陳玉明， 唐小平， 湯雪鵬， 劉 暢

(國網(wǎng)合肥供電公司， 安徽 合肥 230022)

0 前言

某日晚21點10分，220 kV某變電站發(fā)生220 kV Ⅰ母失靈保護動作，運行于220 kV Ⅰ母線開關(guān)跳閘，同時220 kV 2817開關(guān)保護動作跳閘。隨后，變電檢修中心立即組織專業(yè)人員趕往現(xiàn)場，開展故障查看及搶修工作。

1 故障前運行情況

發(fā)生故障前，220 kV Ⅰ、Ⅱ母線并列運行，其中1號主變2801和2817、2C87、2819、2C73開關(guān)運行于Ⅰ母線，2號主變2802和2816、2818、2C74開關(guān)運行于Ⅱ母線，2C88開關(guān)處于檢修狀態(tài)。運行的接線圖如圖1所示。

圖1 該變電站220 kV主接線

2817斷路器為河南平高電氣股份有限公司2008年5月生產(chǎn)的ZF11-252型斷路器，2008年7月投運，配ABB液壓碟簧機構(gòu)。220 kV母差保護為許繼電氣生產(chǎn)，型號為WMH- 800A/R1，2008年7月投運。220 kV 2817線路第一套保護為許繼電氣生產(chǎn)，型號為WXH- 803A-G，第二套保護為南瑞科技生產(chǎn)，型號為NSR-303A-G，于2019年7月投運。

2 現(xiàn)場檢查情況

2.1 現(xiàn)場設(shè)備及線路檢查情況

該變電站220 kV母差保護裝置動作記錄為：220 kV Ⅰ母失靈保護動作，2817線第一套、第二套線路保護均動作，現(xiàn)場檢查確認220 kV#1主變2801、母聯(lián)2800、2817、2C87、2819、2C73開關(guān)在分位。一次檢修人員進行220 kV#1主變2801、2817、2C87、2819、2C73開關(guān)匯控柜檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況。同時再次重點檢查2817間隔，2817開關(guān)機構(gòu)三相實際位置均在分閘位置。斷路器液壓機構(gòu)油位、滲漏、連桿銹蝕等外觀檢查無異常。

線路方面，經(jīng)過排查確認2817線路發(fā)生A相單相接地永久性故障。

2.2 保護動作情況

20點59分11秒146毫秒，2817線路發(fā)生A相永久性故障，2817第一套、第二套線路保護均動作，47 ms(以下均為相對時間)2817 A相開關(guān)跳開，862 ms重合閘動作，899.8 ms時2817 A相重合成功(常閉接點打開)，937 ms開關(guān)第一次合上，由于重合于永久性故障，946 ms、948 ms時2817第一套、第二套線路保護后加速保護動作，982 ms開關(guān)三相跳開。跳開后，1002.6 ms出現(xiàn)A相開關(guān)第二次合上，1043 ms、1056 ms時2817第一套、第二套線路保護再次動作，1219 ms(定值0.15 s)220 kV母線2817失靈跟跳動作，1363 ms失靈跳母聯(lián)2800開關(guān)，1570 ms～1596 ms跳開I母線運行220 kV#1主變2801、2C87、2819、2C73開關(guān)。故障錄波器動作時序表如表1所示。

表1 220 kV故障錄波器動作時序

根據(jù)故障錄波器給出的信息和從監(jiān)控后臺調(diào)取的SOE信息整理后，得到動作時序的示意圖如圖2所示。

圖2 動作時序示意圖

3 事故情況分析

從保護動作情況可以注意到，由于2817開關(guān)A相開關(guān)出現(xiàn)了第二次合上的異常情況，開關(guān)連續(xù)動作，最終導(dǎo)致失靈保護動作，跳開整條母線上的開關(guān)。因此分析故障相開關(guān)第二次合上的原因是此次故障要分析的重點。

3.1 現(xiàn)場保護試驗情況

故障發(fā)生后，二次檢修人員首先進行了220 kV母差保護以及817開關(guān)二次回路檢查，均未發(fā)現(xiàn)存在接線錯誤、直流接地情況，同時核查了保護定值，均正常。進行2817保護邏輯校驗，分別模擬A相、B相、C相瞬時性故障，保護能正確單跳單重合，保護邏輯正確。分別模擬A相、B相、C相永久性故障，保護能正確單跳單重合最后加速三跳，保護邏輯正確。進行2817開關(guān)傳動試驗，合上2817開關(guān)，出口壓板均投入的情況下，分別模擬A相瞬時性故障，2817開關(guān)A相跳開，并重合成功，試驗正確。再依次分別模擬B、C相瞬時性故障，開關(guān)正確單跳單重，試驗正確。

