電壓互感器投退時(shí)保護(hù)誤動(dòng)的原因及對(duì)策

陳志勇

(南寧鐵路局南寧供電段，工程師，廣西 南寧，530003)

在南昆線電氣化鐵路牽引變電所使用的保護(hù)中，主變高壓側(cè)（110kV側(cè)）的后備保護(hù)、主變低壓側(cè)（27.5kV側(cè)）的后備保護(hù)、動(dòng)補(bǔ)電容低電壓保護(hù)、動(dòng)力變?nèi)毕啾Ｗo(hù)的電壓參數(shù)，均取自27.5kV側(cè)的同一臺(tái)電壓互感器（A相用3TV，B相用4TV）上。當(dāng)3TV或4TV出現(xiàn)故障或二次回路出現(xiàn)斷線、接觸不良等情況時(shí)，均會(huì)引起保護(hù)動(dòng)作。自2008年南昆線牽引變電所全部完成變電所保護(hù)大修以來(lái)，連續(xù)出現(xiàn)了幾起因保護(hù)投退不成功引起的斷路器保護(hù)動(dòng)作跳閘故障，擴(kuò)大了故障停電范圍，影響正常供電，干擾鐵路運(yùn)輸秩序。

1 原因分析

1.1 保護(hù)投退操作過程繁瑣易導(dǎo)致誤操作 以退出主變110kV側(cè)“過流I段”保護(hù)為例，其保護(hù)裝置投退操作界面，如圖1所示。

圖1 保護(hù)裝置投退操作界面

操作過程如下：

1）在主變高后備保護(hù)裝置（WBH－72C）主界面按“確認(rèn)”鍵；

2）選擇“運(yùn)行操作菜單”；

3）按“確認(rèn)”鍵；

4）選擇“操作”鍵；

5）按“確認(rèn)”鍵；

6）提示輸入密碼，按“確認(rèn)”鍵；

7）選擇“壓板投退”；

8）按“確認(rèn)”鍵；

9）按“↑”或“↓”選擇相關(guān)保護(hù)名稱；

10）選中保護(hù)名稱后，按“←”、“→ ”進(jìn)行修改?！啊獭北硎就度搿ⅰ啊痢北硎就顺?；

11）修改后按“確認(rèn)”鍵；

12）出“是否確認(rèn)修改”，按“確認(rèn)”鍵確認(rèn)修改；

13）一直按“退出”鍵，直到返回到保護(hù)裝置主界面；

14）再次重復(fù)以上步驟進(jìn)入查看核對(duì)。

以上的14個(gè)步驟僅僅是在1個(gè)保護(hù)裝置對(duì)1個(gè)保護(hù)進(jìn)行投退的操作過程。如需要退出多個(gè)保護(hù)時(shí)，就要到不同的裝置重復(fù)以上步驟，操作稍微不慎都有可能造成斷路器保護(hù)動(dòng)作跳閘。如2008年7月8日百色變電所102QF跳閘；2009年8月4日平林變205QF（5號(hào)變斷路器）跳閘；2009年11月13日冊(cè)亨變電所4TV爆炸退出運(yùn)行后201ΒQF跳閘，都是在投退保護(hù)過程中出現(xiàn)失誤，未能成功修改保護(hù)，而引起保護(hù)動(dòng)作所致。

1.2 設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致誤動(dòng)

1.2.1 互感器無(wú)備用引發(fā)誤動(dòng) 南昆線除南寧南、百色2個(gè)變電所有備用27.5kV電壓互感器外（A相有2臺(tái)，B相有2臺(tái)），其余7個(gè)變電所主變二次側(cè)（27.5kV側(cè)）每相只有1臺(tái)電壓互感器。變電所主變二次側(cè)系統(tǒng)接線，如圖2所示。

