一起冷控回路設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致220kV 主變跳閘事故的原因分析

孫 儀 彭 偉 賈 偉 李玉龍 呂學(xué)增 王 波 陳天宇 楊 子

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司 調(diào)度控制中心，安徽 合肥230000）

1 概述

在電力系統(tǒng)中，主變壓器是一個(gè)變電站的核心部分，是保證供電安全和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。主變壓器故障率不高，但是一旦出現(xiàn)跳閘等故障就會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成重大影響。因此，分析主變壓器的故障原因，并采取相應(yīng)的防范措施就具有非常重要的意義。本文對(duì)一起220kV變電站因冷控電源設(shè)計(jì)缺陷造成主變跳閘事故的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了減少同類原因造成主變跳閘事故的解決方法。

2 故障基本情況

2.1 故障前變電站內(nèi)運(yùn)行方式。2019 年X月X日12 點(diǎn)32 分23 秒，220kV某變電站1 號(hào)主變非電量延時(shí)動(dòng)作跳開(kāi)三側(cè)開(kāi)關(guān)。

該變電站一次接線圖見(jiàn)附圖4，220kVⅠ、Ⅱ母并列運(yùn)行，1、2號(hào)主變分別運(yùn)行于220kVⅠ、Ⅱ母；110kV 母線分列運(yùn)行，110kVⅠ母帶有負(fù)荷573 線，571 線，536 線，其中573 開(kāi)關(guān)在運(yùn)行，571、536開(kāi)關(guān)在熱備用，10kV母線分列運(yùn)行。該變電站573 線為110kV A變、110kV B變、110kV C變電源線路，其中A變573 開(kāi)關(guān)在運(yùn)行，B 變、C 變573 開(kāi)關(guān)在熱備用。該變電站1、2 號(hào)站用電分別接至10kVⅠ、Ⅱ母，3 號(hào)站用電由124 線供電，事件發(fā)生前1、2 號(hào)站用電各帶一段負(fù)荷分列運(yùn)行，3 號(hào)站用電低壓側(cè)冷備用。

2.2 故障基本情況?！?20kV某變電站用電屏更換工程》為公司2019 年技改項(xiàng)目，由公司變電檢修室負(fù)責(zé)施工。計(jì)劃施工工期為2019 年X月5 日-X月6 日。由于站用電屏為站內(nèi)主變冷控電源、開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電源、直流充電機(jī)電源等站內(nèi)主要負(fù)荷供電，而220kV該變兩臺(tái)主變均為強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷型變壓器。因此必須在確保站用電負(fù)荷在不停電的基礎(chǔ)上完成本次站用電屏更換工作。

施工步驟為：1、3 號(hào)站用變壓器為第一路臨時(shí)站用電屏主供電源；2、將1 號(hào)站用變壓器為第二路臨時(shí)站用電屏主供電源；將原站用電屏上負(fù)荷改接至臨時(shí)站用電屏；3、拆除舊站用電屏；4、新站用電屏就位安裝調(diào)試后送電；5、將臨時(shí)站用電屏上的站用電負(fù)荷重新改接至新站用電屏上。X月2 日新站用電屏、工器具、材料已提前進(jìn)場(chǎng)，相關(guān)準(zhǔn)備工作就緒。X月3 日，站用電屏更換工作正式開(kāi)始。當(dāng)日上午10 時(shí)50 分，已完成3 號(hào)站用電改接接至臨時(shí)站用電屏上工作。正在進(jìn)行“將站用電Ⅰ段負(fù)荷電源改接至臨時(shí)站用電屏”工作。

11 時(shí)06 分，該變電站運(yùn)維人員應(yīng)檢修工作負(fù)責(zé)人要求在主變冷控箱內(nèi)將1 號(hào)主變冷控電源由“Ⅰ段工作，Ⅱ段備用”切至“Ⅱ段工作，Ⅰ段備用”，切換過(guò)后，變電運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程檢查1 號(hào)主變冷卻器潛油泵工作指示正常，2 號(hào)、3 號(hào)冷卻器正常啟動(dòng)，風(fēng)機(jī)工作正常，冷控箱電源指示正常，無(wú)故障指示信號(hào)，確認(rèn)電源切換正常。當(dāng)即，現(xiàn)場(chǎng)操作人員詢問(wèn)主控室有無(wú)異常信號(hào)，主控室運(yùn)行人員回復(fù)后臺(tái)監(jiān)控發(fā)“#1 主變冷控失電”信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員判斷為操作過(guò)程中發(fā)出的瞬時(shí)信號(hào)，屬正常情況。

11 時(shí)25 分，運(yùn)維人員告知檢修工作負(fù)責(zé)人1 號(hào)主變冷控電源已經(jīng)切至Ⅱ段工作，并為其辦理變電第二種工作票“1 號(hào)站用電舊屏拆除，新屏設(shè)列，電源改造及傳動(dòng)試驗(yàn)”工作開(kāi)工。

