張 凱楊佩佩楊軍亭張廣東高立超

（1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，蘭州 730050；

（2.國網(wǎng)甘肅省電力公司蘭州供電公司，蘭州 730050）

一起斷路器機構故障引起的事故分析

張 凱1楊佩佩2楊軍亭1張廣東1高立超1

（1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，蘭州 730050；

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針對一起330kV變電站110kV線路全部失壓的事故，分析和驗證了可能引起事故的各種原因。通過對故障線路保護跳閘回路、母線保護、監(jiān)控系統(tǒng)、故障開關的一系列檢查，最終確定了該起事故是由于斷路器分閘線圈故障，引起開關拒動，又因母線保護投入方式不當導致事故進一步擴大。針對此次故障提出了判斷方法、對此類故障暴露的問題提出整改措施，為日后防范和處理類似故障提供了借鑒。

斷路器；故障；母線保護；分閘線圈

近年來，隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化程度越來越高，對于電力設備質量的要求也越來越高。與此同時，電力系統(tǒng)運行、檢修技術和管理等各個方面的要求也越來越高?？偨Y電力系統(tǒng)事故發(fā)生的原因，大致為以下幾各方面：有些是因為設備缺陷引起［1-4］，有些是因為設備運輸及安裝不當所致［5］，也有些是因為運行管理不當引發(fā)［6-7］。對于已發(fā)生事故的分析和研究，可以總結和傳承經驗，也可以防患于未然，具有非常重要的意義。

本文介紹的事故，不但暴露了設備質量缺陷，而且暴露了設備安裝以及運行管理方面的問題，非常具有典型性。

1 事故經過

2015年11月，某330kV變電站1123XX線路故障，WXH-811A型線路保護裝置動作出口，1123開關未切除故障，導致WMH-800A母線保護裝置失靈保護動作，造成110kV母線失壓。該變電站110kV母線主接線圖如圖1所示。

圖1 某330kV變電站110kV母線主接線圖

跳閘前的運行方式為：330kVⅠ、Ⅱ母并列運行，2#主變帶110kVⅠ、Ⅱ母運行，3#主變帶110kVⅣ、Ⅲ母運行。11024母聯(lián)開關投Ⅱ、Ⅳ母運行，1113、1115、1102開關投Ⅰ母運行；1121、1122開關投Ⅱ母運行；1114、1116開關投Ⅲ母運行；1123、1103、1119開關投Ⅳ母運行；11012Ⅰ、Ⅱ刀閘，11034Ⅲ、Ⅳ刀閘在合位；110kVⅡ、Ⅳ母PT運行；1111開關投Ⅰ母熱備用。

2 現(xiàn)場檢查情況

故障發(fā)生后，變電站運維人員按照《變電站運行管理規(guī)程》立即到現(xiàn)場檢查一二次設備情況，包括發(fā)生故障時的保護信息，開關位置，及故障錄波信息等，核對保護信息屬實，保護裝置正確動作，開關實際位置與系統(tǒng)接線圖顯示一致。及時匯報相關調度，調度人員將故障情況立即告知輸電線路運維單位進行查線，發(fā)現(xiàn)1123西聯(lián)線路確實有燒傷麻點，懷疑可能被吊車等異物碰撞。

變電站運維人員第一時間查看了 2號、3號主變油樣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，并取樣離線分析，無異常。

再次檢查保護信息，分析事故原因。檢查的重點之一是找出開關拒動原因。

開關拒動后，因故障電流仍存在，故失靈保護啟動，跳開母聯(lián)開關，再跳開與故障線路相連接的該段母線上所有開關，可事實是直接跳開了兩段母線上所有開關。因此檢查重點之二是分析該保護動作不正確的原因。

