一起500kV斷路器誤跳閘故障分析與處理

王宏達(dá) 段琰璞

摘要：針對(duì)某核電站5022斷路器誤跳閘事件，分析了斷路器誤跳閘原因，是由于跳閘回路電纜過長，線路上分布電容過大，在直流發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，導(dǎo)致了斷路器誤跳閘;結(jié)合故障原因，提出了在跳閘回路中增加功率交的中間繼電器，從而確保中間繼電器動(dòng)作電壓滿足標(biāo)準(zhǔn)要求?，F(xiàn)場(chǎng)跳閘回路經(jīng)改造后，重新進(jìn)行模擬接地試驗(yàn)，達(dá)到預(yù)期結(jié)果。

關(guān)鍵詞：斷路器;直流接地;誤跳閘;

0 故障概述

2012年9月11日，某核電站500 kV開關(guān)站第1至3串正常合環(huán)運(yùn)行。16時(shí)24分，開關(guān)站第2串中間斷路器5022三相突然跳閘。隨后，試驗(yàn)人員分別對(duì)保護(hù)裝置、斷路器本體、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS）/數(shù)字控制系統(tǒng)（DCS）、直流控制電源燈等進(jìn)行了檢查，檢查情況如下：

（1）檢查5022斷路器所在的線路保護(hù)、短引線保護(hù)、斷路器保護(hù)、發(fā)變組保護(hù)裝置，均未發(fā)出跳閘信號(hào);

（2）檢查故障錄波裝置，僅有5022斷路器變位信號(hào)，網(wǎng)頻率、電壓未改變;

（3）對(duì)斷路器本體進(jìn)行檢查，無任何異常報(bào)警;

（4）對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS）/數(shù)字控制系統(tǒng)（DCS）監(jiān)控后臺(tái)進(jìn)行檢查，無任何異常報(bào)警;

（5）檢查直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置，發(fā)現(xiàn)母線正極對(duì)地絕緣電阻為0 Ω，存在欠壓報(bào)警，從而表明了發(fā)生直流正極金屬接地。

由此初步判斷可能是5022斷路器控制直流系統(tǒng)正極一點(diǎn)接地導(dǎo)致其跳閘繼電器誤動(dòng)作，從而引起斷路器誤跳閘[1]。本文對(duì)斷路器偷跳事件進(jìn)行了故障模擬和理論仿真分析，提出了直流一點(diǎn)接地導(dǎo)致斷路器跳閘的可能并制定相應(yīng)地改造方案。

1 故障排查

通常情況下，斷路器的直流正極一個(gè)點(diǎn)接地不會(huì)引起斷路器跳閘，只有當(dāng)跳閘回路分布電容較大使跳閘繼電器上的電壓達(dá)到跳閘繼電器動(dòng)作電壓時(shí)則會(huì)引起跳閘。為了找出5022斷路器誤跳閘根本原因，將500 kV開關(guān)站5022開關(guān)停電，進(jìn)行斷路器跳閘回路絕緣及電纜屏蔽接地、控制回路分布電容測(cè)量及中間繼電器動(dòng)作電壓、動(dòng)作電流測(cè)試等檢查工作，并模擬直流接地故障，對(duì)中間繼電器兩端電壓進(jìn)行錄波。

1.1斷路器跳閘回路檢查

（1）斷路器跳閘回路絕緣檢查

5022斷路器跳閘回路原理圖如圖1所示，檢查跳閘回路絕緣，絕緣電阻均大于500 MΩ，排除了跳閘回路絕緣低導(dǎo)致斷路器跳閘的可能性。

（2）交-直流混接

分別對(duì)跳閘回路進(jìn)行交直流電壓測(cè)量，直流電壓為116.2 V，交流電壓0.018 V，排除交直流混接導(dǎo)致跳閘的可能性。

（3）跳閘回路對(duì)地分布電容

對(duì)5022斷路器相關(guān)跳閘回路對(duì)地分布電容進(jìn)行測(cè)量，DCS遠(yuǎn)方跳閘、緊急停堆盤ECP跳閘回路中正極、長電纜和負(fù)極對(duì)地分布電容分別達(dá)到183、197、145 nF。

（4）跳閘繼電器動(dòng)作電壓及功率

分別測(cè)量了跳閘繼電器動(dòng)作電壓及功率，其中手動(dòng)跳閘繼電器STJ動(dòng)作電壓為72 V，符合《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》要求，而中間繼電器1ZJ動(dòng)作電壓為59 V，繼電器動(dòng)作功率約為1.1W左右，不滿足《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》6.4規(guī)定要求。

