一起斷路器偷跳事件的分析及改進

鄧先友，曹繼豐（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司昆明局，云南 昆明 650217）

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一起斷路器偷跳事件的分析及改進

鄧先友，曹繼豐
（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司昆明局，云南 昆明 650217）

〔摘 要〕針對某±800 kV換流站的一起斷路器三相偷跳事件，敘述了事件原因的查找過程，確定了是涌流抑制器開入采集板卡故障導(dǎo)致此次事件發(fā)生，制定了改進措施并完成現(xiàn)場實施。運行實踐證明，改進措施效果良好，確保了斷路器設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

〔關(guān)鍵詞〕特高壓直流輸電；斷路器；涌流抑制器；偷跳

0 概述

某換流站是云南—廣東±800 kV特高壓直流輸電工程的送端站，其500 kV交流場采用3/2接線，第5串接線如圖1所示。2010年，該換流站交流場500 kV第5串聯(lián)絡(luò)5052斷路器在運行中發(fā)生三相跳閘。

經(jīng)過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：5052斷路器三相在分閘位置；可能引起5052斷路器跳閘的所有保護裝置（5052斷路器保護、500 kV 2號站用變保護、500 kV小楚乙線線路保護、500 kV小楚乙線高抗保護、5053斷路器失靈保護及5051斷路器失靈保護）均無動作信號；5052斷路器保護裝置RCS-921因接收到斷路器三相跳閘位置變化而產(chǎn)生了一個開入變位報告；5052斷路器操作繼電器箱CZX-22R2上跳閘指示燈、重合閘指示燈均不亮；故障錄波器無啟動；5052斷路器測控裝置無異常；5052斷路器涌流抑制器處在旁路位置；現(xiàn)場未進行任何檢修和操作。

1 事件原因初步分析

5052斷路器的分閘流程如圖2所示。正常運行時，遠方分閘命令由監(jiān)控系統(tǒng)HMI工作站通過現(xiàn)場總線發(fā)送至測控裝置，再由測控裝置發(fā)送至涌流抑制器，最后涌流抑制器將分相分閘命令通過硬連線直接并接在斷路器操作繼電器箱的第1跳閘出口回路上，來實現(xiàn)斷路器的分相分閘功能。當將涌流抑制器的旁路把手切換至旁路位置時，測控裝置收到遠方分閘命令后，直接將分閘命令發(fā)送至斷路器操作繼電器箱，再通過斷路器操作繼電器箱內(nèi)部的手跳回路，來實現(xiàn)斷路器的分閘功能。保護裝置的跳閘命令則直接發(fā)送至操作繼電器箱，再通過操作繼電器箱內(nèi)部的第1，2跳閘出口回路，來實現(xiàn)斷路器的分閘功能。

由5052斷路器的分閘控制流程可知，導(dǎo)致5052斷路器偷跳可能的原因可以分為監(jiān)控系統(tǒng)、保護、斷路器本體、涌流抑制器4個方面。為了確定事件的原因，現(xiàn)對以上4個方面進行了排查。

2 事件原因排查

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)方面原因排查

（1） 對監(jiān)控系統(tǒng)HMI工作站的SER（事件順序記錄）信號進行檢查，未發(fā)現(xiàn)5052斷路器的操作記錄。

（2） 對5052斷路器測控裝置6MD66的報文進行仔細檢查和分析，5052斷路器測控裝置6MD66沒有收到監(jiān)控系統(tǒng)HMI工作站的分閘命令，同時也沒有發(fā)出分閘命令的記錄。

（3） 對操作繼電器箱手跳回路進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。如果此次5052斷路器偷跳是通過操作繼電器箱手跳回路出口的，5052斷路器保護裝置將會收到操作繼電器箱閉鎖重合閘的開入信號。經(jīng)現(xiàn)場檢查確認，5052斷路器保護裝置的開入記錄中沒有閉鎖重合閘的開入信號，說明此次偷跳不是由手跳回路引起的，同時也可以排除監(jiān)控系統(tǒng)HMI工作站和測控裝置的原因。

圖1 某換流站交流場第5串接線

圖2 交流斷路器的分閘流程

2.2 保護方面原因排查

（1） 對可能引起5052斷路器跳閘的所有保護裝置進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。若保護裝置未動作而跳閘出口繼電器本身誤動，操作繼電器箱上的TA，TB，TC燈也會被點亮。而現(xiàn)場檢查操作繼電器箱上的跳閘燈均不亮，因此可以排除保護導(dǎo)致此次偷跳的可能。為了防止因操作箱上的TA，TB，TC燈不能正常點亮而導(dǎo)致的誤判，現(xiàn)場模擬保護跳閘，發(fā)現(xiàn)操作繼電器箱上的跳閘燈TA，TB，TC均能正常點亮。