圖2 變電所二次側(cè)系統(tǒng)接線圖

從圖2可知，A相27.5kV電壓互感器二次電壓同時(shí)供給運(yùn)行主變110kV側(cè)低電壓?jiǎn)⑦\(yùn)過流Ⅰ段保護(hù)、27.5kV側(cè)A相低電壓?jiǎn)?dòng)過流Ⅰ段保護(hù)、動(dòng)力變?nèi)毕啾Ｗo(hù)、A相并（動(dòng)）補(bǔ)低電壓保護(hù)。只要27.5kV電壓互感器發(fā)生故障或二次回路發(fā)生斷線、接觸不良時(shí)，就可使斷路器保護(hù)誤動(dòng)作。如2005年9月12日那桐變電所3TV開裂，引起2#主變高壓側(cè)保護(hù)裝置過流I段保護(hù)動(dòng)作；2005年9月21日龍廣變電所3TV爆裂，引起205QF缺相保護(hù)動(dòng)作；2009年11月13日冊(cè)亨變電所4TV爆炸，引起205QF缺相保護(hù)動(dòng)作跳閘等。

1.2.2 主變高壓側(cè)后備保護(hù)接線方式不科學(xué) 南昆線除南寧南變電所外，其余變電所牽引變壓器高壓側(cè)（110kV側(cè)）后備保護(hù)的“低電壓?jiǎn)?dòng)過流保護(hù)”所用的低電壓，均采用低壓側(cè)的α相和β相電壓。如主變低壓側(cè)電壓互感器故障失壓，不能及時(shí)退出保護(hù)，遇到大電流時(shí)將引起主變高壓側(cè)斷路器跳閘，造成全所停電，擴(kuò)大停電范圍。

1.3 變壓器互感器管理不到位

1.3.1 互感器絕緣介損檢測(cè)不到位 一是在實(shí)際檢測(cè)中使用不同廠家的測(cè)試設(shè)備，型號(hào)不一致，精度和誤差也不一樣。雖然每次測(cè)試的結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)值相比較，都能滿足預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程的規(guī)定，但給以后對(duì)歷年數(shù)據(jù)的分析帶來(lái)困難和不準(zhǔn)確性，無(wú)法摸清設(shè)備特性、絕緣狀況及變化規(guī)律。二是因絕緣試驗(yàn)受環(huán)境溫度、濕度以及設(shè)備絕緣的清潔度和表面泄漏的影響較大，對(duì)同一設(shè)備在不同的溫度下測(cè)試結(jié)果均不一樣。三是當(dāng)測(cè)試介質(zhì)損失角正切值tgδ時(shí)，未測(cè)量tgδ＝f（U）的曲線，未觀察分析tgδ是否隨電壓而上升來(lái)判斷絕緣內(nèi)部是否有分層、裂紋等缺陷。

1.3.2 電壓突變引起互感器炸裂 電氣化鐵路負(fù)荷不穩(wěn)定，電壓波動(dòng)大，瞬時(shí)變化快，時(shí)低時(shí)高，即使電壓互感器檢測(cè)結(jié)果正常，但因老化等因素，在電壓突變的情況下極易引起炸裂。如2009年11月13日冊(cè)亨變電所4TV發(fā)生爆炸故障，就是因B相母線電壓高達(dá)35.76kV，瞬間高幅值過電壓擊穿繞組絕緣造成匝間短路引起過電流，使電壓互感器絕緣介質(zhì)迅速氣化膨脹，引起電壓互感器爆炸。

1.4 值班人員對(duì)故障應(yīng)急處理能力不強(qiáng) 處理能力不強(qiáng)的主要表現(xiàn)：一是在故障處理時(shí)簡(jiǎn)化程序。當(dāng)變電所發(fā)生電氣設(shè)備故障時(shí)，值班員不夠沉著冷靜，容易出現(xiàn)慌亂，匆忙之中遺漏和簡(jiǎn)化操作程序。如在操作到“√”（投入）或“×”（退出）時(shí)，按“確認(rèn)”鍵后未等彈出“是否確認(rèn)修改”對(duì)話框，就直接按“退出”鍵回到主界面，等同沒有確認(rèn)修改，導(dǎo)致保護(hù)修改結(jié)果失敗。二是對(duì)設(shè)備不熟。值班人員在操作保護(hù)投退時(shí)粗心大意，沒能做到對(duì)每一步操作進(jìn)行核對(duì)確認(rèn)。三是互控不到位。因?yàn)闃I(yè)務(wù)不熟，雖然是1人操作1人監(jiān)護(hù)，當(dāng)操作出現(xiàn)失誤，監(jiān)護(hù)人未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，互控形同虛設(shè)。

