一起220 kV斷路器合閘故障分析與處理

馬 凱，蒲道杰，胡義濤，高 燃，束 暢

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽 合肥 230009)

斷路器既能夠在正常情況下接通和斷開回路，也可以在發(fā)生故障時由保護裝置發(fā)出命令切除故障回路或者在瞬時故障消除后接通回路恢復(fù)送電，因此其具有控制和保護雙重功能。斷路器手動或自動合閘后，手動合閘按鈕或自動裝置觸點發(fā)生粘連時，如果斷路器合閘于永久性故障，會導(dǎo)致斷路器發(fā)生不斷跳閘、合閘的現(xiàn)象，為了防止出現(xiàn)此類“跳躍”現(xiàn)象，目前大多數(shù)斷路器廠家都會設(shè)置防跳繼電器，并將其常閉節(jié)點串入合閘回路中[1]。由于斷路器中二次元件多、回路多，如果接線設(shè)計不合理或繼電器參數(shù)選取不當(dāng)，可能會產(chǎn)生寄生回路[2]。斷路器一旦發(fā)生分合閘故障，將嚴(yán)重影響供電設(shè)備的安全、可靠運行[3-7]。

1 設(shè)備故障經(jīng)過

某500 kV變電站220 kV設(shè)備采用SF6全封閉組合電器(GIS)，生產(chǎn)廠家為中電裝備恩翼帕瓦(山東)高壓斷路器有限公司。220 kV肥常2815斷路器生產(chǎn)型號為MFPT-250-50L，制造時間為2011年12月，投運日期為2012年5月，其銘牌如圖1所示。該220 kV GIS的主接線形式為雙母雙分段，共有2條主變進線間隔，10條出線間隔，2個母聯(lián)間隔和2個分段間隔。事故發(fā)生前，220 kV肥常2815斷路器接在220 kVⅠB母上運行，運行電壓為228.74 kV，A、B、C三相電流為269.5 A、262.5 A、249.6 A，線路輸送功率P=102.7 kW，Q=13.4 kvar。

圖1 220 kV肥常2815斷路器銘牌參數(shù)

2017年9月9日7:48，該500 kV變電站220 kV肥常2815線路C相接地故障跳閘，兩套保護均正確動作，重合閘正確動作，重合不成加速三跳，其動作保護報告如圖2所示。

圖2 線路保護動作報告

斷路器跳閘后，技術(shù)人員迅速開展一、二次設(shè)備檢查，檢查重點為一次設(shè)備外觀及斷路器實際位置，保護、故障錄波動作報告及操作箱、測控等裝置及打印故障報告。經(jīng)檢查現(xiàn)場一、二次設(shè)備正常；監(jiān)控后臺有“斷路器第一組控制回路斷線、斷路器第二組控制回路斷線、光纖閉鎖保護(RCS902A)裝置異常、光纖縱差保護保護(RCS931A)裝置閉鎖、線路無電”異常信號。當(dāng)值人員檢查保護復(fù)歸后無異常指示燈及信號，與省調(diào)監(jiān)控核對確認(rèn)(雙方均有當(dāng)時的調(diào)度錄音) C相線路故障消失后，認(rèn)為“控制回路斷線”為輔助節(jié)點配合問題誤發(fā)信號，試送成功后會自動消失。9:26，省調(diào)監(jiān)控后臺合閘，C相合閘成功，A、B相合閘失敗，非全相動作三相跳閘。9:45，運行人員拉開220 kV肥常2815斷路器控制電源空氣開關(guān)，A、B、C三相跳閘開入全部變?yōu)樘?，“控制回路斷線”信號復(fù)歸。調(diào)閱220 kV肥常2815斷路器的位置變換信號如圖3所示。