11 時(shí)32 分，檢修人員將原1 號(hào)站用電屏上1 號(hào)主變Ⅰ段冷控電源拉開(kāi)，并準(zhǔn)備解下接到臨時(shí)移動(dòng)電源盤上。

12 時(shí)33 分，地調(diào)監(jiān)控人員打電話告知運(yùn)維人員該變電站1 號(hào)主變故障跳閘。

圖1 該變電站1 號(hào)主變負(fù)荷曲線

同時(shí)110kV A變573 開(kāi)關(guān)跳閘，備自投動(dòng)作，531 開(kāi)關(guān)合閘帶石城變?nèi)矩?fù)荷。由于110kV B變、C變573 開(kāi)關(guān)在熱備用狀態(tài)，備自投未動(dòng)作。該變電站10kVⅠ段損失負(fù)荷15MW。

12 時(shí)50 分，師專變運(yùn)維人員檢查后匯報(bào)調(diào)度師專變1 號(hào)主變非電量延時(shí)跳開(kāi)3 側(cè)開(kāi)關(guān)，主變外觀檢查無(wú)明顯異常；13 時(shí)11 分，分段100 開(kāi)關(guān)合上，恢復(fù)10kV負(fù)荷；13時(shí)48 分，母聯(lián)500 開(kāi)關(guān)合上，恢復(fù)110kVⅠ母線運(yùn)行；

2.3 保護(hù)動(dòng)作情況。11 時(shí)06 分運(yùn)行人員進(jìn)行冷控電源切換工作時(shí)，保護(hù)發(fā)“冷控失電”信號(hào)；11 點(diǎn)32 分工作人員拉開(kāi)Ⅰ段站變電源致使冷控電源Ⅰ段失電后，主變保護(hù)屏（一）A 盤上再次啟動(dòng)“冷控失電”，延時(shí)60 分鐘后“冷控失電保護(hù)”延時(shí)跳閘動(dòng)作，跳開(kāi)主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢查及主變恢復(fù)情況

3.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況。（1）現(xiàn)場(chǎng)取主變本體油樣進(jìn)行色譜分析，未發(fā)現(xiàn)異常。（2）現(xiàn)場(chǎng)重新模擬冷控電源故障過(guò)程。

試驗(yàn)一：在Ⅰ、Ⅱ段電源都投入的情況下，在將1 號(hào)主變冷控電源由“Ⅰ段工作，Ⅱ段備用”切至“Ⅱ段工作，Ⅰ段備用”過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，保護(hù)裝置短時(shí)發(fā)出“#1 主變冷控失電”信號(hào)后，并且實(shí)際并未切換至Ⅱ段電源，仍由Ⅰ段電源通過(guò)備用回路（SAM1 切換把手的15-16 接點(diǎn)）為冷卻器供電。拉掉Ⅰ段電源，冷卻器全停，同時(shí)發(fā)出“#1 主變冷控失電”信號(hào)，啟動(dòng)延時(shí)跳閘回路，與主變跳閘過(guò)程完全一致。試驗(yàn)二：模擬在站用電屏上切換冷控電源試驗(yàn)，在Ⅰ、Ⅱ段電源都投入的情況下，SAM1 切換把手打在“Ⅰ段工作，Ⅱ段備用”位置時(shí)，拉掉“#1 主變冷卻器Ⅰ段電源”，發(fā)出“#1 主變冷控失電”信號(hào)，“#1 主變冷卻器Ⅱ段電源”自動(dòng)投入。運(yùn)行人員必須在保護(hù)裝置上手動(dòng)復(fù)歸“#1 主變冷控失電”信號(hào)后，在下次模擬試驗(yàn)時(shí)，該信號(hào)才會(huì)重新發(fā)出。

3.2 主變恢復(fù)情況。14 時(shí)40 分，運(yùn)維人員向調(diào)度申請(qǐng)將1 號(hào)主變由熱備用轉(zhuǎn)冷備用對(duì)主變進(jìn)行檢查試驗(yàn)；14 時(shí)44 分，區(qū)調(diào)口令將1 號(hào)主變由熱備用轉(zhuǎn)冷備用；16 時(shí)10 分，現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)束，檢修人員通過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)模擬操作，確認(rèn)無(wú)誤后，向運(yùn)行人員交待冷控電源操作注意事項(xiàng)。先將“工作電源斷相控制開(kāi)關(guān)”即SAM5 切換把手打至停止位置，然后將“Ⅰ、Ⅱ電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)”即SAM1 打至“Ⅱ段工作，Ⅰ段備用”位置；17 時(shí)05 分，檢修人員對(duì)1 號(hào)主變?cè)囼?yàn)及冷卻器檢查傳動(dòng)，確認(rèn)無(wú)異常后，運(yùn)維人員匯報(bào)調(diào)度1 號(hào)主變油試驗(yàn)正常，可以投入運(yùn)行；18 時(shí)20 分，該變電站1 號(hào)主變2801 開(kāi)關(guān)合上，1 號(hào)主變恢復(fù)運(yùn)行。該變電站恢復(fù)正常運(yùn)行方式。

