浅析三菱电机HGIS断路器机构非全相保护的过去和现在
果家礼+李本瑜
【摘 要】在高压电网建设中， 户外SF6封闭式组合电器（HGIS）得到了广泛应用。自2011年以来，三菱电机公司出厂的HGIS产品，其断路器机构非全相保护的原理接线及时间元件均发生了较大的变更。本文结合工程实际，针对上述变化的因果进行了全面分析，以供同行学习、借鉴和探讨。
【关键词】断路器；非全相保护；直流接地；时间继电器
Analysis of the Mitsubishi HGIS circuit breaker of three-phase inconsistent protection's past and present
Guo Jia-li1,Li Ben-yu2
(1.Yunnan electric power transmission and substation engineering company Kunming Yunnan 650216;
2.Yunnan Electric Power Dispatching control Center Kunming Yunnan 650011)
【Abstract】In the power grid construction,Japan's Mitsubishi Motor Company produced 500kV outdoor SF6 closed combined electric appliance(HGIS)has been widely applied,since 2011,Mitsubishi Motor Company manufactured HGIS products,the circuit breaker mechanism non-full phase protection principle connection and time components are produced bigger change.Combining the engineering practice,in view of the changes in the causal undertook comprehensive analysis,for peer learning,studying and discussing.
【Key words】Circuit breaker;Three-phase inconsistent protection;DC grounding;Time relay
1. 引言
（1）断路器机构本体非全相保护功能是高压分相操作断路器的基本配置，其基本原理是由断路器各相辅助常开接点并联后再与各相辅助常闭接点并联后的回路相串联，以实现断路器三相不一致的判别，当断路器三相位置不一致时，回路导通起动时间继电器 ，经整定的延时出口三跳本断路器。该保护具有接线原理简单，直接采用断路器的辅助接点判别，逻辑上无需电气量判据，并且就地安装，大大缩短了二次电缆长度，设计施工便捷等优点，其缺点是该保护的构成元件规格型号各异，工艺质量参差不齐，运行环境恶劣，抗干扰能力较差，缺乏运行监视手段，误动几率较高，这也就是为什么电气量的非全相保护一直不能被取代的根本原因。
（2）本文将对三菱电机HGIS断路器机构非全相保护的传统实现方法存在的问题进行分析，并结合具体工程实例加以试验验证，找出问题的结症所在，同时提出了相应的改进方案。
2. 机构非全相保护原理的传统接线
（1）根据断路器机构本体非全相保护的原理要求，过去，三菱电机HGIS断路器机构本体非全相保护采用了如图1所示的传统原理接线。
图1 断路器机构非全相保护原理接线图（2）图1中：52a为断路器辅助常开接点；52b为断路器辅助常闭接点；1LP为本体非全相保护功能连接片；2LP、3LP为本体非全相保护跳闸出口连接片；47T为时间继电器（型号：HA3A-A306，厂家：OMRON）；47X为中间继电器；BP1为第一组控制电源正极；BP2为第二组控制电源正极。
（3）采用该接线方式，直观上看完全满足断路器机构本体非全相保护的动作原理要求，也满足有关“反措”要求。但是，该接线不符合继电保护“双重化”独立配置的原则，当第一组控制电源BP（N）1或者时间继电器47T、中间继电器47X工作异常，都将会造成本体非全相保护出口1、出口2的误动或拒动。
3. 传统非全相保护的误动实例分析
（1）2010年，云南电网新建的500kV通宝变电站工程中，500kV户外配电装置采用了三菱电机生产的HGIS产品，在该站的500kV系统调试期间，调试人员现场将一台三相均处于合位的断路器（编号：5822）机构本体非全相保护连接片投入后，随即该断路器发生了跳闸，后台监控系统报“直流系统负接地、5822断路器机构本体非全相保护动作（无法复归）、5822断路器由合到分”。通过现场检查发现，5822断路器机构本体非全相保护确实已经动作，断路器三相均处于分位，保护属于误动作。