在模擬A相永久性故障時，二次檢修人員發(fā)現(xiàn)，如果按照故障時序(第一次故障與第二次故障間隔850 ms)模擬A相永久性故障，開關(guān)A相單跳單重后，保護后加速動作跳三相開關(guān)，A、B、C三相開關(guān)分閘，隨后A相再次重合，經(jīng)過23 s的打壓時間后，A相恢復(fù)分閘壓力值，非全相動作，跳開A相開關(guān)。依次模擬B相和C相永久性故障，動作行為和A相永久性故障相同。故障錄波器開關(guān)量變位圖如圖3所示。

而如果按照定值單的定值(第一次故障與第二次故障間隔時間為0.9 s：重合閘時間0.8 s延時100 ms)分別對2817開關(guān)進行傳動試驗，模擬A相永久性故障時，開關(guān)A相單跳單重后，后加速動作三跳，三相開關(guān)正確跳開，未出現(xiàn)故障相開關(guān)再次重合現(xiàn)象。再依次模擬B相和C相永久性故障，動作行為也正確，故障錄波器開關(guān)量變位圖如圖4所示。

圖3 模擬發(fā)生跳躍現(xiàn)象時故障錄波器開關(guān)量變位圖(A相為故障相)

圖4 模擬動作行為正常時故障錄波器開關(guān)量變位圖(B相為故障相)

針對這種現(xiàn)象，通過對故障錄波圖的分析，二次檢修人員初步判斷：出現(xiàn)故障相開關(guān)跳躍，很可能是因為重合閘命令與故障相開關(guān)常閉輔接點存在重合；滿足合閘回路導(dǎo)通的條件，且防跳繼電器未可靠起動閉鎖合閘回路導(dǎo)致。

3.2 防跳回路動作原理

斷路器合閘回路及防跳回路的動作原理如圖5所示，以非故障相為例說明防跳的動作原理[1]。由圖5可知，非故障相由于合閘回路處于持續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)合閘，QFA1(13/14)常開接點閉合，防跳繼電器K12得電后，K12(13/14)常開接點閉合，使K12長期保持，合閘回路長期切斷。此時開關(guān)跳閘回路導(dǎo)通，開關(guān)跳開，開關(guān)將保持斷開狀態(tài)，不會再次合閘，起到了防跳的作用[2]。因此B、C相開關(guān)三跳后，未發(fā)生跳躍現(xiàn)象。

對故障相進行分析，通過查閱故障錄波器開關(guān)量變位信息，可以得知2817第二套光纖差動保護重合閘指令862 ms發(fā)出，986.8 ms返回。2817線路A相跳位第二次跳開的時間是978.8 ms。斷路器常閉接點閉合與合閘脈沖有8 ms的重疊時間。此時A相如果防跳繼電器K12沒有可靠動作，防跳回路起不到有效作用，同時如果低油壓閉鎖合閘繼電器K9也沒有動作，完全可以將開關(guān)合上。因此下一步針對防跳繼電器和低油壓閉鎖合閘繼電器作針對性檢查。

3.3 防跳繼電器檢查情況

通過查詢圖紙得知機構(gòu)防跳繼電器K12、K13、K14均采用施耐德的CAD-32MD，按照《國網(wǎng)Q/GDW1161-2013線路保護及輔助裝置標準化設(shè)計規(guī)范》“11.1.2斷路器防跳功能應(yīng)由斷路器本體機構(gòu)實現(xiàn)”的要求，遠近控均采用機構(gòu)防跳。

對繼電器單獨進行試驗，隨后對拆下來的繼電器單獨進行試驗，施耐德CAD-32MD繼電器的固有動作時間為55 ms。根據(jù)十八項反措要求“12.1.2.1 防跳繼電器動作時間應(yīng)小于輔助開關(guān)切換時間，并保證在模擬手合于故障時不發(fā)生跳躍現(xiàn)象。”那么防跳回路斷路器輔助常開接點QFA1(13/14)的動作時間應(yīng)大于防跳繼電器的固有動作時間。

