馬 凱，蒲道杰，胡義濤，高 燃，束 暢

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽 合肥 230009)

斷路器既能夠在正常情況下接通和斷開回路，也可以在發(fā)生故障時(shí)由保護(hù)裝置發(fā)出命令切除故障回路或者在瞬時(shí)故障消除后接通回路恢復(fù)送電，因此其具有控制和保護(hù)雙重功能。斷路器手動(dòng)或自動(dòng)合閘后，手動(dòng)合閘按鈕或自動(dòng)裝置觸點(diǎn)發(fā)生粘連時(shí)，如果斷路器合閘于永久性故障，會(huì)導(dǎo)致斷路器發(fā)生不斷跳閘、合閘的現(xiàn)象，為了防止出現(xiàn)此類“跳躍”現(xiàn)象，目前大多數(shù)斷路器廠家都會(huì)設(shè)置防跳繼電器，并將其常閉節(jié)點(diǎn)串入合閘回路中[1]。由于斷路器中二次元件多、回路多，如果接線設(shè)計(jì)不合理或繼電器參數(shù)選取不當(dāng)，可能會(huì)產(chǎn)生寄生回路[2]。斷路器一旦發(fā)生分合閘故障，將嚴(yán)重影響供電設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行[3-7]。

1 設(shè)備故障經(jīng)過

某500 kV變電站220 kV設(shè)備采用SF6全封閉組合電器(GIS)，生產(chǎn)廠家為中電裝備恩翼帕瓦(山東)高壓斷路器有限公司。220 kV肥常2815斷路器生產(chǎn)型號(hào)為MFPT-250-50L，制造時(shí)間為2011年12月，投運(yùn)日期為2012年5月，其銘牌如圖1所示。該220 kV GIS的主接線形式為雙母雙分段，共有2條主變進(jìn)線間隔，10條出線間隔，2個(gè)母聯(lián)間隔和2個(gè)分段間隔。事故發(fā)生前，220 kV肥常2815斷路器接在220 kVⅠB母上運(yùn)行，運(yùn)行電壓為228.74 kV，A、B、C三相電流為269.5 A、262.5 A、249.6 A，線路輸送功率P=102.7 kW，Q=13.4 kvar。

圖1 220 kV肥常2815斷路器銘牌參數(shù)

2017年9月9日7:48，該500 kV變電站220 kV肥常2815線路C相接地故障跳閘，兩套保護(hù)均正確動(dòng)作，重合閘正確動(dòng)作，重合不成加速三跳，其動(dòng)作保護(hù)報(bào)告如圖2所示。

圖2 線路保護(hù)動(dòng)作報(bào)告

斷路器跳閘后，技術(shù)人員迅速開展一、二次設(shè)備檢查，檢查重點(diǎn)為一次設(shè)備外觀及斷路器實(shí)際位置，保護(hù)、故障錄波動(dòng)作報(bào)告及操作箱、測(cè)控等裝置及打印故障報(bào)告。經(jīng)檢查現(xiàn)場(chǎng)一、二次設(shè)備正常；監(jiān)控后臺(tái)有“斷路器第一組控制回路斷線、斷路器第二組控制回路斷線、光纖閉鎖保護(hù)(RCS902A)裝置異常、光纖縱差保護(hù)保護(hù)(RCS931A)裝置閉鎖、線路無電”異常信號(hào)。當(dāng)值人員檢查保護(hù)復(fù)歸后無異常指示燈及信號(hào)，與省調(diào)監(jiān)控核對(duì)確認(rèn)(雙方均有當(dāng)時(shí)的調(diào)度錄音) C相線路故障消失后，認(rèn)為“控制回路斷線”為輔助節(jié)點(diǎn)配合問題誤發(fā)信號(hào)，試送成功后會(huì)自動(dòng)消失。9:26，省調(diào)監(jiān)控后臺(tái)合閘，C相合閘成功，A、B相合閘失敗，非全相動(dòng)作三相跳閘。9:45，運(yùn)行人員拉開220 kV肥常2815斷路器控制電源空氣開關(guān)，A、B、C三相跳閘開入全部變?yōu)樘唬翱刂苹芈窋嗑€”信號(hào)復(fù)歸。調(diào)閱220 kV肥常2815斷路器的位置變換信號(hào)如圖3所示。

圖3 220 kV肥常2815斷路器位置變換信號(hào)