（2）结合电气二次图纸分析，断路器机构本体非全相保护照图施工接线正确，通过三根联络电缆，分别将A、B、C三相断路器机构内的辅助接点引至断路器汇控柜内构成非全相保护，具体接线如图1所示，现场安装接线与设计图纸一致，图实相符，不存在误接线问题。
图2 断路器非全相保护直流接地示意图（3）为此，现场对相关控制回路进行了逐一检查，在检查过程中发现由C相断路器机构引至汇控柜之间的联络电缆“F53”电缆芯在C相机构电缆头制作处存在绝缘层摩擦破损而接地的现象，如图2所示，现场随即对破损的电缆芯线进行了绝缘处理，然后进行了多次断路器本体非全相试验，保护动作正确，一切恢复正常。
（4）为了安全起见，现场随后对同型号的其余四台断路器逐一进行了模拟试验，如图2所示，利用短接线模拟时间继电器47T线圈的正端即F53处直流接地，试验结果：所有HGIS断路器机构本体非全相保护均会动作，验证了时间继电器47T线圈的正端接地会造成本体非全相保护误动作的结论。
（5）根据图2可知，无论断路器处于分闸还是合闸位置，在回路 “F53”点发生直接接地后，如果功能连接片1LP未投入，直流系统绝缘监测装置是不会发接地报警的，投入连接片1LP后，直流系统报直流负接地也是正确的。
（6）图2的右侧部分，为变电站直流系统绝缘监测装置原理接线图。图中，R1、R2、J（电流灵敏继电器）组成直流系统绝缘监视回路，一般R1、R2整定值为20kΩ。R+、R-分别为直流系统正极和负极对地的等效绝缘电阻，B为蓄电池组。R1，R2，R+，R-组成一个电桥，正常运行时，电桥处于平衡状态，J（电流灵敏继电器）不会动作；当直流系统正极或负极发生直流接地时，R+或R-值减小，电桥失去平衡，J（电流灵敏继电器）动作，发出直流接地信号。
（7）根据图2，当“F53”点发生直接接地后，回路“直流+110V→电阻R1→电流继电器J→地网（虚线所示）→功能连接片1LP→时间继电器47T→控制电源-110V”构成通路，从而起动时间继电器47T。由于时间继电器47T线圈直流电阻较大，虽然在回路“F53”点发生了直接接地，但是，直流系统负极并没有直接接地，此时，中间继电器47X线圈两端的电压仍满足“反措”要求，即启动功率不小于5W、动作电压介于55%-65%Ue，从而导致本体非全相保护误动作。（8）事后，我们对本体非全相保护时间继电器47T进行了单独测试，发现其动作电压不足60V，而动作功率几乎为零。测试结果表明，时间继电器47T的动作电压过低、动作功率过小是造成此次事件的直接原因。
图3 断路器机构非全相保护原理接线图4. 目前断路器机构非全相保护原理接线
（1）2010年5月至10月间，通过与三菱公司专业技术人员的多次交流沟通，上述情况引起了三菱公司的高度关注，并同意到现场整改，采用新的回路接线，如图3所示，并更换其存在问题的时间继电器。
（2）新的回路接线既满足了断路器机构本体非全相保护的动作原理要求，也符合了继电保护双重化独立配置的原则，最明显的区别是：断路器机构本体非全相保护的功能连接片由过去的一块，变成了现在的两块，本体非全相保护起动时间继电器由过去的一只增加为两只即47T1、47T2，其规格型号已由原来OMRON公司生产的HA3A-A306型更换为上海继电器厂生产的RXMH2RK220-67型。更换后的时间继电器动作电压约135V，动作功率3.3W，现场多次模拟线圈的正极即回路F53处直流接地，保护均不会误动作，彻底消除了该保护因直流接地的误动隐患。
5. 结语
近年来，云南电网公司有关技术部门就发文要求220kV及以上电压等级的断路器，其本体机构非全相保护应投跳闸方式运行。随着电网建设规模的扩大，投入系统运行的断路器机构本体非全相保护将会越来越多，在安装调试和定检的过程中，在关注其有关“反措”执行情况时，也应留意对断路器机构本体非全相保护时间继电器的检查。在其时间刻度误差满足“反措”要求的同时，还应保证其动作电压为55%～70%Ue（Ue为继电器额定工作电压），若动作电压不满足要求时，应采取提高其动作功率值的措施或更换合格的继电器，从而确保断路器机构本体非全相保护的可靠运行。
参考文献
［1］ 国家电力调度中心.电力系统继电保护实用技术问答(第二版).北京：中国电力出版社，1999.
［2］ 张保会，尹项根.电力系统继电保护.北京：中国电力出版社，2005.
［3］ 国家电力调度中心.电力系统继电保护典型故障分析（第二版）. 北京：中国电力出版社，1999.
［4］ 500kV通宝变550kV HGIS二次原理展开接线图HZ33103.三菱电机株式会社.