（2） 對5052斷路器操作繼電器箱進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

（3） 對5052斷路器跳閘回路進行絕緣檢查。檢修人員對5052斷路器第1，2路跳閘回路進行對地絕緣檢測，絕緣電阻值均大于30 MΩ，測試合格；再對第1，2路跳閘回路對正電源電纜進行絕緣檢測，絕緣電阻值均大于40 MΩ，測試合格。檢查該時段低壓直流系統(tǒng)的信息，也沒有發(fā)現(xiàn)直流接地等告警記錄，排除了因絕緣低、有干擾導(dǎo)致的跳閘。

2.3 斷路器本體方面原因排查

對5052斷路器本體進行如下檢查和分析。

（1） 檢查了二次回路接線，確認無接線松動、短路放電等明顯異常情況。

（2） 由于斷路器為分相操動機構(gòu)，而本次偷跳為三相幾乎同時跳閘。三相因機械原因同時偷跳的可能性微乎其微，可以排除斷路器機械方面的原因。

（3） 檢查了5052斷路器現(xiàn)場匯控箱的遠方/就地切換把手和分閘按鈕，未發(fā)現(xiàn)異常。若人為在現(xiàn)場匯控箱就地操作分開斷路器，需要將遠方/就地切換把手切換至就地位置，這樣監(jiān)控系統(tǒng)將會收到SER報文。經(jīng)檢查，監(jiān)控系統(tǒng)未收到5052斷路器遠方/就地切換把手切換至就地位置的SER報文。此外，5052斷路器現(xiàn)場匯控箱的門上安裝了“五防”鎖，因此，也可以排除人為就地操作分閘的可能性。

（4） 檢查了非全相繼電器K16，該繼電器沒有動作。如果非全相繼電器動作將會在監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生SER告警報文，并需要現(xiàn)場手動復(fù)歸該繼電器才會返回。

（5） 檢查了非全相動作出口繼電器K61和K63，未發(fā)現(xiàn)異常。對非全相動作出口繼電器K61 和K63進行了動作電壓試驗，確認動作電壓滿足要求，接點動作正常，排除非全相動作出口繼電器K61和K63受干擾誤動的可能。

（6） 對5052斷路器的第1，2跳閘線圈動作電壓進行了測試。結(jié)果為每相的測試結(jié)果都是66 V可靠不動、132 V可靠動作，滿足規(guī)程及抗干擾要求。

（7） 采用遠方和就地方式對5052斷路器進行了多次分、合閘操作，分、合閘操作均正常。

2.4 涌流抑制器方面原因排查

由于5052斷路器涌流抑制器處于旁路位置，對5052斷路器涌流抑制器進行初步檢查時未發(fā)現(xiàn)異常。但后來對5052斷路器的分閘回路再次進行分析，發(fā)現(xiàn)涌流抑制器雖然在旁路位置，但其分閘出口回路通過硬連線直接接在操作繼電器箱TBIJ跳閘保持繼電器之后，若其分閘出口接點異常閉合導(dǎo)致斷路器分閘，操作繼電器箱上的TA，TB，TC燈不會被點亮，產(chǎn)生的現(xiàn)象和本次故障現(xiàn)象基本相同。由于5052斷路器涌流抑制器的人機接口界面不夠友好，軟件沒有對現(xiàn)場人員開放開入、開出事件的查詢功能，所以無法確定其是否有過分閘開入和分閘動作出口。

對5052斷路器保護的跳閘位置開入變位報告進行了分析，發(fā)現(xiàn)5052斷路器保護先接收到A相跳位，5 ms后接收到B相跳位，6 ms后接收到C相跳位。而5052斷路器涌流抑制器的分閘定值設(shè)置為：A相開關(guān)在A相參考電壓最高點時斷開，然后經(jīng)過5 ms延時同時斷開另外兩相開關(guān)。由此可見，此次5052斷路器三相分閘順序與涌流抑制器的分閘設(shè)定值比較吻合。

隨后對5052斷路器涌流抑制器進行檢測。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，涌流抑制器在沒有外部分閘命令的情況下，“分閘啟動”開入信號常置為啟動狀態(tài)（復(fù)位后依然存在），判斷涌流抑制器開入采集板卡發(fā)生故障，導(dǎo)致5052斷路器誤分閘。