失靈保護動作后，原拒動的開關又被跳開，因此，檢查的重點之三是找出拒動開關第一次未跳開，第二次跳開的原因。

確定檢查重點后，隨后進行了以下各項檢查。

2.1 故障線路保護跳閘回路檢查情況

對1123XX線WXH-811A型線路保護裝置二次出口回路進行檢查，回路接線正確且接觸可靠，回路無明顯的松動和斷開點［6］。

打開 1123開關機構箱時能聞到異味。對1123XX線開關機構和端子箱二次回路進行檢查，回路接線正確且接觸可靠，跳閘1線圈電阻為94.3Ω。

不帶開關模擬 1123XX線路故障 15次，WXH-811A型線路保護裝置動作，保護動作時間19～20ms，動作可靠。

模擬1123XX線路故障帶開關傳動試驗3次，保護裝置可靠動作，開關動作行為正確。

2.2 110kV母線保護檢查情況

檢查WMH-800A型母線保護各間隔電流極性［8］。發(fā)現(xiàn)WMH-800A保護裝置默認11024開關為110kVⅠ、Ⅱ母線元件，由于該變電站110kV母線保護各線路間隔CT至母差的極性為線路指向母線，11024母聯(lián)極性應為從Ⅲ、Ⅳ母指向Ⅰ、Ⅱ母，現(xiàn)場實際極性接反。

現(xiàn)場將11024母聯(lián)至母差的繞組電流回路在開關端子箱處進行了倒極性改線，檢查母差保護極性正確。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn) 110kV WMH-800A型母線保護1LP10“母線互聯(lián)”壓板為投入狀態(tài)。經查原因是：2013年7月5日該變電站1122XX線投運，負荷比較大，此時11024母聯(lián)斷路器有較大電流流過，由于11024母聯(lián)斷路器電流極性錯誤，導致110kV母差保護小差電流越限，WMH-800A母差保護裝置頻繁啟動，打出“運行異?！毙盘枴＿\行人員沒有分析原因，就將 1LP10“母線互聯(lián)”壓板投入，母差保護異常信號消失（此時母差不計算11024斷路器電流），并重新修訂了母線保護裝置現(xiàn)場規(guī)程和壓板投退說明（規(guī)定母聯(lián)開關運行時，必須投入母線互聯(lián)壓板）。而此時母線保護相當于單母線運行方式，任一母線故障將切除兩條母線。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)檢查情況

現(xiàn)場檢查監(jiān)控系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)110kV母線失靈保護動作信號及母線互聯(lián)、交流斷線、裝置告警等信號，聯(lián)系省、地調監(jiān)控人員確認也沒有任何有關 110kV母線保護動作或告警信號。經現(xiàn)場檢查確認 110kV公用測控裝置（NSD500V型）死機：遙信開入有變位但不能上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。經斷電重啟后，再次測試信息上傳正常。

2.4 故障開關檢查情況

1123XX線路開關進行開關特性試驗時，合閘特性試驗后，進行分閘特性試驗時發(fā)現(xiàn)開關分閘拒動。短時在分閘回路加直流電源，測試分閘線圈電壓為217V、勵磁電流2.4A，線圈電壓及勵磁電流滿足產品技術要求，試驗分閘3次線圈電磁鐵沒有任何吸合跡象，開關分閘拒動，帶保護進行傳動試驗，開關仍然分閘拒動。

手動打跳開關后繼續(xù)進行開關機械特性試驗 3次。開關均能正常分合閘，但分閘時間測試數(shù)據(jù)變化較大，分閘時間呈明顯的下降趨勢，第三次機械特性試驗數(shù)據(jù)至合格范圍。

對開關二次回路、繼電器及機構凸輪等部件檢查未發(fā)現(xiàn)問題。開關分閘過程中監(jiān)視分閘線圈電壓、電流均在合格范圍內。

對開關分閘電磁鐵檢查過程中發(fā)現(xiàn)，分閘電磁鐵靜磁鐵備帽有松動（如圖2所示），靜磁鐵位置隨動磁鐵運動而改變。對更換的分閘電磁鐵進行外觀檢查，靜磁鐵邊緣有動磁鐵運動過程中卡澀產生的金屬碎屑，且手動拉拽動磁鐵時有卡澀現(xiàn)象，特別是首次拉拽時卡澀現(xiàn)象比較明顯，連續(xù)多次拉拽后卡澀程度逐漸減輕（如圖3所示）。將分閘現(xiàn)券進行解體，如圖4所示。