（5）電纜屏蔽接地

對(duì)5022斷路器控制回路電纜屏蔽接地情況進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)在5022斷路器保護(hù)屏電纜屏蔽層接地效果不理想，不能有效屏蔽干擾信號(hào)。

1.2故障模擬

針對(duì)5022斷路器誤跳閘故障，分別進(jìn)行了控制回路正極接地、DCS跳閘回路正極接地、緊急停堆盤ECP側(cè)正極接地接地，并記錄了跳閘繼電器兩端電壓波形。其中，跳閘繼電器兩端之間的電壓差高達(dá)到60 V，如圖2所示。如果此時(shí)有其他干擾信號(hào)串入，極易導(dǎo)致跳閘繼電器誤動(dòng)作，從而導(dǎo)致5022斷路器誤跳閘。

2 故障原因分析

5022斷路器跳閘回路等效電路圖如圖3所示，在正常運(yùn)行時(shí)，U1=U2 = 55 V，U3=U4=-55 V，跳閘繼電器兩端電壓U1ZJ= 0 V;在正極接地穩(wěn)定后，U1=U2=0 V，U3=U4=-110 V，跳閘繼電器兩端電壓U1ZJ=0 V;由于正、負(fù)極對(duì)地電容、長電路對(duì)地電容的影響，在過渡過程中，相當(dāng)于一階電路全響應(yīng)狀態(tài)[2]。

R1—控制回路正極對(duì)地電阻;R2—長電纜對(duì)地電阻;

R3—直流電源內(nèi)阻;R4—控制回路負(fù)極對(duì)地電阻;

R1ZJ —手跳繼電器內(nèi)阻;C1—跳閘回路正級(jí)對(duì)地電容;C2—長電纜對(duì)地電容;C3—跳閘回路負(fù)極對(duì)地電容

US—跳閘回路電源電壓;

根據(jù)電路中一階全相應(yīng)電路方程可知：

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際參數(shù)，對(duì)跳閘回路正極接地進(jìn)行仿真計(jì)算，如圖4所示。結(jié)果表明，繼電器兩端電壓先上升，其上升速度取決于U3、U4的衰減速度，U3衰減越慢、U4衰減越快，則U1ZJ的電壓最大值越高，電壓維持時(shí)間越長，易導(dǎo)致繼電器誤動(dòng)作。

由此可知，在直流電極發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，由于繼電器跳閘回路電纜過長導(dǎo)致對(duì)地分布電容較大，加之中間繼電器動(dòng)作電壓及功率較低，從而引起5022斷路器誤跳閘，如圖5所示。

3 改造方案及校驗(yàn)

根據(jù)上述分析，提出5022斷路器跳閘回路改造方案如下：

在緊急停堆盤ECP、遠(yuǎn)方DCS跳閘回路中增加大功率中間繼電器116XE，通過中間繼電器輔助接點(diǎn)使跳閘繼電器1ZJ勵(lì)磁，進(jìn)而使手跳繼電器STJ勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)5022斷路器可靠動(dòng)作，改造后的跳閘回路原理圖如圖6所示。由于中間繼電器116XE動(dòng)作功率大，抗干擾能力較強(qiáng)，可以有效地降低誤動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)。

通過對(duì)繼電器跳閘回路進(jìn)行模擬接地及傳動(dòng)試驗(yàn)，5022斷路器動(dòng)作可靠，試驗(yàn)結(jié)果合格。

4 結(jié)論

根據(jù)仿真及現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)結(jié)果證明，DCS遠(yuǎn)方、緊急停堆盤ECP跳閘回路電纜太長導(dǎo)致對(duì)地存有較大電容和跳閘回路中間繼電器動(dòng)作電壓及功率偏低是引起5022斷路器跳閘的主要原因。

為防止類此事件的再次發(fā)生，可采取以下措施：

（1）提高跳閘繼電器動(dòng)作功率，滿足《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》要求。

（3）對(duì)于控制回路屏蔽電纜兩端應(yīng)可靠接地，有效減少電纜線芯對(duì)地的雜散電容，避免在控制回路發(fā)生單點(diǎn)接地故障時(shí)，會(huì)與雜散電容構(gòu)成回路，當(dāng)達(dá)到動(dòng)作條件時(shí)引起繼電器誤動(dòng)作。

（3）對(duì)于跳閘回路必須做好安全防護(hù)措施，降低人為造成直流一點(diǎn)接地或交-直流混接的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王德志.一起330kV斷路器偷跳事件的分及改進(jìn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（5）：119-120.

[2]邱關(guān)源.電路（上，下冊(cè)）[M].北京：高等教育出版社，1987.