（廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西 南寧 530000）

1 引言

變電站的二次系統(tǒng)是各變電站的重要組成部分，它起著對(duì)整個(gè)變電站的一次系統(tǒng)部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)及調(diào)節(jié)的作用。二次系統(tǒng)是否正常運(yùn)行直接影響到整個(gè)變電站的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展，各種電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，變電站的二次系統(tǒng)在這幾十年里發(fā)生了很大的變化，變電站的控制系統(tǒng)，由單一的強(qiáng)電控制發(fā)展到今天的強(qiáng)電、弱點(diǎn)、計(jì)算幾控制多種控制方式并存，其中的控制開關(guān)由原來的多觸點(diǎn)的萬能開關(guān)，逐步被結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的控制開關(guān)或切換開關(guān)代替。保護(hù)裝置也由最初的電磁型繼電器構(gòu)成，發(fā)展到由整流元件、晶體管、集成電路、微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。而跟隨著各種斷路器的滅弧技術(shù)的不斷的改進(jìn)，各種操作機(jī)構(gòu)由原來大型磁動(dòng)力機(jī)構(gòu)改為小型電機(jī)蓄能操作機(jī)構(gòu)。在這種技術(shù)不斷更新及對(duì)二次系統(tǒng)保護(hù)功能要求越來越嚴(yán)格的情況下，對(duì)于舊變電站二次系統(tǒng)的技術(shù)改造勢(shì)在必行。在考慮到整個(gè)變電站一二次系統(tǒng)技術(shù)改造的施工難度及經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件各種因素下，先進(jìn)行二次系統(tǒng)技術(shù)改造將會(huì)是舊變電站技術(shù)改造的重點(diǎn)。當(dāng)新的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)與舊的一次設(shè)備運(yùn)行時(shí)候，將會(huì)出現(xiàn)一些問題，本文中將會(huì)針對(duì)這起故障遇到的一項(xiàng)技術(shù)問題進(jìn)行討論，并提出解決辦法。

2 110kV斷路器拒動(dòng)故障經(jīng)過

某城市 110kV變電站，該 110kV變電站建于上世紀(jì) 60年代，設(shè)備老化嚴(yán)重，雖然該110kV變電站位于所屬電力公司的電網(wǎng)末梢，但該110kV變電站所帶的負(fù)荷為優(yōu)質(zhì)負(fù)荷，經(jīng)濟(jì)效益非常高。隨著改革開放經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，該片區(qū)域的負(fù)荷也相應(yīng)的飛速增加，為了能確保向該負(fù)荷區(qū)域提供優(yōu)質(zhì)的電力，對(duì)該110kV變電站進(jìn)行技術(shù)改造勢(shì)在必行?？紤]到對(duì)該區(qū)域的停送電時(shí)間要求非常短，以及技術(shù)改造的綜合經(jīng)濟(jì)效益，電力公司在經(jīng)過各種條件權(quán)衡利弊考慮后決定先對(duì)該變電站的繼電保護(hù)部分進(jìn)行技改，并于2003年對(duì)該變電站的微機(jī)保護(hù)技改完成。

某日，檢修班組按照規(guī)程對(duì)該變電站進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，在對(duì)135線路110kV 斷路器進(jìn)行保護(hù)跳閘模擬故障試驗(yàn)時(shí)，在開關(guān)重閘后，發(fā)現(xiàn)該110kV斷路器合閘拒動(dòng)，合閘接觸器冒煙，并有燒焦的味道。檢修人員立即把135斷路器的保護(hù)裝置直流電源與操作電源及控制電源斷開，發(fā)現(xiàn)該斷路器的合閘接觸器線圈已經(jīng)燒毀。對(duì)燒壞的線圈更換后重新進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一但給微機(jī)保護(hù)裝置合上控制電源，斷路器立即自動(dòng)合閘，該現(xiàn)象證明微機(jī)保護(hù)裝置已經(jīng)出現(xiàn)故障。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該微機(jī)保護(hù)裝置的合閘回路一直輸出合閘信號(hào)，更換微機(jī)保護(hù)版后故障解決，開關(guān)能正確分合閘動(dòng)作。

3 故障原理分析

斷路器操作機(jī)構(gòu)中的分、合閘線圈是按短時(shí)通電設(shè)計(jì)的，因此在分、合閘完成后應(yīng)自動(dòng)解除命令脈沖，切斷分、合閘回路，以防分、合閘線圈長(zhǎng)時(shí)間通電燒壞分、合閘線圈。目前所有的新型斷路器中的分合閘機(jī)構(gòu)，采用的都是彈簧儲(chǔ)能分、合閘機(jī)構(gòu)，需要的分、合電流并不是很大，因此合、跳電流脈沖一般都直接作用于斷路器的分合閘線圈，新的微機(jī)繼電保護(hù)裝置基本上是基于此類斷路器所設(shè)計(jì)的，微機(jī)保護(hù)操作原理圖入下圖1所示。

