夏正亞，管琰玲，王 潔，陳 侃

（國網(wǎng)上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201499）

目前110 kV變電站中高壓斷路器常用彈簧儲能機構(gòu)實現(xiàn)斷路器分合閘，其原理是利用電機拉伸彈簧儲好能量作為合閘動力，系統(tǒng)發(fā)出合閘命令時合閘彈簧釋放能量同時通過勢能對分閘彈簧進(jìn)行儲能作為分閘動力[1-3]。彈簧操動機構(gòu)為執(zhí)行系統(tǒng)，能夠完成斷路器合閘、分閘操作，且因其性能可靠、方便維護(hù)目前被大量使用[4-5]。

運行中的斷路器若合閘彈簧未儲能將無法再次合閘從而導(dǎo)致故障發(fā)生時自切、重合閘保護(hù)及遙控合閘失靈無法切斷故障電流，嚴(yán)重將擴大事故發(fā)生。文獻(xiàn)[6]通過對斷路器儲能電機回路和分合閘控制回路進(jìn)行改造，解決了因斷路器彈簧機構(gòu)未儲滿能使得操作機構(gòu)打壓超時引起合閘儲能不到位分閘后無法再次合閘；文獻(xiàn)[7]分析了一起220 kV母聯(lián)開關(guān)合閘后儲能電機正常運行卻無法完成電動儲能，因傳動軸齒材質(zhì)選用不當(dāng)導(dǎo)致磨損嚴(yán)重使得斷路器無法儲能。

文獻(xiàn)[8]對斷路器“渦卷”式彈簧操作機構(gòu)進(jìn)行分析，查明了儲能電源小開關(guān)跳閘原因是合閘彈簧層中白色襯墊發(fā)生偏移導(dǎo)致變形使得彈簧無法正常儲能；文獻(xiàn)[9]因35 kV斷路器合閘彈簧未到使用壽命提前疲勞使得開關(guān)合閘后無法儲能及無法分閘拒動，并提出了改進(jìn)措施；文獻(xiàn)[10]通過對500 kV斷路器彈簧儲能軸斷裂部位的宏觀檢查、化學(xué)成分分析、硬度檢測及金相檢測等方法進(jìn)行解體分析，得出斷裂原因是儲能電機及減速裝置無法完全匹配造成的受力偏移。因此，對于運維人員來說斷路器已儲能非常重要，未儲能將導(dǎo)致開關(guān)合閘后遇到故障后無法分閘，可能導(dǎo)致事故擴大甚至引起系統(tǒng)崩潰。本文分析了一起10 kV斷路器開關(guān)未儲能導(dǎo)致開關(guān)重合失敗事故，著重分析了儲能二次回路及事故處理過程，并對運行檢修人員提出了改進(jìn)措施減少類似故障的發(fā)生。

1 事故過程

2022年1月24日15時46分14秒，某110 kV變電站31#開關(guān)零流前加速動作開關(guān)跳閘而重合閘動作不成導(dǎo)致用戶失電，運維人員查看保護(hù)裝置發(fā)現(xiàn)重合閘充電正常保護(hù)動作但是開關(guān)未合閘，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜上未儲能指示燈亮，同時發(fā)現(xiàn)2號主變10 kV三段、四段開關(guān)及10 kV一四分段開關(guān)未儲能指示燈也亮，因此需要對斷路器儲能二次回路進(jìn)行分析查明原因。系統(tǒng)10 kV部分主接線示意圖如圖1所示。

其中系統(tǒng)運行方式為1號主變壓器帶10 kV一段母線和二段母線負(fù)荷，2號主變壓器帶10 kV三段和四段母線負(fù)荷，10 kV一四、二三分段開關(guān)分別連接對應(yīng)10 kV母線；#m1、#m2（m=1，2，3，4）分別為對應(yīng)母線上的出線負(fù)荷，10 kV出線斷路器為彈簧儲能操作機構(gòu)。