2 故障查找

220 kV肥常2815斷路器試送不成功后，技術(shù)人員在事故現(xiàn)場(chǎng)開展檢查，詳細(xì)過程如下。

a. 現(xiàn)場(chǎng)檢查斷路器本體SF6壓力、儲(chǔ)能、外觀及機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部均正常。

b. 現(xiàn)場(chǎng)就地分合斷路器正常，測(cè)試非全相保護(hù)功能正常。

c. 開展斷路器動(dòng)作特性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常。

表1 220 kV肥常合閘電阻及動(dòng)作試驗(yàn)數(shù)據(jù)

d. 分別模擬A、B、C單相瞬時(shí)接地故障，保護(hù)單跳單重，保護(hù)、操作箱及斷路器正確動(dòng)作。

e. 對(duì)故障情況進(jìn)行模擬，首先把非全相壓板投上，斷路器三相處于合位，模擬C相單相故障重合閘后加速三跳操作。接著再進(jìn)行三相合閘，A、B相合不上，C相合上，2 s后非全相動(dòng)作跳開C相，故障模擬現(xiàn)象與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際故障過程一致。

檢查二次回路發(fā)現(xiàn)A、B相跳位監(jiān)視回路09A、09B及合閘回路07A、07B無負(fù)電返回，A、B相合閘回路不通。而C相正常，跳位監(jiān)視回路09C及合閘回路07C電位為-57 V。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)A、B相防跳繼電器一直處于自保持狀態(tài)，合閘回路中防跳繼電器常閉節(jié)點(diǎn)1-4斷開，測(cè)量防跳繼電器1端(線圈A1端)電壓是-2 V左右，8端(線圈A2端)電壓是-65 V，線圈兩端壓差為63 V，合閘及防跳回路見圖4。

圖4 合閘及防跳回路

f. 對(duì)A相斷路器防跳繼電器試驗(yàn)，A相斷路器在合位，同時(shí)有跳合閘命令時(shí)，A相斷路器跳開，防跳繼電器動(dòng)作且不復(fù)歸。

g. 現(xiàn)場(chǎng)拉合操作電源后，斷路器三相防跳繼電器復(fù)位，再次對(duì)斷路器進(jìn)行分合閘檢查無異常。

3 原因分析

從現(xiàn)場(chǎng)檢查現(xiàn)象分析，斷路器單相故障單跳單重然后加速三跳后，A、B相防跳繼電器自保持不復(fù)歸，導(dǎo)致A、B相合閘回路切斷，是省調(diào)監(jiān)控遙合閘不成功的直接原因。

220 kV肥常2815斷路器在“單跳單重—加速三跳”動(dòng)作過程中，三相斷路器的合閘命令和分閘命令同時(shí)存在，時(shí)間邏輯見圖5。相對(duì)保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間，“重合閘出口動(dòng)作時(shí)間”為872 ms，“重合閘出口返回時(shí)間”為993 ms，“跳閘出口動(dòng)作時(shí)間”為976 ms。

圖5 合閘、分閘命令同時(shí)存在

現(xiàn)場(chǎng)故障情況是C相單相故障，單相重合于故障，加速三跳；保護(hù)裝置發(fā)重合閘命令時(shí)(三相同時(shí)發(fā)出)，2815斷路器A、B相在合位，其輔助斷路器21-22節(jié)點(diǎn)閉合，合閘脈沖到來時(shí)，防跳繼電器TFA立即帶電、TFA常閉輔助節(jié)點(diǎn)1-3閉合(自鎖)、1-4斷開(動(dòng)作時(shí)間50 ms)，將A、B相合閘回路斷開；當(dāng)A、B相斷路器接到分閘命令后，斷路器分閘(分閘時(shí)間<30 ms)，延時(shí)20 ms后，串入監(jiān)視回路的斷路器常閉輔助節(jié)點(diǎn)65-66閉合(跳位監(jiān)視回路接通)，此時(shí)防跳繼電器TFA的常開節(jié)點(diǎn)1-3尚未斷開，跳位監(jiān)視回路與防跳回路串通，導(dǎo)致防跳繼電器再次帶電，切斷合閘回路，導(dǎo)通回路見圖6。

圖6 防跳繼電器通過監(jiān)視回路導(dǎo)通

當(dāng)肥常2815斷路器A、B相在合閘狀態(tài)時(shí)，經(jīng)“重合閘—加速跳閘”動(dòng)作過程后防跳繼電器與跳位監(jiān)視回路接通，導(dǎo)致防跳繼電器帶電，合閘回路斷開。肥常2815斷路器C相能正常合閘的原因?yàn)椋篊相本身在分位，必須斷路器先合上，防跳繼電器才動(dòng)作，不會(huì)閉鎖合閘；跳位監(jiān)視回路與防跳繼電器接通時(shí)間比A、B相要短1個(gè)斷路器合閘過程時(shí)間。