圖1 微機(jī)保護(hù)操作機(jī)構(gòu)回路原理圖

微機(jī)保護(hù)的控制回路動(dòng)作過程如下：

當(dāng)手動(dòng)或者遙控合閘時(shí)，合閘控制回路中的 手合/搖合常開開關(guān)被和上，合閘信號(hào)電流經(jīng)過J2節(jié)點(diǎn)（一般情況下短接），HBJ電流自保持繼電器，TBJU防跳合閘繼電器常閉節(jié)點(diǎn)，后由端子4D35流至斷路器的彈簧蓄能操作機(jī)構(gòu)合閘線圈（合閘線圈為直流線圈，額定電壓為DC220V，額定電流為1A），斷路器合閘。微機(jī)保護(hù)的 HBJ電流自保持繼電器型號(hào)為JZX-39F-2H2D，額定電壓為DC 110V。

舊式的斷路器操作機(jī)構(gòu)使用的是直流電磁操作機(jī)構(gòu)，合閘線圈電流很大（60～250A左右），必須通過合閘接觸器接通合閘線圈。直流電磁型操作機(jī)構(gòu)的合閘接觸器型號(hào)為CZ0-100/10， 額定電壓為440V，100A，出廠日期為1971年6月，北京低壓電器廠制造。根據(jù)合閘原理，由合閘接觸器接通后，電磁型合閘線圈內(nèi)通過巨大的電流，通過電磁轉(zhuǎn)換原理將電能轉(zhuǎn)化為磁能把非常重的合閘鐵芯吸上撞擊操作機(jī)構(gòu)，使斷路器合上閘。

新微機(jī)保護(hù)裝置、舊直流電磁型操作機(jī)構(gòu)斷路器相結(jié)合后，合閘信號(hào)電流由微機(jī)保護(hù)裝置的4D35端子流入合閘接觸器，控制斷路器合閘。因此當(dāng)電磁型合閘接觸器線圈的長(zhǎng)時(shí)間通電造成整個(gè)合閘接觸器線圈燒壞的同時(shí)，微機(jī)保護(hù)裝置里面的HBJ電流自保持繼電器節(jié)點(diǎn)也被燒壞粘死，裝置一但通上電立即就會(huì)發(fā)出合閘信號(hào)，使斷路器無故合閘。（附圖一為燒壞的微機(jī)保護(hù)裝置，附圖二、三為合閘接觸器）

4 拒動(dòng)事故原因及采取的措施

雖然變電站預(yù)防性試驗(yàn)順利結(jié)束，但為了能徹底解決合閘接觸器線圈燒壞問題，防止此類事故再次發(fā)生，必須找出合閘接觸器線圈燒壞的原因。經(jīng)過多方思考及查閱資料，終于找出了事故發(fā)生的原因。該變電站經(jīng)過技改后，二次系統(tǒng)由原來的電磁型繼電器保護(hù)裝置更換為微機(jī)保護(hù)裝置，直流系統(tǒng)由原先的30AH鎘鎳蓄電池組（每節(jié)電池電壓為1.6V～1.8V，共110節(jié)），更換為100AH“免維護(hù)型鉛酸蓄電池”（每節(jié)電池電壓為12V～14.4V，共18節(jié)，附圖四 即為使用的閥控密封免維護(hù)鉛酸蓄電池），變電站的一次部分并未進(jìn)行技改，大部分仍然為直流電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)型斷路器。直流電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低，易滿足斷路器本體要求；缺點(diǎn)是消耗功率大，合閘時(shí)間長(zhǎng)。該變電站二次技改后投運(yùn)至今達(dá)6年之久，期間并未對(duì)蓄電池組做過容量校驗(yàn)試驗(yàn)和充放電維護(hù)，蓄電池容量大幅下降已經(jīng)不足100AH。事故當(dāng)天在高壓斷路器多次的分合閘操作情況下，由于蓄電池組的容量不足，造成電磁型操作機(jī)構(gòu)未能有足夠的電能合上斷路器，微機(jī)保護(hù)裝置便一直不停的發(fā)出合閘信號(hào)，使電磁型合閘接觸器線圈長(zhǎng)時(shí)間通電從而燒壞合閘接觸器線圈，同時(shí)微機(jī)保護(hù)裝置自保持繼電器節(jié)點(diǎn)被燒壞粘死。