圖5 2817開關(guān)機構(gòu)合閘回路及防跳回路圖注：2019年6月進行2817開關(guān)保護更換，取消保護防跳，采用就地防跳，將圖中SK1(33：34)接點短接。

3.4 低油壓閉鎖合閘繼電器檢查情況

斷路器低油壓閉鎖合閘繼電器回路如圖6所示。低油壓合閘繼電器K9的動作原理是斷路器三相任一相斷路器油壓低至閉鎖合閘壓力38.6 MPa，啟動K9繼電器，達到固有動作時間后，打開合閘回路中K9(51/52)常閉接點，從而斷開合閘回路，起到閉鎖合閘的作用。

圖6 斷路器低油壓閉鎖合閘繼電器回路圖

現(xiàn)場檢查合閘閉鎖繼電器K9也采用施耐德的CAD-32MD，因此動作固有時間也較長。從后臺soe報文可以看出，在開關(guān)重合后又跳開，時間為23 ms，在跳開后30 ms出現(xiàn)閉鎖合閘信號，再12 ms出現(xiàn)閉鎖分閘信號，此時A相開關(guān)業(yè)已合上，同時無法分閘，待經(jīng)過23 s的打壓后，高于閉鎖分閘壓力值，開關(guān)非全相保護跳開A相，壓力再一次降低，再次出現(xiàn)閉鎖分閘信號。經(jīng)過68 s左右，開關(guān)壓力完全恢復(fù)。

3.5 更換防跳繼電器和開關(guān)輔助接點后的試驗情況

為進一步排除故障，請平高廠家將防跳繼電器施耐德CAD-32MD更換為ABB的KC6-22Z的繼電器， KC6-22Z繼電器的固有動作時間為24 ms，小于施耐德CAD-32MD繼電器的55 ms。在模擬線路永久性故障時，故障相開關(guān)依然發(fā)生跳躍，現(xiàn)場將開關(guān)在分位模擬手合于故障試驗，現(xiàn)場開關(guān)雖然最終閉鎖在分位，但是通過故障錄波器發(fā)現(xiàn)開關(guān)發(fā)生兩次跳躍，防跳繼電器并未可靠動作。接著，對防跳回路中斷路器常開輔助接點QFA1(13/14)的合-分時間進行監(jiān)測[3]，發(fā)現(xiàn)該接點保持時間只有20.8 ms，無法啟動防跳繼電器。說明開關(guān)常開輔助接點也存在合-分時間過短的問題。

接下來讓平高廠家更換防跳繼電器的內(nèi)常開輔助接點(通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)該接點合-分保持時間為80 ms)，然后就地將開關(guān)在分位模擬手合于故障試驗，現(xiàn)場開關(guān)閉鎖在分位，通過故障錄波器發(fā)現(xiàn)開關(guān)未發(fā)生跳躍。之后模擬線路發(fā)生永久性故障(第一次故障與第二次故障間隔850 ms)時，故障相跳躍現(xiàn)象消失，保護動作現(xiàn)象正確。

4 整改及預(yù)防措施

(1)開展2817開關(guān)機構(gòu)繼電器更換處理工作，對于防跳繼電器、合閘閉鎖繼電器、分閘閉鎖繼電器等中間繼電器進行全部更換，更換為固有動作時間快速靈敏繼電器，同時對該變電站其他設(shè)備進行排查，將同型號的施耐德型號繼電器全部進行更換。

(2)檢查該變電站的斷路器常開輔助接點的合-分時間，防止出現(xiàn)合-分保持時間過短無法啟動防跳繼電器的問題。

(3)加強繼電器檢驗管理工作，建議配置能夠檢測繼電器動作特性試驗儀器，能夠檢測出繼電器動作時間、動作電壓，同時將繼電器檢驗工作作為機構(gòu)檢修工作之一。

(4)開展專項隱患排查工作，對所管轄變電站在運液壓機構(gòu)的GIS設(shè)備防跳繼電器進行排查，對于固有動作時間較長繼電器進行統(tǒng)一整改校驗，同時加強新投運變電站設(shè)備管理，要求機構(gòu)回路相關(guān)繼電器等元件質(zhì)量、選型和技術(shù)要求提高，同時必須加大二次回路的試驗深度，提高現(xiàn)場全面驗收管理工作的水平，避免類似的情況發(fā)生。