電壓互感器反充電故障分析及預(yù)防措施

張富超,張世強(qiáng),芮建勛,顧笑明,王延伸

(河北省送變電有限公司,河北 石家莊 050051)

0 引言

電壓互感器[12]是變電站、發(fā)電廠中必不可少的電力設(shè)備,它的主要作用是將一次高電壓按一定比例降為二次低電壓,為站內(nèi)保護(hù)裝置、測量裝置、計(jì)量裝置等二次設(shè)備提供電壓信息,同時(shí)起到隔離一次高壓設(shè)備與二次設(shè)備,保證人身和設(shè)備安全的作用。工程現(xiàn)場發(fā)生的電壓互感器故障多是由于運(yùn)行中的電壓互感器二次側(cè)向不帶電的一次側(cè)反充電造成的。電壓互感器反充電[36]可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行中的電壓互感器二次空氣斷路器跳閘或熔斷器熔斷,使采集電壓的保護(hù)裝置失去電壓,從而很可能引起相關(guān)保護(hù)裝置的誤動(dòng);如果電壓互感器二次空氣斷路器沒有跳開,還可能損害設(shè)備或危及人身安全。因此分析電壓互感器反充電故障原因并提出有效的預(yù)防措施具有重要的意義。

結(jié)合一起典型誤合二次電壓并列開關(guān)造成電壓互感器反充電故障,通過分析后臺(tái)監(jiān)控機(jī)報(bào)警信息、故障波形圖以及二次電壓并列回路,找出造成電壓互感器反充電故障的原因,并提出有效措施預(yù)防反充電故障的發(fā)生。

1 二次電壓并列回路

電壓互感器的二次側(cè)電壓用于保護(hù)、測量等裝置使用,當(dāng)某段母線上電壓互感器檢修或退出運(yùn)行時(shí),使用該段母線電壓互感器二次電壓的保護(hù)、測量、計(jì)量等裝置仍需要運(yùn)行,此時(shí),需將電壓互感器二次電壓并列,實(shí)現(xiàn)該段母線上的運(yùn)行設(shè)備從另一段母線上正在運(yùn)行的電壓互感器獲取電壓的目的[7-8]。

NSR-383T-A6電壓并列裝置的電壓并列回路原理如圖1所示,1G 為I號(hào)母線電壓互感器隔離開關(guān)常開輔助觸點(diǎn),2G 為II號(hào)母線電壓互感器隔離開關(guān)常開輔助觸點(diǎn),MLDL 為母聯(lián)斷路器常開輔助觸點(diǎn),1GL 為母聯(lián)間隔I號(hào)母線隔離開關(guān)常開輔助觸點(diǎn),2GL 為母聯(lián)間隔II號(hào)母線隔離開關(guān)常開輔助觸點(diǎn)。

圖1 電壓并列直流回路原理示意

當(dāng)母聯(lián)間隔I號(hào)母線隔離開關(guān)、II號(hào)母線隔離開關(guān)合位、母聯(lián)斷路器合位即I號(hào)母線與II號(hào)母線并列運(yùn)行時(shí),其隔離開關(guān)輔助動(dòng)合觸點(diǎn)1GL、2GL、MLDL閉合,此時(shí)將并列開關(guān)1-7QK 置于手動(dòng)并列位置,其⑤、⑥觸點(diǎn)閉合,雙位置磁保持繼電器5ZJ8繞組勵(lì)磁,其對(duì)應(yīng)的動(dòng)合觸點(diǎn)5ZJ8閉合,繼而使電壓保持繼電器5ZJ1-5ZJ6勵(lì)磁,相應(yīng)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合,從而實(shí)現(xiàn)I號(hào)母線電壓和II號(hào)母線電壓的并列。將并列開關(guān)1-7QK 置于手動(dòng)解列位置,3、4觸點(diǎn)閉合,雙位置磁保持繼電器5ZJ8繞組失磁,其對(duì)應(yīng)的動(dòng)合觸點(diǎn)5ZJ8打開,從而實(shí)現(xiàn)I號(hào)母線電壓和Ⅱ號(hào)母線電壓的解列。將并列開關(guān)1-7QK 置于遙控位置,其1、2觸點(diǎn)閉合,用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方電壓并列,但現(xiàn)場一般不用此功能,如果需要實(shí)現(xiàn)電壓并列功能要求就地手動(dòng)操作。