2 儲能回路分析

彈簧儲能通過電動機啟動、齒輪減速來完成，并經(jīng)過鎖扣系統(tǒng)保持在儲能狀態(tài)。開斷時鎖扣借助磁力脫扣彈簧釋放能量經(jīng)過機械傳遞單元使斷路器動觸頭合上或分開[11]。開關(guān)儲能回路圖如圖2所示。

圖2 儲能回路

其中2DM為交流220 V儲能小母線，2DK為儲能電源小開關(guān)，M為儲能電機，S1為彈簧儲能接點。正常情況下當(dāng)開關(guān)在合位，分合閘彈簧均在壓縮狀態(tài)已儲能，當(dāng)開關(guān)分閘時分閘彈簧釋能，此時合閘時彈簧仍在儲能狀態(tài)則S1斷開儲能回路；當(dāng)再次合閘時合閘彈簧釋能S1閉合接通儲能回路立即帶動電機M進(jìn)行合閘彈簧儲能，儲能完成后S1打開電機停止儲能。

開關(guān)控制、信號回路如圖3所示，其中KM為直流110 V控制母線，1ZKK為直流操作電源小開關(guān)，2ZKK為信號電源小開關(guān)，QF為斷路器輔助觸點，Y3為合閘線圈。當(dāng)合閘彈簧未儲能時S1閉合信號回路接通未儲能燈BD亮；在開關(guān)控制回路中將彈簧儲能接點S1常開觸點串入斷路器合閘回路中防止開關(guān)未儲能無法合閘使合閘線圈Y3燒毀，因此未儲能時開關(guān)無法合閘。

圖3 控制信號回路

通過交流系統(tǒng)接線圖和一體化電源交流進(jìn)線屏端子排圖可知，圖4中交流屏上空開1QF7（1QF8）為1號主變10 kV一段儲能總電源小開關(guān)（2號主變10 kV三段儲能總電源小開關(guān)）并接入對應(yīng)開關(guān)柜中；10 kV配電裝置小母線敷設(shè)如圖5所示，一體化電源交流進(jìn)線屏通過在1號主變10 kV一段開關(guān)柜（2號主變10 kV三段開關(guān)柜）上空開F1（F2）接入敷設(shè)的儲能電源小母線2DM上，結(jié)合圖4和圖5可知F1即為10 kV一、二段母線上及10 kV二三分段開關(guān)的儲能電源總開關(guān)（F2為三、四段母線上及10 kV一四分段）。

圖4 交流進(jìn)線屏空開圖

圖5 小母線敷設(shè)圖

3 故障分析

運維人員現(xiàn)場打開未儲能的31#、2號主變10 kV三、四段及10 kV一四分段開關(guān)柜發(fā)現(xiàn)儲能電源小開關(guān)都在合上位置未跳開，用萬用表測量發(fā)現(xiàn)兩端都沒有電壓；通過上述儲能二次回路分析可知10 kV三、四段上所有出線開關(guān)和一四分段開關(guān)儲能的總電源在2號主變10 kV三段開關(guān)柜內(nèi)，打開發(fā)現(xiàn)F2在分位；通過查看監(jiān)控屏后臺事件告警記錄不僅發(fā)現(xiàn)了31#跳閘事故信息還發(fā)現(xiàn)在2022年1月19日系統(tǒng)就發(fā)出2號主變10 kV三、四段開關(guān)機構(gòu)彈簧未儲能的保護(hù)信號及20日發(fā)出了31#、10 kV一四分段開關(guān)未儲能信息，由此可見24日31#發(fā)生瞬時故障時合閘彈簧未儲能開關(guān)重合不成。當(dāng)開關(guān)合閘釋能后彈簧未儲能導(dǎo)致接點S1超過20 s不能返回監(jiān)控后臺發(fā)出“機構(gòu)彈簧未儲能”信號。空開在儲能回路發(fā)生故障時跳閘才啟動站內(nèi)事故和預(yù)告總發(fā)“空開故障”信號，手動拉空開則不會觸發(fā)該信號，通過現(xiàn)場查看F2回路完好無故障，由此初步判斷該空開可能是誤拉。后臺監(jiān)控信息見表1。

