一起斷路器“跳躍”事故的案例分析和對策

魯小榮 賀瑩瑩

（河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引言

在斷路器操作過程中，可能會出現(xiàn)合閘接點粘連或重合閘脈沖時間過長的現(xiàn)象，如果此時線路發(fā)生故障，則保護裝置動作，斷路器分閘，斷路器的這種多次“分一合”現(xiàn)象稱為“跳躍”。如果斷路器發(fā)生“跳躍”，勢必造成絕緣下降、內(nèi)部溫度上升，甚至會發(fā)生斷路器爆炸事故，危及設(shè)備和人身的安全。防跳裝置是在合閘操作中，只要引起合閘的操動機構(gòu)仍保持在閉合的位置，如果由于某種原因使開關(guān)分閘，也不能再合的保護裝置[1]。因此，斷路器防跳裝置回路是二次控制回路的重要部分，掌握斷路器防跳裝置原理很關(guān)鍵。下面對一起案例進行分析。

1 案例描述

2018年，某220 kVGIS智能變電站=F1線路間隔的C相線路發(fā)生接地故障，C 相斷路器跳閘，延時1 s后，該線路重合。因接地故障未解除，重合于故障，該間隔斷路器3相跳閘。69 ms 后，C 相自合。由于C 相機構(gòu)在2 s 時間內(nèi)，執(zhí)行了“O-COC” 4個操作（即：斷路器出現(xiàn)“跳躍”），機構(gòu)無能量再執(zhí)行分閘操作，斷路器最終處于合閘位置，斷路器失靈保護動作，跳開整段母線上所有間隔，母線失壓。

2 原因分析

該站智能終端防跳回路投入使用，排查發(fā)現(xiàn)防跳回路負極虛接，防跳功能失效；同時，傳統(tǒng)匯控柜內(nèi)斷路器機構(gòu)防跳回路也投入使用，排查發(fā)現(xiàn)防跳繼電器接線錯誤，防跳回路失效。兩套防跳回路同時失效，重合閘操作過程中斷路器跳躍，導致斷路器失靈保護動作，整段母線上的間隔跳閘，擴大了停電范圍。

3 暴露的問題

該站220 kVGIS采用的是HMB-4.3型液壓碟簧操動機構(gòu)，該機構(gòu)一次儲能，能滿足斷路器進行一次完整的“OCO” 重合閘操作。但是該次故障斷路器未在“O-CO”動作后及時閉鎖合閘操作，造成故障范圍擴大。因此，分析該斷路器液壓碟簧機構(gòu)動作的各種油壓理論值、實際油壓降、油壓閉鎖回路原理，以及模擬實際斷路器動作工況下油壓閉鎖開關(guān)擾動的干擾因素，對深入了解此次事故很有必要。

3.1 液壓碟簧操動機構(gòu)油壓理論值分析

該站GIS斷路器配置的是HMB-4.3型液壓碟簧操動機構(gòu)，其理論油壓值見表1。

表1 碟簧壓縮量（單位：mm）與液壓系統(tǒng)油壓（單位：MPa）對應關(guān)系

3.2 試驗測試斷路器操作后的油壓降

在額定油壓下（碟簧壓縮量：83.5 mm），單分操作“O”一次碟簧釋放量26 mm；單合操作“C”一次碟簧釋放量11 mm；重合操作“O-CO”一次碟簧釋放量62 mm。即：在額定油壓下“O-CO”操作一次，油壓已降低到了合閘閉鎖油壓以下。

通過試驗得出：在額定油壓下“O-CO”操作一次，油壓已降低到了合閘閉鎖油壓以下。理論上合閘閉鎖繼電器啟動，閉鎖合閘操作回路，斷路器不能再次進行合閘操作。該站斷路器進行“O-CO”操作后未閉鎖合閘操作的問題，初步判斷為合閘閉鎖回路問題。因此，需進一步分析油壓閉鎖回路原理，驗證斷路器分合閘電磁線圈、油壓閉鎖開關(guān)以及油壓閉鎖繼電器的動作時序關(guān)系。

3.3 油壓閉鎖回路原理分析

HMB-4.3型液壓碟簧操動機構(gòu)分別提供1付合閘閉鎖、2付分閘閉鎖以及2付重合閘閉鎖原始接點。合閘閉鎖及分閘閉鎖接點的應用如圖1所示。其中，-PSY為油壓閉鎖開關(guān)，-K5，-K7為中間繼電器。油壓閉鎖開關(guān)接點在額定油壓下為常開狀態(tài)，當油壓降低至相應的閉鎖壓力值以下時，油壓開關(guān)由斷開狀態(tài)切換為閉合狀態(tài)。即：當油壓降低到合閘閉鎖油壓值以下-PSY（51，52）閉合，-K5繼電器勵磁，通過串接在合閘回路中的-K5繼電器常閉觸點斷開合閘回路。同理，可分析分閘回路中的-PSY（11，12）分閘油壓閉鎖和-K7繼電器動作。

3.4 試驗模擬斷路器運行工況

模擬電站實際工況，解除匯控柜內(nèi)斷路器的防跳回路，即：在防跳回路失效后，斷路器重合于故障狀態(tài)下，測試斷路器分合閘動作次數(shù)、操作回路各閉鎖接點發(fā)出的時序，并驗證斷路器儲能電機自動打壓回路投入與否對油壓閉鎖動作時序是否有影響。具體分為以下2個試驗來進行。1）試驗1：在斷路額定油壓下，儲能電機電源投入，模擬在防跳回路失效后，斷路器重合于故障狀態(tài)下，測試斷路器分合閘動作次數(shù)、操作回路各閉鎖接點發(fā)出的時序。2）試驗2：在斷路額定油壓下，斷開斷路器儲能電機電源，模擬在防跳回路失效后，斷路器重合于故障狀態(tài)下，測試斷路器分合閘動作次數(shù)、操作回路各閉鎖接點發(fā)出的時序。

