一起主變保護裝置無故障跳閘事故原因分析

羅皓文

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一起主變保護裝置無故障跳閘事故原因分析

羅皓文

（國網(wǎng)湖北省電力公司荊門供電公司，湖北荊門 448000）

本文介紹了一起主變保護裝置無故障跳閘事故。通過分析現(xiàn)場事件報文記錄的時序關(guān)系，對比故障發(fā)生前后保護裝置的運行差異情況，抽離出影響保護動作邏輯的關(guān)鍵因素。同時，借助故障模擬試驗，重現(xiàn)了保護裝置的誤動作行為，發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部的硬件回路缺陷。最后，對故障原因進行了深入分析與總結(jié)，并提出了相應(yīng)的防范措施。

主變保護；無故障跳閘；動作邏輯；模擬試驗

繼電保護及自動裝置是保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的第一道防線，其承擔(dān)著故障隔離、設(shè)備防護、供電恢復(fù)等重要作用。一直以來，輸變電工程中始終將繼電保護及自動裝置的“可靠性”作為最優(yōu)先指標(biāo)進行衡量，并貫穿于規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行各個階段[1]。然而，實際情況中繼電保護及自動裝置誤動作事故仍時有發(fā)生。有文獻表明，定值整定出錯、絕緣不良、回路故障、電磁干擾等因素會引發(fā)保護誤動作事故[2-4]。以往的事故分析多集中在繼電保護及自動裝置外部回路上，對裝置本身元件及回路故障少有涉及。本文以一起主變保護裝置無故障跳閘事故為例，深入研究保護裝置內(nèi)部回路，通過重現(xiàn)保護裝置的誤動作行為，對其誤動作原因進行分析，并提出相應(yīng)的整改措施。

1 事故概況

某110kV變電站為常規(guī)綜自變電站，站內(nèi)有主變壓器2臺（總?cè)萘?0MVA），其110kV、35kV及10kV側(cè)一次主接線形式均為單母分段方式。事故發(fā)生前變電站運行方式是，110kV母線分列運行，110kV楊觀線掛#1母線供#1主變，110kV麗楊線掛#2母線供#2主變；#2主變帶全站35kV負(fù)荷運行，35kV分段開關(guān)在合位；#1主變帶全站10kV負(fù)荷運行，10kV分段開關(guān)在合位。該變電站一次接線如圖1所示。

2016年10月21日9時許，該站正進行35kV #4母線停電操作。當(dāng)運行人員遙控分開35kV分段38開關(guān)不久后（約9s），同一系統(tǒng)的10kV分段21開關(guān)突然跳閘，造成10kV #8母線失壓。事故造成站內(nèi)10kV #8母線上4條饋線損失負(fù)荷共計1.72MW。

2 現(xiàn)場檢查與試驗

2.1 設(shè)備檢查情況

事故發(fā)生后，通過檢查監(jiān)控后臺報文記錄，未發(fā)現(xiàn)任何保護動作信息。僅有的內(nèi)容顯示（見表1），在35kV分段38開關(guān)遙控分閘后，35kV #4母線隨即失壓，并同時造成#1主變保護“PT斷線”告警；隨后，10kV分段21開關(guān)無征兆跳閘，引起10kV #8母線失壓，并造成#2主變保護“PT斷線”告警。

除此之外，通過檢查站內(nèi)繼電保護及自動裝置的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)幾處異常告警。其中，#1主變保護裝置面板顯示“三相TV斷線”（為35kV #4母線停電操作后母線失壓所致）；#2主變保護裝置面板顯示“三相TV斷線”（為10kV分段跳閘后10kV #8母線失壓所致）。

圖1 變電站一次接線圖

表1 監(jiān)控后臺報文記錄

2.2 設(shè)備試驗情況

為驗證分段開關(guān)控制回路的完整性，在恢復(fù)供電階段加用分段開關(guān)充電保護前，還需對開關(guān)進行整組分合試驗。試驗結(jié)果顯示，無論是手動合閘還是遙控合閘，開關(guān)均動作失敗。其現(xiàn)象是：合閘命令下發(fā)后，開關(guān)機構(gòu)合閘線圈能夠勵磁，但在開關(guān)合上后瞬間脫扣跳閘。

再次檢查10kV分段開關(guān)控制回路，發(fā)現(xiàn)該間隔保護裝置背板“保護跳閘開入”端子對地電位為正（約+110V），說明此時有跳閘節(jié)點開入。通過解開外部二次回路進行測試，檢測到#1主變跳分段R33電纜芯帶正電，也同時定位到#1主變后備保護跳分段節(jié)點閉合并保持。