該型斷路器合閘時(shí)間小于100 ms、分閘時(shí)間小于30 ms(見圖1)，斷路器輔助斷路器與主觸頭動(dòng)作時(shí)序見圖7，常開輔助節(jié)點(diǎn)比主觸頭延遲閉合7 ms、提前斷開4 ms。常閉輔助節(jié)點(diǎn)比主觸頭提前斷開43 ms、延遲閉合20 ms。

圖7 斷路器輔助節(jié)點(diǎn)與主觸頭動(dòng)作時(shí)序

經(jīng)查閱防跳繼電器信息如下：線圈額定規(guī)格DC110 V、19 mA，電阻值5.75 kΩ，動(dòng)作電壓70%以上(77 V)，復(fù)位電壓10%以下(11 V)，動(dòng)作時(shí)間50 ms以下，復(fù)位時(shí)間30 ms以下。跳閘位置監(jiān)視繼電器TWJ阻值為10 kΩ，動(dòng)作電壓60 V。按此阻值比，防跳繼電器通過跳位監(jiān)視回路自保持時(shí)線圈TFA分壓40.15 V。跳位監(jiān)視回路見圖8。

經(jīng)查閱該斷路器出廠試驗(yàn)報(bào)告，該斷路器具體合閘時(shí)間為98 ms，分閘時(shí)間為28 ms，結(jié)合保護(hù)動(dòng)作報(bào)告、斷路器輔助斷路器與主觸頭動(dòng)作時(shí)序，防跳繼電器輔助節(jié)點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間，綜合分析推斷保護(hù)延時(shí)時(shí)間為15 ms，A、B相與C相動(dòng)作時(shí)序見表2，該表動(dòng)作時(shí)序詳細(xì)說明了A、B相合閘回路被防跳回路斷開、C相合閘回路不受影響的邏輯。

表2 220 kV肥常2815斷路器三相動(dòng)作時(shí)間邏輯表

圖8 線路間隔控制回路圖

4 整改措施

查明合閘故障原因后，在斷路器轉(zhuǎn)檢修前，當(dāng)值人員再遇到該類斷路器重合閘失敗加速三跳情況時(shí)，要斷開操作電源復(fù)歸防跳繼電器，否則斷路器不能合閘。將該條意見寫進(jìn)運(yùn)行規(guī)程中，并明確告知運(yùn)維人員。后續(xù)220 kV肥常2815斷路器轉(zhuǎn)檢修時(shí)，對(duì)該斷路器的防跳回路進(jìn)行整改，可參考以下2種方案。

方案1：更換防跳繼電器，在跳位監(jiān)視回路中增加防跳繼電器的一對(duì)常閉接點(diǎn)(見圖9)。

圖9 整改方案1

方案2：對(duì)機(jī)構(gòu)內(nèi)部接線進(jìn)行改造，將原供合閘用的防跳繼電器常閉接點(diǎn)串入跳位監(jiān)視回路(見圖10)。

圖10 整改方案2

5 結(jié)束語(yǔ)

本次故障是在線路單永故障時(shí)，經(jīng)“重合閘—加速跳閘”動(dòng)作過程后，非故障相斷路器防跳繼電器與跳位監(jiān)視回路接通，導(dǎo)致防跳繼電器帶電，其串入合閘回路的常閉節(jié)點(diǎn)斷開，合閘回路斷開。雖然沒有引起其他擴(kuò)大事故，但也給正常的生產(chǎn)運(yùn)行造成重大影響，是一起非常嚴(yán)重的設(shè)備隱患。為了吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，防止類似故障發(fā)生，下一步對(duì)該隱患開展斷路器二次回路排查。

參考文獻(xiàn)：

[1] 顏華敏，顧國(guó)平，陸敏安，等. 一起斷路器防跳回路異常分析及改造[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(12):138-140.

[2] 邱 濤，井雨剛，杜紹輝. 斷路器兩套防跳回路配合問題探討[J]. 山東電力技術(shù)，2012，38(12):138-140.

[3] 李正紅，文小平. 一起220 kV斷路器單相拒合故障分析及防范措施[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，31(5)：145-151.

[4] 楊俊鋒. 一起GIS斷路器控制回路故障的分析與處理[J]. 高壓電器，2009，45(6)：158-160.

[5] 林智敏，李慶凱，蔡恒濱，等. 一起GIS斷路器合閘故障分析與處理[J]. 高壓電器，2012，48(2)：99-101.

[6] 段 劍，張立群，甑 利，等. 一起 500 kV斷路器故障的分析和治理[J]. 高壓電器，2010，46(7)：90-92.

[7] 唐躍林，伍 平，謝林濤，等. 一臺(tái)252 kV SF6斷路器合閘故障分析及處理[J]. 高壓電器，2011，47(2)：72-75.