圖3 分閘電磁鐵備帽邊緣有金屬碎屑

圖4 分閘線圈解體圖

為了驗證故障開關拒動的是否確由分閘線圈卡澀引起，改變靜磁鐵位置后進行機械特性試驗。將該疑似故障分閘線圈安裝在同型號的斷路器上，做105次分合操作，分閘時間變化如圖 5所示：A相分閘時間在43.2到45.3之間，其中第15次和第105次是人為調整靜鐵芯的位置后得到的分閘時間。B、C相分閘時間情況與A類似。證明靜磁鐵位置改變后對開關分閘時間有明顯影響。

圖5 分閘線圈分閘時間變化情況

更換開關分閘電磁鐵后，進行低電壓操作試驗、機械特性試驗及保護傳動試驗，所有試驗數(shù)據(jù)合格，開關動作正確。

對站內其余臺同型號斷路器分合閘電磁鐵備帽檢查沒有發(fā)現(xiàn)松動現(xiàn)象。

綜合以上檢查情況，開關拒動（緩分）原因為：分閘線圈靜磁鐵備帽松動造成靜磁鐵位置活動，靜磁鐵與動磁鐵間隙不穩(wěn)定，分閘電磁鐵動作特性不穩(wěn)定，且動靜磁鐵間存在卡滯現(xiàn)象，造成線圈無法正常脫扣，開關拒動。

然而開關經過多次分合，靜磁鐵與動磁鐵連續(xù)摩擦運動造成卡滯程度減輕，開關動作特性改善?，F(xiàn)場多次機械特性試驗結果也充分證明此現(xiàn)象。

據(jù)此判斷：故障當時1123保護裝置發(fā)出跳閘令后，開關分閘線圈勵磁，但由于動靜磁鐵卡滯造成開關拒動。待母差保護跳開110kV設備區(qū)其他開關時，1123開關受到震動后卡滯松動，線圈脫扣，開關又正常動作。

3 事故原因及暴露問題

經過以上分析，此次事故造成110kV母線失壓的原因：

1）1123XX出線發(fā)生C相接地后，1123XX線路斷路器分閘線圈故障導致 1123斷路器拒動，110kV母差失靈保護啟動。

2）設備安裝人員將母差保護極性接反，造成投運后母差保護小差電流越限，WMH-800A母差保護裝置頻繁啟動，運行異常；而運行人員沒有分析運行異常原因，直接將母線互聯(lián)壓板投入，導致母線保護失去選擇功能，以至于當1123斷路器拒動后，母差失靈保護動作跳開母線上所有斷路器，導致事故范圍擴大。

總的來講，1123斷路器分閘線圈故障導致斷路器拒動是本起事故的直接原因，而安裝人員將母差保護極性接反，運行人員將母線互聯(lián)壓板投入，母差失靈保護失去選擇性導致本起事故進一步擴大。

此次事故暴露了運行管理當中的諸多問題：

（1）新設備驗收管理不力，設備質量管理失控。運行管理當中存在試驗項目不全、信號接入不全、驗收方法和項目存在漏洞。110kV母線保護在投入前，未按照母差保護廠家技術說明對母聯(lián)開關極性進行正確接入。分閘線圈質量隱患未能及時發(fā)現(xiàn)。

（2）隱患缺陷管理機制不暢，二次專業(yè)技術薄弱。運行人員對11024斷路器CT極性配置要求沒有掌握，對保護裝置發(fā)出的異常告警信息沒有組織深入分析，而是簡單的投入母線互聯(lián)壓板，消除警告。

（3）測控裝置（NSD500V）告警功能不完善，運行維護工作不力。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)檢查情況來看，在裝置出現(xiàn)死機時無告警信息，運維人員在巡視和日常監(jiān)控中無法發(fā)現(xiàn)此缺陷。造成110kV母差保護失靈動作信號未能及時上傳，導致各級調度、運維站不能及時掌握事件信息。