圖3 220 kV肥常2815斷路器位置變換信號

2 故障查找

220 kV肥常2815斷路器試送不成功后，技術(shù)人員在事故現(xiàn)場開展檢查，詳細過程如下。

a. 現(xiàn)場檢查斷路器本體SF6壓力、儲能、外觀及機構(gòu)箱內(nèi)部均正常。

b. 現(xiàn)場就地分合斷路器正常，測試非全相保護功能正常。

c. 開展斷路器動作特性試驗，試驗結(jié)果如表1所示，各項試驗數(shù)據(jù)正常。

表1 220 kV肥常合閘電阻及動作試驗數(shù)據(jù)

d. 分別模擬A、B、C單相瞬時接地故障，保護單跳單重，保護、操作箱及斷路器正確動作。

e. 對故障情況進行模擬，首先把非全相壓板投上，斷路器三相處于合位，模擬C相單相故障重合閘后加速三跳操作。接著再進行三相合閘，A、B相合不上，C相合上，2 s后非全相動作跳開C相，故障模擬現(xiàn)象與現(xiàn)場實際故障過程一致。

檢查二次回路發(fā)現(xiàn)A、B相跳位監(jiān)視回路09A、09B及合閘回路07A、07B無負電返回，A、B相合閘回路不通。而C相正常，跳位監(jiān)視回路09C及合閘回路07C電位為-57 V。進一步檢查發(fā)現(xiàn)A、B相防跳繼電器一直處于自保持狀態(tài)，合閘回路中防跳繼電器常閉節(jié)點1-4斷開，測量防跳繼電器1端(線圈A1端)電壓是-2 V左右，8端(線圈A2端)電壓是-65 V，線圈兩端壓差為63 V，合閘及防跳回路見圖4。

圖4 合閘及防跳回路

f. 對A相斷路器防跳繼電器試驗，A相斷路器在合位，同時有跳合閘命令時，A相斷路器跳開，防跳繼電器動作且不復(fù)歸。

g. 現(xiàn)場拉合操作電源后，斷路器三相防跳繼電器復(fù)位，再次對斷路器進行分合閘檢查無異常。

3 原因分析

從現(xiàn)場檢查現(xiàn)象分析，斷路器單相故障單跳單重然后加速三跳后，A、B相防跳繼電器自保持不復(fù)歸，導(dǎo)致A、B相合閘回路切斷，是省調(diào)監(jiān)控遙合閘不成功的直接原因。

220 kV肥常2815斷路器在“單跳單重—加速三跳”動作過程中，三相斷路器的合閘命令和分閘命令同時存在，時間邏輯見圖5。相對保護啟動時間，“重合閘出口動作時間”為872 ms，“重合閘出口返回時間”為993 ms，“跳閘出口動作時間”為976 ms。

圖5 合閘、分閘命令同時存在

現(xiàn)場故障情況是C相單相故障，單相重合于故障，加速三跳；保護裝置發(fā)重合閘命令時(三相同時發(fā)出)，2815斷路器A、B相在合位，其輔助斷路器21-22節(jié)點閉合，合閘脈沖到來時，防跳繼電器TFA立即帶電、TFA常閉輔助節(jié)點1-3閉合(自鎖)、1-4斷開(動作時間50 ms)，將A、B相合閘回路斷開；當(dāng)A、B相斷路器接到分閘命令后，斷路器分閘(分閘時間<30 ms)，延時20 ms后，串入監(jiān)視回路的斷路器常閉輔助節(jié)點65-66閉合(跳位監(jiān)視回路接通)，此時防跳繼電器TFA的常開節(jié)點1-3尚未斷開，跳位監(jiān)視回路與防跳回路串通，導(dǎo)致防跳繼電器再次帶電，切斷合閘回路，導(dǎo)通回路見圖6。

圖6 防跳繼電器通過監(jiān)視回路導(dǎo)通

當(dāng)肥常2815斷路器A、B相在合閘狀態(tài)時，經(jīng)“重合閘—加速跳閘”動作過程后防跳繼電器與跳位監(jiān)視回路接通，導(dǎo)致防跳繼電器帶電，合閘回路斷開。肥常2815斷路器C相能正常合閘的原因為：C相本身在分位，必須斷路器先合上，防跳繼電器才動作，不會閉鎖合閘；跳位監(jiān)視回路與防跳繼電器接通時間比A、B相要短1個斷路器合閘過程時間。