4 主變跳閘原因分析

4.1 主變冷控電源改造背景?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試檢查發(fā)現(xiàn)，在切換Ⅰ段Ⅱ段電源切換把手時(shí)，會(huì)有短時(shí)Ⅰ段Ⅱ段電源交流接觸器同時(shí)斷電現(xiàn)象，導(dǎo)致K10 繼電器吸合，相關(guān)常開(kāi)接點(diǎn)閉合，工作電源斷相控制和指示回路中的K7 繼電器吸合，導(dǎo)致Ⅰ段Ⅱ段電源不能正常切換。若切換把手原先位置在“Ⅰ段工作Ⅱ段備用”（SAM1 切換把手的13-14 接點(diǎn)回路），切換到“Ⅱ段工作Ⅰ段備用”位置，并不能由Ⅱ段電源供電工作，仍由Ⅰ電源經(jīng)備用回路（SAM1 切換把手的15-16 接點(diǎn)）供電工作。

該廠家設(shè)計(jì)缺陷在2005 年該變電站進(jìn)行站用變總開(kāi)關(guān)手動(dòng)操作改自動(dòng)切換改造時(shí)已被發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行了整改。在K10 繼電器動(dòng)作回路中加入延時(shí)繼電器，以躲過(guò)切換時(shí)，由于Ⅰ段Ⅱ段電源交流接觸器同時(shí)斷電的缺陷。整改后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)，均能正常切換Ⅰ段Ⅱ段電源。因此，當(dāng)時(shí)并未修改運(yùn)行的冷控操作規(guī)程。

圖2 #1 主變冷卻器故障SOE 告警

4.2 主變跳閘原因分析。冷控回路固有設(shè)計(jì)缺陷是跳閘的直接原因，兩段電源正常供電情況下，在進(jìn)行冷控電源定期切換時(shí)，通過(guò)SAM1 切換把手，可實(shí)現(xiàn)冷控電源Ⅰ段至Ⅱ段間切換啟動(dòng)。但實(shí)際工作電源始終為Ⅰ段，并未真正切換至Ⅱ段。而從冷控電源原理圖及主變冷控箱面板指示上，無(wú)法反應(yīng)出主變冷控箱電源工作在Ⅰ段還是Ⅱ段。該缺陷無(wú)法通過(guò)定期切換試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。

在11 時(shí)32 分，檢修人員將原1 號(hào)站用電屏上“1 號(hào)主變Ⅰ段冷控電源”拉開(kāi)并解下，此時(shí)Ⅰ段冷卻器電源停止供電，由于11 時(shí)06 分冷控箱電源在切換過(guò)程中，發(fā)出的“#1 主變冷控失電”信號(hào)，經(jīng)過(guò)257ms 保護(hù)裝置開(kāi)入信號(hào)返回，但保護(hù)裝置至后臺(tái)監(jiān)控的信號(hào)未及時(shí)復(fù)歸，沒(méi)有再次發(fā)出“#1 主變冷控失電”信號(hào)。

此時(shí)由于未正常切換至Ⅱ段冷卻器電源，同時(shí)主變冷卻器已失去Ⅰ段電源供電，導(dǎo)致兩段電源均未投入，造成主變冷卻器全停延時(shí)跳閘繼電器啟動(dòng)。此時(shí)#1 主變冷控失電“信號(hào)已發(fā)至保護(hù)裝置，但由于保護(hù)裝置11 時(shí)06 分的信號(hào)未復(fù)歸，不能再次發(fā)出”#1主變冷控失電“信號(hào)至監(jiān)控后臺(tái)。冷卻器全停延時(shí)跳閘繼電器啟動(dòng)1 小時(shí)后主變跳閘。

5 故障暴露的問(wèn)題及解決方法

針對(duì)此次主變跳閘事故，下一步需強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)安全管控力度，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全到位監(jiān)督，在臨時(shí)站用電屏帶部分站用電負(fù)荷和主變冷控電源運(yùn)行時(shí)，派專人在主變現(xiàn)場(chǎng)蹲守，密切注意主變冷卻器運(yùn)行情況。結(jié)合本次主變跳閘事件，在全公司范圍內(nèi)開(kāi)展5 臺(tái)主變冷卻器電源隱患排查，對(duì)存在有類似操作隱患的主變，重點(diǎn)進(jìn)行整改。重新修改220kV變電站以及排查出存在問(wèn)題的其他變電站運(yùn)行規(guī)程，修訂強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷主變冷控電源定期切換作業(yè)指導(dǎo)書的修訂，對(duì)運(yùn)行、檢修、監(jiān)控人員有針對(duì)性進(jìn)行培訓(xùn)，明確在同類現(xiàn)場(chǎng)工作操作過(guò)程中的注意事項(xiàng)。