如圖2所示,以A 相電壓為例,當(dāng)II號(hào)母線電壓互感器2YH 檢修或退出運(yùn)行,I號(hào)母線電壓互感器1YH 運(yùn)行時(shí),由II號(hào)母線電壓互感器提供二次電壓的保護(hù)、測量裝置如仍需要運(yùn)行,此時(shí),需進(jìn)行電壓并列操作。I號(hào)母線電壓互感器1YH運(yùn)行,電壓重動(dòng)回路中的I號(hào)母線隔離開關(guān)常開觸點(diǎn)閉合,電壓保持繼電器4ZJ1-4ZJ4勵(lì)磁,觸點(diǎn)4ZJ1-1閉合;II號(hào)母線電壓互感器2YH 檢修或退出運(yùn)行,電壓重動(dòng)回路中的II號(hào)母線隔離開關(guān)常開觸點(diǎn)斷開,電壓保持繼電器4ZJ5-4ZJ8失磁,觸點(diǎn)4ZJ5-1斷開。此時(shí)合母聯(lián)間隔I號(hào)母線隔離開關(guān)1GL、II號(hào)母線隔離開關(guān)2GL、母聯(lián)斷路器MLDL,實(shí)現(xiàn)一次母線,I號(hào)母線與II號(hào)母線并列運(yùn)行,然后操作人員將并列開關(guān)1-7QK 置于手動(dòng)并列位置,觸點(diǎn)5ZJ1-1閉合,則I號(hào)母線A相電壓經(jīng)1YHA/1YHa/1ZKKa/4ZJ1-1/5ZJ1-1/2YMa,使II號(hào)母線二次電壓小母線2YMa帶電,以供II號(hào)母線保護(hù)、測量、計(jì)量等運(yùn)行裝置二次電壓。

圖2 電壓并列交流回路原理示意

2 電壓互感器反充電故障

某500 k V 新建變電站在投運(yùn)過程中,進(jìn)行220 k V 母聯(lián)212轉(zhuǎn)冷備用操作時(shí),IA 號(hào)母線、IIA號(hào)母線電壓互感器端子箱、電壓二次空氣斷路器全部跳閘,造成220 k V 電壓等級(jí)二次設(shè)備失壓,保護(hù)裝置電壓互感器斷線報(bào)警。

2.1 故障前情況

故障發(fā)生前,該站的運(yùn)行方式如下。

1)主變壓器設(shè)備區(qū):4號(hào)主變壓器500 k V 側(cè)套管至電壓互感器之間引線打開,220 k V 側(cè)204斷路器間隔運(yùn)行,4號(hào)主變壓器66 k V 側(cè)運(yùn)行;2號(hào)主變壓器500 k V 側(cè)套管至電壓互感器之間引線打開,220 k V 側(cè)202斷路器間隔冷備用,2號(hào)主變壓器66 k V 側(cè)冷備用。

2)500 k V 設(shè)備區(qū):500 k V 所有設(shè)備間隔均處于冷備用狀態(tài)。

3)220 k V 設(shè)備區(qū):IA、IIA、IB、IIB 母線并列運(yùn)行,出線256 在IA 號(hào)母線運(yùn)行,204 斷路器在IIB號(hào)母線運(yùn)行。

4)66 k V 設(shè)備區(qū):4 號(hào)主變壓器66 k V 側(cè)運(yùn)行,66 k V IIB號(hào)母線電壓互感器運(yùn)行。