該型斷路器合閘時間小于100 ms、分閘時間小于30 ms(見圖1)，斷路器輔助斷路器與主觸頭動作時序見圖7，常開輔助節(jié)點比主觸頭延遲閉合7 ms、提前斷開4 ms。常閉輔助節(jié)點比主觸頭提前斷開43 ms、延遲閉合20 ms。

圖7 斷路器輔助節(jié)點與主觸頭動作時序

經(jīng)查閱防跳繼電器信息如下：線圈額定規(guī)格DC110 V、19 mA，電阻值5.75 kΩ，動作電壓70%以上(77 V)，復(fù)位電壓10%以下(11 V)，動作時間50 ms以下，復(fù)位時間30 ms以下。跳閘位置監(jiān)視繼電器TWJ阻值為10 kΩ，動作電壓60 V。按此阻值比，防跳繼電器通過跳位監(jiān)視回路自保持時線圈TFA分壓40.15 V。跳位監(jiān)視回路見圖8。

經(jīng)查閱該斷路器出廠試驗報告，該斷路器具體合閘時間為98 ms，分閘時間為28 ms，結(jié)合保護動作報告、斷路器輔助斷路器與主觸頭動作時序，防跳繼電器輔助節(jié)點動作時間，綜合分析推斷保護延時時間為15 ms，A、B相與C相動作時序見表2，該表動作時序詳細說明了A、B相合閘回路被防跳回路斷開、C相合閘回路不受影響的邏輯。

表2 220 kV肥常2815斷路器三相動作時間邏輯表

圖8 線路間隔控制回路圖

4 整改措施

查明合閘故障原因后，在斷路器轉(zhuǎn)檢修前，當(dāng)值人員再遇到該類斷路器重合閘失敗加速三跳情況時，要斷開操作電源復(fù)歸防跳繼電器，否則斷路器不能合閘。將該條意見寫進運行規(guī)程中，并明確告知運維人員。后續(xù)220 kV肥常2815斷路器轉(zhuǎn)檢修時，對該斷路器的防跳回路進行整改，可參考以下2種方案。

方案1：更換防跳繼電器，在跳位監(jiān)視回路中增加防跳繼電器的一對常閉接點(見圖9)。

圖9 整改方案1

方案2：對機構(gòu)內(nèi)部接線進行改造，將原供合閘用的防跳繼電器常閉接點串入跳位監(jiān)視回路(見圖10)。

圖10 整改方案2

5 結(jié)束語

本次故障是在線路單永故障時，經(jīng)“重合閘—加速跳閘”動作過程后，非故障相斷路器防跳繼電器與跳位監(jiān)視回路接通，導(dǎo)致防跳繼電器帶電，其串入合閘回路的常閉節(jié)點斷開，合閘回路斷開。雖然沒有引起其他擴大事故，但也給正常的生產(chǎn)運行造成重大影響，是一起非常嚴(yán)重的設(shè)備隱患。為了吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，防止類似故障發(fā)生，下一步對該隱患開展斷路器二次回路排查。

參考文獻：

[1] 顏華敏，顧國平，陸敏安，等. 一起斷路器防跳回路異常分析及改造[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38(12):138-140.

[2] 邱 濤，井雨剛，杜紹輝. 斷路器兩套防跳回路配合問題探討[J]. 山東電力技術(shù)，2012，38(12):138-140.

[3] 李正紅，文小平. 一起220 kV斷路器單相拒合故障分析及防范措施[J]. 電力自動化設(shè)備，2011，31(5)：145-151.

[4] 楊俊鋒. 一起GIS斷路器控制回路故障的分析與處理[J]. 高壓電器，2009，45(6)：158-160.

[5] 林智敏，李慶凱，蔡恒濱，等. 一起GIS斷路器合閘故障分析與處理[J]. 高壓電器，2012，48(2)：99-101.

[6] 段 劍，張立群，甑 利，等. 一起 500 kV斷路器故障的分析和治理[J]. 高壓電器，2010，46(7)：90-92.

[7] 唐躍林，伍 平，謝林濤，等. 一臺252 kV SF6斷路器合閘故障分析及處理[J]. 高壓電器，2011，47(2)：72-75.