1.5 保護(hù)裝置顯示屏不合理 主控室保護(hù)屏上的保護(hù)裝置顯示屏太小、亮度不夠、能見角度小，在操作時(shí)站在顯示屏的正面看得清楚，位置稍偏就看不清，給在一旁的監(jiān)護(hù)人員造成不便。安裝位置較高，最上方的保護(hù)裝置高1.8m，特別是百色變電所達(dá)到1.9m。矮個(gè)子要墊起腳尖操作，站立不穩(wěn)，嚴(yán)重影響操作效率，延誤故障處理時(shí)間。

2 對(duì)策及建議

2.1 優(yōu)化操作程序及界面 一是優(yōu)化操作程序。將投退操作程序中的繁瑣環(huán)節(jié)進(jìn)行清理，如按“↑”或“↓”選擇相關(guān)保護(hù)名稱等環(huán)節(jié)進(jìn)行清理，聯(lián)系廠家修改程序，實(shí)現(xiàn)每個(gè)投退環(huán)節(jié)自動(dòng)彈出選擇保護(hù)名稱，而不用按“↑”或“↓”來(lái)實(shí)現(xiàn)，以減少操作的繁瑣性。二是建議修改投退保護(hù)操作界面。把經(jīng)常使用的保護(hù)菜單置于操作界面第一層，對(duì)一個(gè)保護(hù)的投退操作，步驟越少越好，平時(shí)不常用的和不需要的保護(hù)放到后面或取消。

2.2 技術(shù)改造彌補(bǔ)設(shè)計(jì)缺陷

2.2.1 增設(shè)備用互感器 在變電所高壓室預(yù)留的高壓分間，增加2臺(tái)27.5kV電壓互感器，A相、B相各1臺(tái)（如圖3所示）。這樣在主變2次側(cè)（27.5kV側(cè)）每相母線各有2臺(tái)電壓互感器，互為備用，加強(qiáng)供電運(yùn)行連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性。當(dāng)其中1臺(tái)有故障時(shí)，能夠迅速投入另1臺(tái)電壓互感器，加快故障處理效率，縮短故障停電時(shí)間。

圖3 改造后變電所二次側(cè)系統(tǒng)接線圖

2.2.2 修改主變高壓側(cè)后備保護(hù)接線方式 將主變高壓側(cè)后備保護(hù)（低電壓?jiǎn)?dòng)過流保護(hù)）所用的低電壓，改為從高壓側(cè)電壓互感器采取電壓，以避免電流大時(shí)引起主變高壓側(cè)斷路器跳閘的發(fā)生，縮小停電范圍。

2.3 強(qiáng)化對(duì)電壓互感器的管理

2.3.1 提高檢測(cè)精度 一是對(duì)電壓互感器的測(cè)量使用同一測(cè)試設(shè)備，并在相似的氣候環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。二是在進(jìn)行與溫度和濕度有關(guān)的各種試驗(yàn)（如測(cè)量直流電阻、絕緣電阻、tgδ等）時(shí)，應(yīng)同時(shí)測(cè)量被試品的溫度及周圍空氣的溫度和濕度（進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)，被試品溫度不應(yīng)低于+5℃，戶外試驗(yàn)應(yīng)在良好的天氣進(jìn)行，且空氣相對(duì)濕度一般不高于80%），并將測(cè)試結(jié)果換算到同一溫度下進(jìn)行比較，看結(jié)果是否和初次值有明顯下降等。三是通過測(cè)量介質(zhì)損失角正切值tgδ＝f（U）的曲線（見圖4），來(lái)判斷絕緣內(nèi)部是否有分層、裂紋等缺陷。

