500 kV 變電站主變壓器低壓側開關分閘回路典型缺陷分析及處理措施

陳宏元，李凡紅，莊秋月

(四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610041)

0 引言

隨著堅強智能電網(wǎng)建設規(guī)劃的快速發(fā)展，中國500 kV 輸電線路主網(wǎng)架結構日趨成熟。對于日益興建的變電站，如何提高調(diào)試、驗收質(zhì)量，確保保護及控制回路的完好正確性就顯得尤為重要。依據(jù)國家電網(wǎng)公司反措類相關文件要求及規(guī)定:對于各回路，必須進行所有保護整組檢查，模擬故障檢查保護壓板的唯一對應關系，避免有任何寄生回路存在?；诖?，借某新建500 kV 變電站現(xiàn)場驗收過程，對發(fā)現(xiàn)的主變壓器低壓側開關分閘回路典型缺陷進行了深入的分析討論，并結合現(xiàn)場生產(chǎn)實際及相關反措要求提出了優(yōu)化解決措施，為類似典型缺陷的驗收發(fā)現(xiàn)、排查處理策略及設計預控措施提供了參考方法。

1 現(xiàn)場典型缺陷

該站的兩臺自耦主變壓器連接3 側:即500 kV內(nèi)橋接線、220 kV 雙母單分段及35 kV 單母。內(nèi)橋接線方式在500 kV 變電站的應用形式并不常見，因接線方式單一，運行危險指數(shù)高，且線路與主變壓器停電或故障跳閘均易互相影響，因此對保護控制及自動化裝置的快速、正確動作要求頗高。而在該站現(xiàn)場調(diào)試驗收過程中，卻發(fā)現(xiàn)主變壓器低壓側開關(以1 號主變壓器為例以便清晰)存在嚴重的設計及操作缺陷:①進行整組傳動試驗時，低壓側開關不能進行正常的分閘操作;②在進行直流電源相互獨立性檢查時發(fā)現(xiàn):當?shù)蛪簜戎唤o第二組直流電源時保護無法準確跳開開關。而只給第一組直流電源或第一、二組直流電源同時給上時保護卻能按控制要求正確跳開開關。

2 處理及排查策略

圖1 低壓側保護控制回路簡圖

為確保對應的保護、控制及信號等重要回路一一對應，檢修人員在驗收過程中需要對各回路的獨立性及完整性進行校驗核查。經(jīng)過仔細的分析判斷，結合發(fā)現(xiàn)的缺陷問題擬定了以下基本驗收策略:即逐一斷開每一組直流電源后，檢測兩塊保護屏的直流正負端對地電位情況，若各接地(101/102 和201/202)的對地電位的獨立性滿足則表明兩組控制回路未與其他回路電源進行混接打攪，否則表明回路中可能串入了其他回路的電源，需要進行進一步詳細深入的分析排查。在確?？刂苹芈藩毩⑼旰玫幕A上，分別依次斷開兩組直流電源來測試各屏位處的正負直流端、跳閘各出口端(133R、137、233R、237)的電位情況，若滿足上述條件則表明兩組控制電源相互獨立;若不滿足則說明兩者之間存在直流打攪的現(xiàn)象需要及時排除。

在進行該缺陷問題處理時分了以下兩種方式進行排查:一是在帶電的情況下進行“回路逐點電位測試”;二是在不帶電的情況下進行“回路逐點導通測試”。鑒于二次設備實際調(diào)試的后期工作過程中，部分設備及裝置已經(jīng)調(diào)試完成且均已正常帶電運行，為避免互相干擾影響正常設備或其它可靠回路的穩(wěn)定試運行，在實際排查過程中側重以電位測試對其進行分析。

3 原因分析

從上述處理過程中分析可知，在單給任一組控制直流電源并模擬故障時，開關跳閘未成功，而在對應保護屏端子排處短接回路接點(101－137)時，已合閘的開關均不能正確跳開。為避免兩組直流存在打攪現(xiàn)象，在采用直流電源分組測試方法和策略表對其回路進行深入檢查時，發(fā)現(xiàn)兩組直流并未混接。