表1 后臺監(jiān)控信息

通過查看生產(chǎn)計劃發(fā)現(xiàn)19日進(jìn)行了2號主變改開關(guān)變壓器檢修，改檢修前調(diào)度遠(yuǎn)方遙控拉開31#開關(guān)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，接著遙控合上10 kV一四、二三分段開關(guān)，再遙控拉開2號主變10 kV三、四段開關(guān)，將2號主變負(fù)荷轉(zhuǎn)移到1號主變上；在將2號主變停役的過程中需要拉開10 kV三、四段開關(guān)柜儲能電源小開關(guān)，在配合主變檢修中變電站倒閘操作、工作票許可及驗收、工作票執(zhí)行過程中都可能誤拉10 kV三段儲能總電源小開關(guān)F2，導(dǎo)致10 kV三、四段儲能小母線2DM失去電壓使得開關(guān)無法儲能。當(dāng)天進(jìn)行復(fù)役時需要遠(yuǎn)方遙控合上2號主變10 kV三、四段開關(guān)，此時假如F2拉開則10 kV三、四段開關(guān)合閘彈簧未儲能與監(jiān)控屏事故信息一致，由于此開關(guān)是調(diào)度遠(yuǎn)方合上因此未儲能燈亮未被發(fā)現(xiàn)；同樣20日進(jìn)行1號主變改檢修停復(fù)役時造成31#、2號主變10 kV一四分段開關(guān)未儲能，現(xiàn)場運維檢修人員同樣未發(fā)現(xiàn)未儲能燈亮。2號主變10 kV三段開關(guān)柜保護(hù)室小空開布置情況如圖6所示。

圖6 10 kV三段開關(guān)柜布置圖

該2號主變10 kV三段開關(guān)柜儲能電源小開關(guān)在第二排，而10 kV三段儲能總電源小開關(guān)F2卻與常拉合的直流操作電源相鄰，本變電站開關(guān)柜空開位置與一般開關(guān)柜空開布置不同，不符合運行人員操作習(xí)慣設(shè)置不合理，2號主變10 kV三段儲能電源和F2銘牌相似。

通過上述分析可知，由于在配合主變檢修過程中10 kV三段儲能總電源小開關(guān)F2被工作人員誤拉且未被運維檢修人員發(fā)現(xiàn)從而導(dǎo)致2DM失壓，造成2號主變10 kV三、四段母線上出線開關(guān)合閘后彈簧釋放能量遇到故障跳開后無法再次合閘。當(dāng)20日復(fù)役時需要將31#負(fù)荷轉(zhuǎn)移回來調(diào)度遠(yuǎn)方遙控合上開關(guān)此時合閘彈簧釋放能量，31#開關(guān)未儲能無法進(jìn)行合閘，當(dāng)31#線路發(fā)生故障時開關(guān)無法重合閘導(dǎo)致用戶失電。

4 結(jié)束語

本文通過現(xiàn)場事故處理、儲能二次回路綜合分析得到31#開關(guān)發(fā)生故障跳閘后重合不成原因是儲能總電源小開關(guān)被誤拉，在主變檢修過程中未儲能燈亮未被工作人員發(fā)現(xiàn)。對運維檢修人員提出以下改進(jìn)措。

（1）要求倒閘操作、工作票許可驗收過程中認(rèn)真仔細(xì)核對設(shè)備銘牌；接收調(diào)度操作指令后應(yīng)與現(xiàn)場設(shè)備運行方式核對正確后再進(jìn)行匯報。

（2）新站設(shè)備驗收過程中要求施工方合理布置開關(guān)柜中空開位置，滿足運維操作習(xí)慣。

（3）空開銘牌應(yīng)準(zhǔn)確描述空開作用，本事件中2號主變10 kV三段開關(guān)柜內(nèi)的10 kV三段儲能總電源應(yīng)描述為“10 kV三四段儲能總電源”。

（4）倒閘操作任務(wù)步驟執(zhí)行完畢后應(yīng)對設(shè)備實際狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)檢查包括紅綠燈是否正確亮、儲能是否完成等，系統(tǒng)正常且監(jiān)控后臺告警信號認(rèn)真查看確認(rèn)核對后才能撤離。