3 原因分析

綜合上述檢查情況來看，在本次10kV分段開關(guān)跳閘事故發(fā)生前后，監(jiān)控后臺并未記錄到站內(nèi)二次設(shè)備的異常告警或保護動作報文（“PT斷線”告警除外）。因此，沒有直接證據(jù)表明分段開關(guān)跳閘前系統(tǒng)曾發(fā)生過一次故障。除此之外，通過綜合分析“#1主變后備保護跳10kV分段節(jié)點閉合并保持”這一異?，F(xiàn)象，不難推斷出10kV分段開關(guān)為無故障跳閘，且與#1主變后備保護節(jié)點誤動作密切相關(guān)。

3.1 保護節(jié)點誤動作原因分析

保護裝置節(jié)點誤動作可能性有以下3種：

1）插件內(nèi)部積灰導(dǎo)致回路絕緣降低并擊穿。

2）出口繼電器節(jié)點燒毀或粘連。

3）保護裝置內(nèi)部誤驅(qū)動。

分析一：在仔細(xì)檢查#1主變后備保護裝置跳閘插件后，證實其本身積灰情況并不嚴(yán)重，且觸發(fā)跳閘的出口繼電器焊接良好。因此，原因1）將不是造成本次故障的原因。再者，通過對該出口繼電器進行電氣檢測，發(fā)現(xiàn)繼電器線圈電阻符合要求，且相關(guān)動作特性良好，這也間接排除了繼電器燒毀或節(jié)點粘連導(dǎo)致跳閘的可能性。

分析二：在將#1主變后備保護裝置重啟后（此時35kV系統(tǒng)已送電，保護裝置“PT斷線”告警復(fù)歸），發(fā)現(xiàn)該跳閘出口節(jié)點自動復(fù)歸并不再保持。將保護裝置節(jié)點異常動作與自動復(fù)歸這兩起事件中的差異因素聯(lián)系起來，并借助相關(guān)報文在時間軸上的觸發(fā)順序來分析，可以猜測本次跳閘時間事件與保護裝置“PT斷線”異常告警有關(guān)。例如，根據(jù)表1報文顯示，在#1主變保護觸發(fā)“PT斷線”告警信號278ms后，10kV分段開關(guān)位置由分到合。除去跳閘線圈動作時間及開關(guān)變位信號上送時間，可以認(rèn)為保護裝置告警與分段出口節(jié)點閉合觸發(fā)順序在時間軸上極為接近。

分析三：為證實保護裝置異常告警導(dǎo)致節(jié)點誤動作的可能性，現(xiàn)對#1主變后備保護裝置開展故障模擬試驗。其試驗步驟如下：

1）將保護裝置重啟。

2）將斷開中壓側(cè)電壓空開，模擬35kV母線失壓情況。

3）用萬用表實時監(jiān)測該出口節(jié)點的通斷情況。

試驗結(jié)果顯示，在電壓空開斷開約9s后，保護裝置觸發(fā)“PT斷線”告警，同時跳閘出口節(jié)點立即動作并保持，該現(xiàn)象與事故發(fā)生時刻監(jiān)控后臺記錄報文情況相符。

基于上述分析結(jié)果可以判斷，本次10kV分段開關(guān)跳閘是由#1主變后備保護低分段出口節(jié)點誤動作導(dǎo)致的，并且裝置“PT斷線”告警現(xiàn)象會觸發(fā)節(jié)點誤動作。

3.2 保護硬件回路缺陷分析

通過查閱保護裝置說明書及定值清單，證實#1主變后備保護裝置并不存在“PT斷線”后觸發(fā)跳閘的邏輯通道，考慮到該型號保護裝置的技術(shù)成熟程度，可以判斷保護裝置硬件回路存在缺陷的可能性較大。

為證實上述假設(shè)，在對其硬件回路進行細(xì)致檢查后，發(fā)現(xiàn)裝置PCB母板上有幾處不尋常的焊接痕跡，具體如圖2所示。

圖2 母板布置圖

為便于分析保護裝置硬件回路連接情況，特將保護裝置控制板原理圖繪制如圖3所示。圖3中SIGNAL∶b16節(jié)點為信號板驅(qū)動節(jié)點，TRIP∶b20節(jié)點為跳閘板驅(qū)動節(jié)點，分別對應(yīng)CK13繼電器（備用節(jié)點）及CK8繼電器（低分段跳閘出口）；CPU2∶z22節(jié)點以及CPU∶b18節(jié)點均為保護開出節(jié)點，分別對應(yīng)“裝置呼喚”及“低分段出口”兩個功能。其中SIGNAL∶b16節(jié)點與CPU2∶z22節(jié)點在PCB母板布線連接；TRIP∶b20節(jié)點與CPU∶b18在PCB母板布線連接；而SIGNAL∶b16與TRIP∶b20卻為人工焊接。