在此基礎之上，為縮小故障排查范圍，再給上第一組控制電源，從斷路器機構本體箱處再次進行了梳理，卻再次發(fā)現(xiàn)場地開關就地機構箱在帶電的情況下，對合閘開關進行分操作時，亦不能跳開開關的重大問題?，F(xiàn)將其開關控制回路簡述為圖1 所示。

當給上第一組直流電源，并將開關機構箱的“遠方/就地”把手切于就地位置，在未按S3 按鈕和按下S3 按鈕(S3 為“分閘”按鈕)不放的情況下，分別測試開關機構箱處各點的對地電位，發(fā)現(xiàn)僅給第一組保護直流電源并常按S3 分閘按鈕時，發(fā)現(xiàn)分閘繼電器Y3 兩側的對地電位均為+109 V 左右，而不按S3 時，其兩側對地電位為0，這表明該組控制電源的負端未溝通所致?，F(xiàn)場檢修人員按其機構內(nèi)部二次控制回路圖進行查線發(fā)現(xiàn)端子X1:645 未與第一組負電溝通，即端子X1:625 和X1:645 未有外部線短接(屬于接線人員的粗心)，如圖2 左所示。經(jīng)處理后測試發(fā)現(xiàn)能進行正常分閘。

當只給上第二組直流電源，測試開關機構箱處的電源電位，其測試結果發(fā)現(xiàn)開關機構箱內(nèi)的分閘繼電器的接點(Y4－A2)對地電位為零，結合第一組SF6閉鎖回路可分析出K55 接點未閉合，由此反推為K55 繼電器未勵磁造成。同時檢修人員也在現(xiàn)場進行了如下的試驗，從而驗證了其推斷的正確性。即:第一，保護屏處短接正電201 接點和跳閘237 接點的同時按下K55 繼電器的動合觸點，此時合閘的開關跳開;第二，僅在保護屏處短接正電201 接點和跳閘237 接點，此時合閘的開關未跳開。

圖2 二次回路接線圖

圖3 操作箱的控制回路簡圖

后查閱圖紙整體回路發(fā)現(xiàn):由于斷路器機構回路內(nèi)自身帶有兩組內(nèi)部壓力閉鎖功能，分別作用于分閘1 回路和分閘2 回路的閉鎖，其常開接點串于分閘1 和分閘2 回路中，因此當分閘2 的SF6壓力閉鎖繼電器未勵磁時，由于常開接點斷開導致合閘回路不完整，導致分閘不成功。由于設計失誤，用于SF6壓力總閉鎖繼電器K55 的910 和915 未接線(未考慮分閘2 回路中的SF6壓力閉鎖接點并未對其設計接線)，如圖2 右紅色標注所示。這就導致了K55 不能正常勵磁，使得其分閘2 回路中的常開接點斷開，因此當?shù)诙M直流電源給上時，開關不能跳閘。

后與設計進行溝通，結合18 項新反措要求，將其接入第二組直流控制電源，使之獨立并形成雙重化要求，避免出現(xiàn)第一組直流消失后影響開關跳閘［3］。設計更改之后對其進行機構各點電位測試，各組電位測試均正確。由于第二組控制直流電源是直接供保護2，現(xiàn)場無手分操作，因此不能判定第二組保護控制回路是否完好，但同時可以確定機構匯控柜處的回路完好。

為檢驗其第二組的整體回路完整性，檢修人員僅在第二組直流電源供電的情況下進行整組傳動試驗，開關不能跳開，為了進一步縮短故障范圍，檢修人員將低壓側開關合上(開關在合位)，分別給第一組直流電源、第二組直流電源來逐段排查，分別測試操作箱的兩組電源端接點［4n1101(101)、4n1201(102)、4n1301(201)、4n1304(202)］和兩組跳閘回路接點［4n1106(133)、4n1206(137)、4n1302(233)、4n1303(237)］的對地電位。從測試結果可以看出兩組電源未出現(xiàn)打攪迂回的現(xiàn)象，但僅提供第二組直流電源時其4n1302 接點的對地電位始終為零，而兩組均供電時其接點對地電壓為－109 V 左右。這說明回路缺陷存在如下兩種可能性:即壓力電壓切換接點損壞或壓力閉鎖繼電器損壞。