（4）工程建設監(jiān)督不力。在工程設計、施工、驗收環(huán)節(jié)存在漏洞。驗收時雖然提出斷路器跳閘位置沒有接入故障錄波器，但施工單位堅持按照設計圖紙施工，投運后又未及時進行整改，導致隱患未能消除，給故障分析帶來困難。

4 整改措施

4.1 排查同批次設備

在全公司范圍內開展排查ABB公司斷路器，對機構型號為 FSA1型斷路器線圈電磁鐵備帽進行檢查，有針對性安排停電，開展開關特性、傳動試驗工作。

4.2 排查同類運行管理問題

在全公司范圍內開展保護裝置壓板投退核查工作，立即對母線保護裝置“母線互聯(lián)”壓板投退情況和運行規(guī)程進行核實，對照保護定值單和設備實際運行情況對保護壓板投退情況極性逐項全面檢查。開展變電站現(xiàn)場運行規(guī)程的再次核查。主要針對二次保護壓板投退說明和保護信號的意義進行專項整改，針對不同設備、運行方式、不同接線方式細化每個信號、壓板的作用說明和投退說明。

在全公司范圍內對現(xiàn)有錄波器開關量未接入斷路器位置的間隔進行統(tǒng)計，并制定計劃進行完善。聯(lián)合廠家，制定測控裝置的巡視和狀態(tài)檢測方法，確保死機后能及時發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)一規(guī)范監(jiān)控系統(tǒng)中設備定義原則。

4.3 規(guī)范設備驗收

加強新設備驗收組織，設備驗收必須編按照規(guī)程要求編制驗收細則，細化驗收項目，規(guī)范驗收流程和方法，確保項目齊全，杜絕缺項漏項，嚴格審核施工單位提供安裝調試報告，驗收完成后要及時提供書面驗收記錄和驗收報告。

4.4 加強專業(yè)管理，開展人員培訓。

加強分析和處理嚴重、危急缺陷的能力和流程，確保閉環(huán)。進一步規(guī)范專業(yè)巡檢的周期和內容，特別是二次專業(yè)巡檢要重點核對采樣值、定值、壓板、差流，對保護顯示的數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)要結合運行方深入分析。開展培訓，提高運維人員事件處理綜合能力。

5 結論

每一次事故都是小概率事件或者是若干個小概率事件的疊加。電力系統(tǒng)設備繁多，運行各個環(huán)節(jié)之間聯(lián)系緊密復雜，電力系統(tǒng)故障極易產生“蝴蝶效應”。此次事故的價值不僅僅在原因分析，更在于事故調查過程中所發(fā)現(xiàn)問題的歸納和整改。

設備廠家要對斷路器分閘開關等關鍵部件進行質量控制，提高產品質量。安裝人員要進一步提升安裝水平，確保設備安裝正確。運行人員在運行的過程中要正確處理各類保護報警信息，熟悉裝置說明書，全面提升運維水平。

［1］國家電網(wǎng)公司運維檢修部.高壓開關設備典型故障案例匯編［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［2］蘇濤，王興友.高壓斷路器現(xiàn)場維護與檢修［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［3］張秀斌，溫定筠，彭鵬，等.110kV GIS隔離開關故障原因分析及反事故措施研究［J］.電工技術，2014（6）：51-52.

［4］汪曉明，何萍，劉衍，等.一起500kV HGIS事故的分析及處理［J］.高壓電器，2014（1）：129-132.

［5］王靜君，黃瑜瓏.一起 500kV GIS隔離開關絕緣閃絡的事故分析［J］.高壓電器，2013（9）：119-123.

［6］丁俊毅，韓群雁，彭濤，等.開封東郊變電站頻繁爆炸事故試驗數(shù)據(jù)分析［J］.電力設備，2008，9（1）：69-71.

［7］周渠.電力設備外絕緣的防污閃綜合措施［J］.絕緣材料，2004，37（2）：41-43.

［8］陳化剛.電力設備異常運行及事故處理手冊［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.

［9］史興華.變電設備典型缺陷處理和隱患排查［M］.北京：中國電力出版社，2011.

張 凱（1982-），男，碩士，高級工程師，主要研究方向是高電壓技術。