变压器各侧断路器。

线路断路器

输电线路断路器三相不一致时,可能引起线路负序电流,影响相邻设备,保护通常延时跳开本侧断路器,若配置重合闸,可在跳闸后启动重合闸尝试恢复供电


三相不一致保护与其他保护的配合


与失灵保护配合

若三相不一致保护动作跳闸后,故障仍未消除(如断路器拒动),需启动失灵保护,跳开相邻断路器。

与重合闸配合

三相不一致保护跳闸后,若为瞬时性故障(如单相接地),重合闸可重新合闸;若为永久性故障,重合闸闭锁。

与负序过流保护配合

负序过流保护作为三相不一致的后备保护,当保护装置异常时,负序电流持续超过定值可延时跳闸。


工程案例:某 220kV 线路三相不一致保护动作分析


故障现象

220kV 线路 A 相断路器偷跳,三相不一致保护经 1.5s 延时跳开 B、C 相断路器,线路停电。

原因分析

断路器 A 相辅助接点接触不良,导致保护装置检测到 "A 相分、B 相合、C 相合",启动三相不一致保护; 线路存在负荷电流,A 相电流为零,负序电流超过定值,综合判据满足。

解决方案

检修 A 相断路器辅助接点,确保接触可靠;

调整三相不一致保护延时时间至 2s,避免瞬时性偷跳导致误跳闸。


三相不一致保护的核心要点


  • 判据核心:通过断路器位置信号与电流信号的综合判断,识别三相状态不一致。
  • 延时必要性:避免瞬时扰动误动,与系统运行特性匹配。
  • 双重启动:辅助接点与电流元件结合,提高保护可靠性。
  • 系统配合:需与失灵保护、重合闸等协同工作,形成完整的故障处理体系。




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责编:魏星|审核:陈亮丨监审:文卉

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