為了更清楚說明故障原由，引以其操作箱的控制回路為例來進行闡述，如圖3 所示。

從圖中可以分析出:雙跳圈操作箱的壓力電源由電源自動切換繼電器1JJ 完成:將兩組操作電源經(jīng)切換接點轉(zhuǎn)換后供給分閘壓力閉鎖繼電器，如圖5 中紅色虛線框所示，其目的在于當一組有電時切換在一組電源工作，一組失電自動切換到二組電源，以此保證壓力閉鎖繼電器在任一組失電時仍能正常工作。而由壓力閉鎖繼電器的兩組常開接點分別串入兩組分閘回路中，從而實現(xiàn)每組分閘回路的壓力監(jiān)視和閉鎖功能，如圖5 中紫色虛線框所示。

綜上分析可以斷定其故障為壓力電壓切換接點損壞:若是后者，則當兩組同時供電時，則4n1302 接點的對地電位應該和單供第二組一樣，均為0 V，而與實際測量值不吻合，故排除。其產(chǎn)生的嚴重后果及隱患為:若將此進行投運使用，當?shù)谝唤M電源出現(xiàn)故障時，即使第二組直流電源正常，由于其壓力電源自動切換回路存在斷開點，當發(fā)生故障保護也不能跳開開關，導致故障不能及時切除，擴大事故范圍。

4 相應的處理措施

為解決上述問題，從二次回路實現(xiàn)的角度提出了以下3種處理方案。

方案1:更換帶有內(nèi)部氣壓低閉鎖功能的插件:即更換帶有內(nèi)部氣壓低閉鎖功能的廠家插件，但必須保證其壓力電源自動切換回路能夠正確切換其直流電源，以保證當僅供一組直流電源時，其相應的壓力監(jiān)視回路能夠正常工作。

方案2:采用自身具有閉鎖功能的開關機構。由于低壓側開關為西門子廠家的，本身帶有兩路壓力閉鎖功能(有兩個壓力低總閉鎖繼電器)，因此可以利用外部壓力閉鎖來實現(xiàn)對分閘回路的閉鎖功能，因此可以采用不帶有內(nèi)部氣壓低閉鎖功能的插件來實現(xiàn)。

方案3:更換帶有內(nèi)部氣壓低閉鎖功能的插件+開關機構自身閉鎖功能:即采用“內(nèi)外結合”模式，將兩者進行“與”邏輯，共同來實現(xiàn)其閉鎖功能。這樣的優(yōu)點是可以防止誤閉鎖的情況出現(xiàn)，但由于中間環(huán)節(jié)較多，使其可靠性較大削弱。

上述3種方案均可付諸實施，但各有利弊:前兩種方案均采用單一閉鎖接點來實現(xiàn)，可靠性高，但前者需要裝置插件可靠才能保證回路的完整，而后者要求開關自身的輔助觸點要可靠;方案3 則是兩個閉鎖接點(內(nèi)部和外部)串聯(lián)來實現(xiàn)，降低了“誤閉鎖”的機率，但回路復雜且可靠性不高。從個人觀點而言，加之該設備長期的運行經(jīng)驗，更傾向于采用方案2，原因在于減少了其壓力電壓切換環(huán)節(jié)，使得回路更為簡化，有利于回路的可靠性，若出現(xiàn)上述現(xiàn)象也能夠保證開關正常分閘。

在與操作箱廠家和設計單位進行了相應的溝通及方案權衡分析后，設計單位出具設計變更采用了方案2 來解決對應缺陷。

5 結論

從上面對主變壓器低壓側開關分閘回路缺陷的分析過程中可以發(fā)現(xiàn):回路中存在任何缺陷都將導致調(diào)試過程中的受控設備不能正常工作，而諸多缺陷的產(chǎn)生有現(xiàn)場施工的粗心，亦有設計的疏忽，亦有設備自身的缺陷，因此為了確保二次回路的完整且正確，要從逆向思維的工作思路及針對性的技術方案出發(fā)，采用“逐段排查”的方法來縮小故障范圍，對存在多種可能性的故障原由時結合現(xiàn)場的設計圖紙和廠家白圖來判斷，并提出了保證設備可靠運行的參考方案。