對照圖3分析，若將上述4個節(jié)點同時短接，相當(dāng)于保護裝置CK8、CK13兩個出口繼電器受CPU跳分段出口節(jié)點與CPU2裝置呼喚節(jié)點雙重控制。在這種情況下，一旦保護裝置CPU2裝置呼喚節(jié)點動作，就將同時動作CK8及CK13繼電器，有誤跳10kV分段開關(guān)的風(fēng)險。在仔細(xì)查閱裝置說明書及詢問廠家技術(shù)人員后，證實“裝置呼喚”的含義是裝置本身出現(xiàn)運行異常，保護裝置“PT斷線”邏輯上會觸發(fā)“裝置呼喚”節(jié)點動作。

通過比對相關(guān)設(shè)計圖紙，發(fā)現(xiàn)CK13繼電器的備用節(jié)點在出廠設(shè)計上被定義為“閉鎖低備投”，但站內(nèi)實際無10kV備自投。廠家設(shè)計人員希望通過人為短接線同時驅(qū)動CK8及CK13兩個繼電器來分別實現(xiàn)跳低分段及閉鎖低備投的功能，但卻忽視了已在PCB上布置的“裝置呼喚”回路連接線，導(dǎo)致硬件上出現(xiàn)寄生回路。

基于上述分析情況可以判斷，保護裝置出口節(jié)點誤動作的原因在于其硬件回路存在缺陷，廠家錯誤地將跳閘出口繼電器與備用出口繼電器驅(qū)動入口短接，造成繼電器被誤驅(qū)動。

圖3 控制板原理圖

4 結(jié)論

本文圍繞一起主變保護裝置無故障跳閘事故，通過重現(xiàn)保護裝置的誤動作行為，對保護裝置節(jié)點誤動作的起因開展了深入分析。為防止保護裝置內(nèi)部誤驅(qū)動造成的無故障跳閘事故的再次發(fā)生，本文特提出以下幾點防范措施：

1）保護裝置投運前應(yīng)做好設(shè)備驗收工作，除了保護邏輯外，還應(yīng)對裝置本體（例如元器件外觀、焊接情況等）進行檢查。對于硬件裝置上的人工焊線的痕跡，應(yīng)要求供應(yīng)商給予書面說明。

2）保護裝置的設(shè)計圖紙應(yīng)與現(xiàn)場實際情況一致，與圖紙設(shè)計不符的備用節(jié)點及相關(guān)回路應(yīng)隔離清楚。

[1] 國家電力調(diào)度通信中心. 繼電保護培訓(xùn)教材[M]. 北京: 中國電力出版社, 2009.

[2] 湯建紅, 蘇文博, 潘向華. 500kV變電站開關(guān)無故障跳閘事故分析[J]. 電力自動化設(shè)備, 2005, 25(12): 77-79.

[3] 魏偉明, 魏秉國. 直流系統(tǒng)負(fù)極一點接地致開關(guān)跳閘原因分析[J]. 繼電器, 2008, 36(9): 76-79.

[4] 湯磊. 變電站二次回路抗干擾問題研究[D]. 濟南: 山東大學(xué), 2009.

[5] 馬濤, 武萬才, 馮毅. 智能變電站繼電保護設(shè)備的運行和維護[J]. 電氣技術(shù), 2015, 16(6): 130-131, 134.

[6] 楊劍梅, 楊雪梅, 高輝. 變壓器后備保護選擇性與靈敏性配合問題的分析[J]. 電氣技術(shù), 2015, 16(3): 122-124.

[7] 嵇建飛, 袁宇波, 王立輝, 等. 某110kV智能變電站合并單元異常情況分析及對策[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2015, 30(16): 255-260.

[8] 許偲軒, 陸于平. 電流相位變化量縱聯(lián)保護方案[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2016, 31(16): 198-206.

[9] 魏敏. 一起35kV空心電抗器故障原因分析及預(yù)防措施[J]. 電氣技術(shù), 2017, 18(3): 143-147.

[10] 張強, 吳紹武, 王德全. 一起線路故障引起主變中性點間隙擊穿的原因分析[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(11): 153-156.

Analysis of a Case of Transformer Protector Tripping with Non-Fault

Luo Haowen

(SGCC Jingmen Power Supply Company, Jingmen, Hubei 448000)

This paper presents a case of transformer protector tripping with no fault, by the methods of analyzing sequential relationship the field event message records, comparing the difference of the operation of the protector before and after the fault of the situation, extracting the key factors that influencing the logic of the protective action. Meanwhile, in virtue of fault simulation test, we reappeare mal-operationof the protector, and detact the bug on hardware loop inside the device. At length, analyzing and summarizein depth on the cause of the fault, and introducing the corresponding preventive measures.

maintransformer protection; tripping with-fault; logical action; simulation test

羅皓文（1989-），男，湖北省荊門市人，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護工作。