［作者简介］ 果家礼（1976-），男，职称：主任工程师，主要从事电力系统继电保护调试管理工作。
【摘 要】在高压电网建设中， 户外SF6封闭式组合电器（HGIS）得到了广泛应用。自2011年以来，三菱电机公司出厂的HGIS产品，其断路器机构非全相保护的原理接线及时间元件均发生了较大的变更。本文结合工程实际，针对上述变化的因果进行了全面分析，以供同行学习、借鉴和探讨。
【关键词】断路器；非全相保护；直流接地；时间继电器
Analysis of the Mitsubishi HGIS circuit breaker of three-phase inconsistent protection's past and present
Guo Jia-li1,Li Ben-yu2
(1.Yunnan electric power transmission and substation engineering company Kunming Yunnan 650216;
2.Yunnan Electric Power Dispatching control Center Kunming Yunnan 650011)
【Abstract】In the power grid construction,Japan's Mitsubishi Motor Company produced 500kV outdoor SF6 closed combined electric appliance(HGIS)has been widely applied,since 2011,Mitsubishi Motor Company manufactured HGIS products,the circuit breaker mechanism non-full phase protection principle connection and time components are produced bigger change.Combining the engineering practice,in view of the changes in the causal undertook comprehensive analysis,for peer learning,studying and discussing.
【Key words】Circuit breaker;Three-phase inconsistent protection;DC grounding;Time relay
1. 引言
（1）断路器机构本体非全相保护功能是高压分相操作断路器的基本配置，其基本原理是由断路器各相辅助常开接点并联后再与各相辅助常闭接点并联后的回路相串联，以实现断路器三相不一致的判别，当断路器三相位置不一致时，回路导通起动时间继电器 ，经整定的延时出口三跳本断路器。该保护具有接线原理简单，直接采用断路器的辅助接点判别，逻辑上无需电气量判据，并且就地安装，大大缩短了二次电缆长度，设计施工便捷等优点，其缺点是该保护的构成元件规格型号各异，工艺质量参差不齐，运行环境恶劣，抗干扰能力较差，缺乏运行监视手段，误动几率较高，这也就是为什么电气量的非全相保护一直不能被取代的根本原因。
（2）本文将对三菱电机HGIS断路器机构非全相保护的传统实现方法存在的问题进行分析，并结合具体工程实例加以试验验证，找出问题的结症所在，同时提出了相应的改进方案。
2. 机构非全相保护原理的传统接线
（1）根据断路器机构本体非全相保护的原理要求，过去，三菱电机HGIS断路器机构本体非全相保护采用了如图1所示的传统原理接线。
图1 断路器机构非全相保护原理接线图（2）图1中：52a为断路器辅助常开接点；52b为断路器辅助常闭接点；1LP为本体非全相保护功能连接片；2LP、3LP为本体非全相保护跳闸出口连接片；47T为时间继电器（型号：HA3A-A306，厂家：OMRON）；47X为中间继电器；BP1为第一组控制电源正极；BP2为第二组控制电源正极。
（3）采用该接线方式，直观上看完全满足断路器机构本体非全相保护的动作原理要求，也满足有关“反措”要求。但是，该接线不符合继电保护“双重化”独立配置的原则，当第一组控制电源BP（N）1或者时间继电器47T、中间继电器47X工作异常，都将会造成本体非全相保护出口1、出口2的误动或拒动。
3. 传统非全相保护的误动实例分析
（1）2010年，云南电网新建的500kV通宝变电站工程中，500kV户外配电装置采用了三菱电机生产的HGIS产品，在该站的500kV系统调试期间，调试人员现场将一台三相均处于合位的断路器（编号：5822）机构本体非全相保护连接片投入后，随即该断路器发生了跳闸，后台监控系统报“直流系统负接地、5822断路器机构本体非全相保护动作（无法复归）、5822断路器由合到分”。通过现场检查发现，5822断路器机构本体非全相保护确实已经动作，断路器三相均处于分位，保护属于误动作。