5)直流系統(tǒng):1號(hào)充電機(jī)帶直流I段母線運(yùn)行及1組蓄電池運(yùn)行,2號(hào)充電機(jī)帶直流II段母線及2組蓄電池運(yùn)行,3號(hào)充電機(jī)熱備用;系統(tǒng)運(yùn)行正常,簡化電氣主接線如圖3所示。

圖3 電氣主接線示意

2.2 故障經(jīng)過

2020年8月27日,該變電站執(zhí)行“某變壓器220 k V側(cè)投切2號(hào)主變壓器試驗(yàn)”階段的第一步“220 k V IIA號(hào)母線由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用”,3時(shí)19分接相關(guān)電力調(diào)度控制中心調(diào)令,當(dāng)3時(shí)59分?jǐn)嚅_220 k V IA、IIA號(hào)母線母聯(lián)212斷路器時(shí),監(jiān)控發(fā)現(xiàn)220 k V IA號(hào)母線電壓消失、220 k V 256出線間隔電壓互感器斷線,該線路兩套保護(hù)裝置運(yùn)行異常。

2.3 故障處置措施

1)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常后,立即暫停操作,與現(xiàn)場操作人員聯(lián)系,經(jīng)過現(xiàn)場人員檢查發(fā)現(xiàn)220 k V IA號(hào)母線、220 k V IIA 號(hào)母線電壓互感器二次空氣斷路器發(fā)生跳閘,4時(shí)14分值班長將該情況匯至調(diào)度控制中心與地方供電局局調(diào)。

2)4時(shí)31分,現(xiàn)場調(diào)試人員試合IA號(hào)母線電壓互感器二次空氣斷路器,220 k V IIA號(hào)母線電壓恢復(fù)正常(IIA號(hào)母線由于224、212斷路器在斷開位置,處于無電狀態(tài),二次電壓同樣處于無電狀態(tài))。

2.4 故障原因分析

查看監(jiān)控后臺(tái)告警信息發(fā)現(xiàn),斷開212母聯(lián)斷路器后,公用測控裝置上送“IA/IIA號(hào)母線電壓并列復(fù)歸”報(bào)警信號(hào),繼續(xù)查找更早的報(bào)警記錄發(fā)現(xiàn),在進(jìn)行合212母聯(lián)斷路器操作時(shí),測控裝置曾上送過“IA/IIA號(hào)母線電壓并列”報(bào)警信號(hào),初步懷疑故障發(fā)生前,電壓二次回路一直處于并列狀態(tài)。

分析故障錄波裝置記錄的故障波形,如圖4所示,圖4中實(shí)線截取的是212母聯(lián)斷路器斷開時(shí)刻,虛線截取的是212母聯(lián)斷路器輔助觸點(diǎn)變位時(shí)刻。進(jìn)一步分析該圖發(fā)現(xiàn):當(dāng)斷開斷路器212時(shí),IIA 號(hào)母線三相電壓消失,說明IA 號(hào)母線和IIA 號(hào)母線分列運(yùn)行,一次主接線不再滿足并列條件,觀察此時(shí)的212母聯(lián)斷路器分位開關(guān)量還未變位,說明212母聯(lián)斷路器輔助觸點(diǎn)還沒有轉(zhuǎn)換到位,即在分開斷路器212的瞬間二次回路仍保持并列條件,二次設(shè)備觸點(diǎn)變位滯后于一次設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換,從而發(fā)生電壓互感器二次側(cè)向不帶電的一次側(cè)反充電故障。

圖4 故障錄波裝置記錄的故障波形

現(xiàn)場查看電壓并列開關(guān)處于“遙控并列”位置,但這并不能真實(shí)反映二次電壓回路的真實(shí)狀態(tài),需結(jié)合電壓并列回路原理圖(圖1),利用萬用表在電壓并列屏屏后測量電壓并列回路中的1-7QD6端子電位為-115 V,而不是0 V,說明5ZJ8觸點(diǎn)處于導(dǎo)通狀態(tài),進(jìn)一步證明二次回路確實(shí)一直處于并列狀態(tài)。