變電站的二次系統(tǒng)極其重要，它起著對(duì)整個(gè)變電站的一次系統(tǒng)部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)及調(diào)節(jié)的作用，二次系統(tǒng)是否正常運(yùn)行直接影響到整個(gè)變電站的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。二次系統(tǒng)的主要供電電源為直流供電系統(tǒng)，這就要求直流供電系統(tǒng)具有很高的供電可靠性。為了能確保直流系統(tǒng)的供電可靠性，就需要密切關(guān)注直流系統(tǒng)中蓄電池組的好壞。我國的電力系統(tǒng)自 90年代后開始廣泛應(yīng)用起閥控密封免維護(hù)鉛酸蓄電池（VRLA，簡(jiǎn)稱閥控電池），閥控電池采用了全封閉結(jié)構(gòu)，設(shè)有安全閥，電池內(nèi)部的電解液吸附在極板間超細(xì)玻璃纖維制成的隔膜中，吸附比約為 90%，充電時(shí)產(chǎn)生的氣體不逸出，全部在電池內(nèi)部合成H2O，該電池在理論上不消耗水分，不需要再添加電解液，所以節(jié)省了普通蓄電池所需要的經(jīng)常性地補(bǔ)充電解液、監(jiān)視和調(diào)劑工作。閥控電池的極板經(jīng)過特殊處理，比較牢固，不存在有效物脫落問題，其壽命主要取決于電解液。因?yàn)殡娊庖菏且淮涡猿淙?，在使用過程中部能補(bǔ)充，電解液耗盡，蓄電池壽命也就完結(jié)。閥控電池在開始運(yùn)用時(shí)，因?yàn)榭梢蚤L(zhǎng)期運(yùn)行，少維護(hù)和價(jià)格適中等特點(diǎn)，又稱為“免維護(hù)型鉛酸蓄電池”，但實(shí)際上這種蓄電池還是需要日常的維護(hù)工作的，只是維護(hù)工作比一般的鎘鎳蓄電池要少，而不是真正的“免維護(hù)”。為了能使變電站有一個(gè)安全穩(wěn)定的直流電源，對(duì)于閥控電池的日常維護(hù)工作是必不可少的，只有在保證閥控電池時(shí)刻處在健康狀態(tài)之下，整個(gè)變電站才能安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

在知道該事故最根本原因的后，我們經(jīng)過思考總結(jié)得出預(yù)防下次相同此類事故的方法：

（1）當(dāng)新蓄電池投運(yùn)前必須用專門的蓄電池充放電裝置對(duì)蓄電池容量進(jìn)行核對(duì)充放電試驗(yàn)，并做好記錄存檔。

（2）新蓄電池組每隔2年必須用專門的蓄電池充放電裝置對(duì)各變電站的蓄電池進(jìn)行充放電維護(hù)，當(dāng)運(yùn)行6年后的蓄電池需要每年做一次蓄電池充放電維護(hù)，并把結(jié)果記錄在相應(yīng)的蓄電池充放電記錄數(shù)據(jù)庫，以便統(tǒng)計(jì)各站蓄電池的健康狀況。

（3）值班員每天交接班時(shí)必須測(cè)量一次蓄電池組整組電壓及每節(jié)蓄電池電壓，對(duì)于有直流電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器，而且閥控電池運(yùn)行了4年以上的變電站，在每次對(duì)斷路器分合閘過后都要測(cè)量每一節(jié)蓄電池電壓，并做相應(yīng)的記錄。

（4）對(duì)于有較多直流電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器的變電站，應(yīng)增加一組動(dòng)力專用蓄電池組，把直流系統(tǒng)中的蓄電池組分為控制專用蓄電池組及動(dòng)力專用蓄電池組，當(dāng)動(dòng)力專用蓄電池失效時(shí)，操作電源仍舊能夠通過控制專用蓄電池組供電，并且控制專用蓄電池組也能在短時(shí)內(nèi)承擔(dān)起動(dòng)力電源的作用。

（5）嚴(yán)格遵守蓄電池組充放電維護(hù)規(guī)定，當(dāng)查出蓄電池組中的任何一節(jié)蓄電池出現(xiàn)異常現(xiàn)象應(yīng)立即更換整組電池，以保證蓄電池組安全可靠的運(yùn)行。

5 結(jié)語

總之由于造成蓄電池組出現(xiàn)異常的情況有很多，但如能按照以上措施進(jìn)行維護(hù)，并推廣至所有的變電站中實(shí)行，在將來對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)時(shí)就能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)蓄電池組故障，并及時(shí)對(duì)該故障消缺，防止故障的擴(kuò)大化，這樣將會(huì)為整個(gè)公司電網(wǎng)安全運(yùn)行提供非常重要的保障。

[1]宋繼成.220～500kV變電所電氣接線設(shè)計(jì)[C].中國電力出版社.

[2]王建華.電氣工程師手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]曹龍漢,吳帆,等.鉛酸蓄電池組容量測(cè)試與活化技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算,2009.6.10.

[4]GB/T 14285-2006,繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[S].