關(guān)于一起110kV高壓短路器合閘拒動事故的分析

（廣西大學電氣工程學院，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，它起著對整個變電站的一次系統(tǒng)部分進行監(jiān)測、控制、保護及調(diào)節(jié)的作用。二次系統(tǒng)是否正常運行直接影響到整個變電站的安全、可靠、經(jīng)濟運行。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)，由單一的強電控制發(fā)展到今天的強電、弱點、計算幾控制多種控制方式并存，其中的控制開關(guān)由原來的多觸點的萬能開關(guān)，逐步被結(jié)構(gòu)簡單的控制開關(guān)或切換開關(guān)代替。保護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、微型計算機構(gòu)成。而跟隨著各種斷路器的滅弧技術(shù)的不斷的改進，各種操作機構(gòu)由原來大型磁動力機構(gòu)改為小型電機蓄能操作機構(gòu)。在這種技術(shù)不斷更新及對二次系統(tǒng)保護功能要求越來越嚴格的情況下，對于舊變電站二次系統(tǒng)的技術(shù)改造勢在必行。在考慮到整個變電站一二次系統(tǒng)技術(shù)改造的施工難度及經(jīng)濟技術(shù)條件各種因素下，先進行二次系統(tǒng)技術(shù)改造將會是舊變電站技術(shù)改造的重點。當新的微機保護系統(tǒng)與舊的一次設(shè)備運行時候，將會出現(xiàn)一些問題，本文中將會針對這起故障遇到的一項技術(shù)問題進行討論，并提出解決辦法。

2 110kV斷路器拒動故障經(jīng)過

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

某日，檢修班組按照規(guī)程對該變電站進行預(yù)防性試驗，在對135線路110kV 斷路器進行保護跳閘模擬故障試驗時，在開關(guān)重閘后，發(fā)現(xiàn)該110kV斷路器合閘拒動，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。對燒壞的線圈更換后重新進行試驗，發(fā)現(xiàn)一但給微機保護裝置合上控制電源，斷路器立即自動合閘，該現(xiàn)象證明微機保護裝置已經(jīng)出現(xiàn)故障。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該微機保護裝置的合閘回路一直輸出合閘信號，更換微機保護版后故障解決，開關(guān)能正確分合閘動作。

3 故障原理分析

斷路器操作機構(gòu)中的分、合閘線圈是按短時通電設(shè)計的，因此在分、合閘完成后應(yīng)自動解除命令脈沖，切斷分、合閘回路，以防分、合閘線圈長時間通電燒壞分、合閘線圈。目前所有的新型斷路器中的分合閘機構(gòu)，采用的都是彈簧儲能分、合閘機構(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，新的微機繼電保護裝置基本上是基于此類斷路器所設(shè)計的，微機保護操作原理圖入下圖1所示。

圖1 微機保護操作機構(gòu)回路原理圖

微機保護的控制回路動作過程如下：

當手動或者遙控合閘時，合閘控制回路中的 手合/搖合常開開關(guān)被和上，合閘信號電流經(jīng)過J2節(jié)點（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，后由端子4D35流至斷路器的彈簧蓄能操作機構(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。微機保護的 HBJ電流自保持繼電器型號為JZX-39F-2H2D，額定電壓為DC 110V。

舊式的斷路器操作機構(gòu)使用的是直流電磁操作機構(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。直流電磁型操作機構(gòu)的合閘接觸器型號為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構(gòu)，使斷路器合上閘。

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

4 拒動事故原因及采取的措施

雖然變電站預(yù)防性試驗順利結(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裝置更換為微機保護裝置，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鉛酸蓄電池），變電站的一次部分并未進行技改，大部分仍然為直流電磁操動機構(gòu)型斷路器。直流電磁操動機構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，成本低，易滿足斷路器本體要求；缺點是消耗功率大，合閘時間長。該變電站二次技改后投運至今達6年之久，期間并未對蓄電池組做過容量校驗試驗和充放電維護，蓄電池容量大幅下降已經(jīng)不足100AH。事故當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，造成電磁型操作機構(gòu)未能有足夠的電能合上斷路器，微機保護裝置便一直不停的發(fā)出合閘信號，使電磁型合閘接觸器線圈長時間通電從而燒壞合閘接觸器線圈，同時微機保護裝置自保持繼電器節(jié)點被燒壞粘死。

變電站的二次系統(tǒng)極其重要，它起著對整個變電站的一次系統(tǒng)部分進行監(jiān)測、控制、保護及調(diào)節(jié)的作用，二次系統(tǒng)是否正常運行直接影響到整個變電站的安全、可靠、經(jīng)濟運行。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鉛酸蓄電池（VRLA，簡稱閥控電池），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玻璃纖維制成的隔膜中，吸附比約為 90%，充電時產(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。因為電解液是一次性充入，在使用過程中部能補充，電解液耗盡，蓄電池壽命也就完結(jié)。閥控電池在開始運用時，因為可以長期運行，少維護和價格適中等特點，又稱為“免維護型鉛酸蓄電池”，但實際上這種蓄電池還是需要日常的維護工作的，只是維護工作比一般的鎘鎳蓄電池要少，而不是真正的“免維護”。為了能使變電站有一個安全穩(wěn)定的直流電源，對于閥控電池的日常維護工作是必不可少的，只有在保證閥控電池時刻處在健康狀態(tài)之下，整個變電站才能安全穩(wěn)定的運行。

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）當新蓄電池投運前必須用專門的蓄電池充放電裝置對蓄電池容量進行核對充放電試驗，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各變電站的蓄電池進行充放電維護，當運行6年后的蓄電池需要每年做一次蓄電池充放電維護，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)計各站蓄電池的健康狀況。

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

（4）對于有較多直流電磁操動機構(gòu)斷路器的變電站，應(yīng)增加一組動力專用蓄電池組，把直流系統(tǒng)中的蓄電池組分為控制專用蓄電池組及動力專用蓄電池組，當動力專用蓄電池失效時，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內(nèi)承擔起動力電源的作用。

（5）嚴格遵守蓄電池組充放電維護規(guī)定，當查出蓄電池組中的任何一節(jié)蓄電池出現(xiàn)異?，F(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行維護，并推廣至所有的變電站中實行，在將來對蓄電池進行維護時就能在第一時間發(fā)現(xiàn)蓄電池組故障，并及時對該故障消缺，防止故障的擴大化，這樣將會為整個公司電網(wǎng)安全運行提供非常重要的保障。

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