綜上所述,該故障發(fā)生的原因是:將并列開關(guān)1-7QK 置于手動(dòng)并列位置后,繼電器5ZJ8動(dòng)作繞組勵(lì)磁,其動(dòng)合觸點(diǎn)5ZJ8閉合,然后將并列開關(guān)1-7QK 置回中間位置即遙控并列位置,此時(shí)由于5ZJ8為雙位置磁保持繼電器,動(dòng)合觸點(diǎn)5ZJ8仍是閉合狀態(tài)。當(dāng)IA、IIA 號(hào)母線并列運(yùn)行時(shí),即母聯(lián)斷路器212、1GL、2GL均在合位,此時(shí)電壓并列回路導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)了IA、IIA 號(hào)母線二次電壓的并列。當(dāng)執(zhí)行“220 k V 側(cè)投切2號(hào)主變壓器試驗(yàn)”階段的第一步“220 k V 2號(hào)母線由運(yùn)行轉(zhuǎn)冷備用”操作后,分開220 k V IA、IIA 號(hào)母線母聯(lián)212斷路器,IIA 號(hào)母線三相電壓消失,即IIA 號(hào)母線電壓互感器一次繞組失電,但是串聯(lián)于IA、IIA 號(hào)母線二次電壓并列回路中的MLDL 觸點(diǎn)還沒有轉(zhuǎn)換到位,仍是導(dǎo)通狀態(tài),此時(shí),IA 號(hào)母線二次電壓將通過IA、IIA 號(hào)母線二次電壓并列回路使IIA號(hào)母線電壓互感器二次繞組繼續(xù)帶電,繼而反送到一次繞組,產(chǎn)生較大的短路電流[9],導(dǎo)致電壓二次空氣斷路器跳閘。

3 預(yù)防措施

基于上述由于誤合電壓并列開關(guān)導(dǎo)致電壓互感器反充電故障案例,提出以下預(yù)防措施。

1)母線轉(zhuǎn)冷備用時(shí),應(yīng)先斷開該母線電壓互感器二次電壓空氣斷路器,然后分開母聯(lián)斷路器,最后分開母線電壓互感器一次側(cè)隔離開關(guān)。

2)新上母線充電試運(yùn)行時(shí)的操作順序與母線轉(zhuǎn)冷備用時(shí)的操作順序相反,在進(jìn)行母聯(lián)斷路器合閘操作前,現(xiàn)場就地查看二次電壓并列開關(guān)位置,必要時(shí)可通過測量相應(yīng)接線端子電位進(jìn)行確認(rèn),確保其處于電壓解列位置。

3)當(dāng)合母聯(lián)斷路器并列運(yùn)行時(shí),需檢查后臺(tái)監(jiān)控機(jī)是否上送“母線電壓并列”信號(hào),如果上送“母線電壓并列”信號(hào),此時(shí)嚴(yán)禁斷開母聯(lián)斷路器,需查清電壓并列的原因,消除異常信號(hào)后方可繼續(xù)操作。

4)鑒于NSR-383型電壓并列裝置的并列開關(guān)位置處于“遙控位置”時(shí),很難確認(rèn)電壓二次回路是否處于并列狀態(tài),建議取消該類型并列裝置并列開關(guān)的“遙控位置”,即正常運(yùn)行時(shí),將并列開關(guān)切至“解列位置”,僅當(dāng)電壓二次回路需要并列時(shí),才將并列開關(guān)切至“并列位置”。

4 結(jié)束語

分析了一起由于誤合電壓并列開關(guān)導(dǎo)致電壓互感器反充電的故障,從規(guī)范站內(nèi)運(yùn)維人員操作等方面,提出了行之有效的預(yù)防措施,要求運(yùn)維人員具有較為豐富的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)且嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程。下一步將考慮從技術(shù)方面,提出通過改進(jìn)母聯(lián)斷路器操作回路,實(shí)現(xiàn)防止電壓互感器反充電故障的可靠預(yù)防措施。