圖1 油壓閉鎖回路圖

3.4.1 在斷路器儲能電機自動打壓回路投入時測試

針對試驗1，斷路器初始狀態(tài)為合閘狀態(tài)，模擬現(xiàn)場“防跳”操作。整個試驗過程進行了“O-COC”4個動作循環(huán)，合閘油壓閉鎖繼電器未及時閉鎖。根據(jù)試驗圖形時間參數(shù)分析，合閘油壓閉鎖原始接點動作時正好是第二次分閘線圈受電過程中，距離第一次合閘線圈受電完成時間間隔70 ms。當合閘油壓閉鎖繼電器節(jié)點動作完成時，第二次合閘線圈已受電，此時-K5繼電器接點已來不及切斷合閘操作回路，第二次合閘形成。

3.4.2 在斷路器儲能電機自動打壓回路不投入時測試

針對試驗2，斷路器初始狀態(tài)為合閘狀態(tài)，模擬現(xiàn)場“防跳”操作。整個試驗過程進行了“O-CO”三個動作循環(huán)，合閘油壓閉鎖繼電器閉鎖合閘操作成功。根據(jù)試驗圖形時間參數(shù)分析，此次合閘油壓閉鎖原始接點動作在第二次分閘線圈受電前，距離第一次合閘線圈受電完成時間間隔43 ms。對比試驗1，合閘油壓閉鎖原始接點動作時間提前。

針對以上2個試驗，分別各驗證5次，驗證結(jié)果穩(wěn)定一致。

3.5 試驗結(jié)果分析

通過以上理論分析和試驗驗證得出，配HMB-4.3型液壓碟簧操動機構(gòu)的斷路器在動作過程中，儲能電機自動補壓回路投入與否對油壓閉鎖開關(guān)的原始接點動作特性影響較大，油壓開關(guān)原始接點在儲能電機自動補壓回路投入工況下比不投入時動作滯后27 ms。因此，儲能電機的自動補壓會導致油壓開關(guān)動作滯后，從而導致斷路器在“O-CO”動作后未及時閉鎖合閘操作。

綜上所述，液壓碟簧機構(gòu)油壓閉鎖開關(guān)的設(shè)計初衷是為了監(jiān)視斷路器機構(gòu)的狀態(tài)，不能依賴油壓低閉鎖接點閉鎖斷路器的“跳躍”，不能用油壓低閉鎖功能替代斷路器防跳裝置功能。

4 防范措施

Q/GDW 161—2007《線路保護及輔助裝置標準化設(shè)計規(guī)范》要求：“斷路器防跳功能應由斷路器本體機構(gòu)實現(xiàn)”[2]，加強對斷路器防跳裝置功能回路完好性的排查，保障設(shè)備的正常運行，杜絕“跳躍”現(xiàn)象的發(fā)生。具體電站排查內(nèi)容如下。

4.1 排查防跳功能是否由斷路器本體機構(gòu)實現(xiàn)

排查手段：通過圖紙資料判斷防跳功能。1）核對設(shè)計圖紙，機構(gòu)本體防跳或操作箱防跳功能在圖紙資料中有明確的表達。2）核對圖紙與實物接線的一致性，避免現(xiàn)場施工改線而圖紙未升版造成的資料存檔錯誤。如果排查結(jié)果為本體機構(gòu)防跳，則滿足標準要求；否則，不滿足標準要求，需要根據(jù)情況考慮整改。

4.2 排查斷路器本體機構(gòu)防跳功能的完好性

排查手段：通過模擬操作排查防跳功能。1）將GIS匯控柜操作面板上的“遠方”“就地”轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到“就地”狀態(tài)，模擬防跳工況（合分命令同時給），如果斷路器“合閘”僅出現(xiàn)一次，則斷路器機構(gòu)防跳功能完好。2）將“遠方”“就地”轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到“遠方”狀態(tài)，人為制造斷路器就地跳閘故障（如非全相保護動作），模擬防跳工況（合分命令同時給），如果斷路器“合閘”僅出現(xiàn)一次，則斷路器防跳功能完好。

4.3 排查操作箱防跳功能的完好性

排查手段：將“遠方”“就地”轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到“遠方”狀態(tài)，解除斷路器防跳功能，模擬防跳工況（開關(guān)就地非全相保護動作工況除外），若斷路器“合閘”僅出現(xiàn)一次，則保護防跳功能完好。此排查內(nèi)容主要針對早期未采用斷路器本體機構(gòu)防跳功能的電站，如電站已采用斷路器本體機構(gòu)防跳功能，則此條內(nèi)容不再適用。

5 結(jié)語

斷路器的正確動作對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著重要意義，不同機構(gòu)類型的斷路器動作原理不同，設(shè)計和運維人員應在了解機構(gòu)動作原理的基礎(chǔ)上開展工作。該文由常見的“跳躍”問題引入，從液壓碟簧機構(gòu)的油壓閉鎖角度給予分析論證，重在強調(diào)技術(shù)工作者需關(guān)注細節(jié)，分析故障的本質(zhì)原因，防患于未然。