（2）结合电气二次图纸分析，断路器机构本体非全相保护照图施工接线正确，通过三根联络电缆，分别将A、B、C三相断路器机构内的辅助接点引至断路器汇控柜内构成非全相保护，具体接线如图1所示，现场安装接线与设计图纸一致，图实相符，不存在误接线问题。
图2 断路器非全相保护直流接地示意图（3）为此，现场对相关控制回路进行了逐一检查，在检查过程中发现由C相断路器机构引至汇控柜之间的联络电缆“F53”电缆芯在C相机构电缆头制作处存在绝缘层摩擦破损而接地的现象，如图2所示，现场随即对破损的电缆芯线进行了绝缘处理，然后进行了多次断路器本体非全相试验，保护动作正确，一切恢复正常。
（4）为了安全起见，现场随后对同型号的其余四台断路器逐一进行了模拟试验，如图2所示，利用短接线模拟时间继电器47T线圈的正端即F53处直流接地，试验结果：所有HGIS断路器机构本体非全相保护均会动作，验证了时间继电器47T线圈的正端接地会造成本体非全相保护误动作的结论。
（5）根据图2可知，无论断路器处于分闸还是合闸位置，在回路 “F53”点发生直接接地后，如果功能连接片1LP未投入，直流系统绝缘监测装置是不会发接地报警的，投入连接片1LP后，直流系统报直流负接地也是正确的。
（6）图2的右侧部分，为变电站直流系统绝缘监测装置原理接线图。图中，R1、R2、J（电流灵敏继电器）组成直流系统绝缘监视回路，一般R1、R2整定值为20kΩ。R+、R-分别为直流系统正极和负极对地的等效绝缘电阻，B为蓄电池组。R1，R2，R+，R-组成一个电桥，正常运行时，电桥处于平衡状态，J（电流灵敏继电器）不会动作；当直流系统正极或负极发生直流接地时，R+或R-值减小，电桥失去平衡，J（电流灵敏继电器）动作，发出直流接地信号。
（7）根据图2，当“F53”点发生直接接地后，回路“直流+110V→电阻R1→电流继电器J→地网（虚线所示）→功能连接片1LP→时间继电器47T→控制电源-110V”构成通路，从而起动时间继电器47T。由于时间继电器47T线圈直流电阻较大，虽然在回路“F53”点发生了直接接地，但是，直流系统负极并没有直接接地，此时，中间继电器47X线圈两端的电压仍满足“反措”要求，即启动功率不小于5W、动作电压介于55%-65%Ue，从而导致本体非全相保护误动作。（8）事后，我们对本体非全相保护时间继电器47T进行了单独测试，发现其动作电压不足60V，而动作功率几乎为零。测试结果表明，时间继电器47T的动作电压过低、动作功率过小是造成此次事件的直接原因。
图3 断路器机构非全相保护原理接线图4. 目前断路器机构非全相保护原理接线
（1）2010年5月至10月间，通过与三菱公司专业技术人员的多次交流沟通，上述情况引起了三菱公司的高度关注，并同意到现场整改，采用新的回路接线，如图3所示，并更换其存在问题的时间继电器。
（2）新的回路接线既满足了断路器机构本体非全相保护的动作原理要求，也符合了继电保护双重化独立配置的原则，最明显的区别是：断路器机构本体非全相保护的功能连接片由过去的一块，变成了现在的两块，本体非全相保护起动时间继电器由过去的一只增加为两只即47T1、47T2，其规格型号已由原来OMRON公司生产的HA3A-A306型更换为上海继电器厂生产的RXMH2RK220-67型。更换后的时间继电器动作电压约135V，动作功率3.3W，现场多次模拟线圈的正极即回路F53处直流接地，保护均不会误动作，彻底消除了该保护因直流接地的误动隐患。
5. 结语
近年来，云南电网公司有关技术部门就发文要求220kV及以上电压等级的断路器，其本体机构非全相保护应投跳闸方式运行。随着电网建设规模的扩大，投入系统运行的断路器机构本体非全相保护将会越来越多，在安装调试和定检的过程中，在关注其有关“反措”执行情况时，也应留意对断路器机构本体非全相保护时间继电器的检查。在其时间刻度误差满足“反措”要求的同时，还应保证其动作电压为55%～70%Ue（Ue为继电器额定工作电压），若动作电压不满足要求时，应采取提高其动作功率值的措施或更换合格的继电器，从而确保断路器机构本体非全相保护的可靠运行。
参考文献
［1］ 国家电力调度中心.电力系统继电保护实用技术问答(第二版).北京：中国电力出版社，1999.
［2］ 张保会，尹项根.电力系统继电保护.北京：中国电力出版社，2005.
［3］ 国家电力调度中心.电力系统继电保护典型故障分析（第二版）. 北京：中国电力出版社，1999.
［4］ 500kV通宝变550kV HGIS二次原理展开接线图HZ33103.三菱电机株式会社.
［作者简介］ 果家礼（1976-），男，职称：主任工程师，主要从事电力系统继电保护调试管理工作。