3 涌流抑制器故障原因分析

3.1 涌流抑制器的應(yīng)用

涌流抑制器也稱作POW（point on wave）裝置，其基本工作原理是針對不同特性的負載，根據(jù)產(chǎn)生過電壓或涌流的原因精確分相控制斷路器的分合閘角度，以有效抑制操作斷路器所產(chǎn)生的過電壓或涌流，減小其對一次設(shè)備的沖擊。

該換流站5052斷路器涌流抑制器的控制原理如圖3所示，其控制策略為：分閘時，A相開關(guān)在A 相參考電壓最高點（即A相磁通最低點）時斷開，經(jīng)過5 ms延時同時斷開另外兩相開關(guān)，以保證換流變鐵芯中剩磁最小，為變壓器下次合閘操作創(chuàng)造良好的條件；合閘時，A相開關(guān)在A相參考電壓最高點（即A相磁通最低點）首先合上，延時5 ms后再同時合上B，C 2相開關(guān)，此時鐵芯中產(chǎn)生的偏磁最小。

圖3 涌流抑制器控制原理

3.2 涌流抑制器故障原因分析

將5052斷路器涌流抑制器的故障開入采集板卡返廠后進行詳細檢測。檢測發(fā)現(xiàn)，該開入采集板卡上“分閘啟動”開入信號所對應(yīng)的光電隔離芯片的原副邊之間阻抗正常，但副邊阻抗值明顯偏小，基本處于短路導(dǎo)通狀態(tài)，使得“分閘啟動”開入信號常置為1，進而誤發(fā)分閘命令，導(dǎo)致5052斷路器三相偷跳。

4 改進措施

針對此次涌流抑制器故障導(dǎo)致斷路器偷跳事件暴露出來的問題，對涌流抑制器進行了如下改進。

（1） 將涌流抑制器的“啟動分閘開入”和“啟動合閘開入”均改為雙回路輸入，只有2路開入同時接收到啟動命令時，才能成功啟動裝置；當2路開入不同時，閉鎖出口并且發(fā)告警信號。

（2） 優(yōu)化涌流抑制器的開出回路，在分、合閘出口接點回路上串聯(lián)總啟動接點。正常情況下，裝置沒有收到啟動命令，總啟動接點應(yīng)處于常開狀態(tài)；當裝置收到啟動命令后，先接通總啟動接點，再按照設(shè)定的角度控制分、合閘接點閉合；分、合閘控制完成后，所有接點返回。

（3） 增強涌流抑制器開入采集回路的抗干擾能力。在硬件方面，在原有RC低通濾波回路的基礎(chǔ)上，增加前置的LC濾波回路；在軟件方面，延長開入量的確認時間，以便躲過直流電壓波動時可能引起開入回路動作的持續(xù)時間。

（4） 增加事件記錄功能。使其可以記錄遙信、控制、自檢、操作事件，便于查詢裝置的狀態(tài)。

（5） 增加操作錄波功能。每次涌流抑制器動作都記錄動作時的波形（包括模擬量、開入量、開出量），便于事后分析。

5 結(jié)束語

（1） 通過對可能導(dǎo)致5052斷路器偷跳的各方面原因進行排查，確定此次5052斷路器偷跳是由涌流抑制器開入采集板卡上的光電隔離芯片故障導(dǎo)致的。

（2） 針對此次5052斷路器偷跳事件暴露出來的問題，現(xiàn)場對涌流抑制器實施了5項改進措施。改進后的涌流抑制器已經(jīng)在現(xiàn)場運行4年，運行情況穩(wěn)定，未再發(fā)生類似故障。這證明改進措施有效，可供其他工程借鑒。

（3） 以前斷路器偷跳一般為單相偷跳，此次斷路器偷跳為三相偷跳?，F(xiàn)場采用了常用的逐一排除法進行故障排查，耗時較多。最終通過分析斷路器跳閘位置信號的變化規(guī)律，才找到故障原因。因此，建議在排查斷路器三相偷跳問題時，先仔細分析斷路器跳閘位置信號的變化時序，從中找出規(guī)律，以便快速確定故障原因，提高故障排查效率。

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收稿日期：2015-12-20；修回日期：2016-03-08。

作者簡介：

鄧先友（1980-），男，工程師，主要從事高壓直流輸電系統(tǒng)運行維護管理工作，email：xianyou99@126.com。

曹繼豐（1976-），男，高級工程師，主要從事高壓直流輸電系統(tǒng)運行維護管理工作。