圖4 介質(zhì)損失角正切值tgδ的曲線圖

由tgδ＝1/ωСR看出，良好絕緣的tgδ不會(huì)隨試驗(yàn)電壓的升高而變化，如曲線1。若絕緣產(chǎn)生分層或由于其它原因而使絕緣中含有氣隙，則在電壓升高到某一值時(shí)，空氣隙擊穿，引起較大的損耗，且隨著電壓的升高而急劇上升，此時(shí)的tgδ隨電壓升高也迅速增加，如曲線2。若將電壓回降，由于電壓作用時(shí)間的增長(zhǎng)，氣體放電增強(qiáng)，使得電壓回降時(shí)的tgδ比升高時(shí)的tgδ大，氣體放電將停止，曲線又重合，這樣就形成了曲線的閉環(huán)狀。tgδ＝f（U）開始轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電壓U，即為局部放電的起始電壓，這時(shí)若絕緣受潮或嚴(yán)重劣化，則測(cè)量到的tgδ就隨著電壓升高而增大，由于介質(zhì)發(fā)熱，溫度升高的原因使tgδ增加，如曲線3。當(dāng)電壓回降時(shí)，絕緣的溫度已比較高，tgδ已增大，不能再回到原來(lái)的數(shù)值，因此tgδ=f（U）的曲線呈開口環(huán)狀。因此，測(cè)量tg δ＝f（U）的曲線是判斷絕緣的好方法[1]。

2.3.2 對(duì)27.5kV電壓互感器實(shí)施壽命管理 電氣化鐵路因機(jī)車產(chǎn)生的電壓突變及諧波等因素，目前尚無(wú)解決辦法。對(duì)電壓互感器炸裂的問題，建議采用壽命管理制，對(duì)電壓互感器規(guī)定運(yùn)行年限，到達(dá)規(guī)定使用年限立即給予更換。

2.4 強(qiáng)化業(yè)務(wù)培訓(xùn) 隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，新技術(shù)新設(shè)備的不斷投入使用，給檢修試驗(yàn)和變電所值班人員提出了更高的要求。因此，提高職工的應(yīng)急處理能力也是必須的手段之一。一是提高應(yīng)急處理能力。搜集已發(fā)生的典型故障案例，對(duì)各類故障進(jìn)行分析并制定有針對(duì)性的防范措施。以此為教材，對(duì)值班員進(jìn)行有針對(duì)性的應(yīng)急處理培訓(xùn)；二是強(qiáng)化職工業(yè)務(wù)能力。通過開展各工種崗位技能練兵競(jìng)賽活動(dòng)及技術(shù)比武等方式，讓職工有機(jī)會(huì)在一起研討技術(shù)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，并在新設(shè)備投入使用前，聯(lián)系廠家專業(yè)人員授課，派檢修和值班人員到施工現(xiàn)場(chǎng)跟班學(xué)習(xí)，以熟悉設(shè)備性能。

2.5 適應(yīng)及逐步解決顯示屏不合理問題 對(duì)既有保護(hù)屏過高的問題，可配備小板凳，便于小個(gè)子值班員操作，并建議擴(kuò)大保護(hù)裝置顯示屏面積，使用高清晰度的液晶屏，便于值班員操作時(shí)觀察。同時(shí)，結(jié)合設(shè)備更新改造及新變電所投入使用等工作，要求新設(shè)計(jì)的保護(hù)裝置高度不大于1.5m。

3 結(jié)束語(yǔ)

牽引變電所是電氣化鐵路的心臟，保護(hù)裝置又是保護(hù)牽引變電所電氣設(shè)備正常運(yùn)行的主要部件，設(shè)備質(zhì)量可靠程度和保護(hù)投退的成功與否，關(guān)系到牽引供電系統(tǒng)的安全。南昆線因27.5kV側(cè)電壓互感器故障及保護(hù)投退問題引起的幾起斷路器保護(hù)動(dòng)作，對(duì)鐵路生產(chǎn)運(yùn)輸正常秩序造成了很大的影響，只有采取有針對(duì)性的改進(jìn)措施，才能保證電氣化鐵路正常運(yùn)行。

[1]何其光，陳蓉平.電力及牽引變電所試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1994.