一起斷路器機(jī)構(gòu)故障引起的事故分析

張 凱楊佩佩楊軍亭張廣東高立超

（1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050；

（2.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司蘭州供電公司，蘭州 730050）

一起斷路器機(jī)構(gòu)故障引起的事故分析

張 凱1楊佩佩2楊軍亭1張廣東1高立超1

（1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050；

（2.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司蘭州供電公司，蘭州 730050）

針對(duì)一起330kV變電站110kV線路全部失壓的事故，分析和驗(yàn)證了可能引起事故的各種原因。通過(guò)對(duì)故障線路保護(hù)跳閘回路、母線保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)、故障開(kāi)關(guān)的一系列檢查，最終確定了該起事故是由于斷路器分閘線圈故障，引起開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，又因母線保護(hù)投入方式不當(dāng)導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大。針對(duì)此次故障提出了判斷方法、對(duì)此類(lèi)故障暴露的問(wèn)題提出整改措施，為日后防范和處理類(lèi)似故障提供了借鑒。

斷路器；故障；母線保護(hù)；分閘線圈

近年來(lái)，隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度越來(lái)越高，對(duì)于電力設(shè)備質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。與此同時(shí)，電力系統(tǒng)運(yùn)行、檢修技術(shù)和管理等各個(gè)方面的要求也越來(lái)越高。總結(jié)電力系統(tǒng)事故發(fā)生的原因，大致為以下幾各方面：有些是因?yàn)樵O(shè)備缺陷引起［1-4］，有些是因?yàn)樵O(shè)備運(yùn)輸及安裝不當(dāng)所致［5］，也有些是因?yàn)檫\(yùn)行管理不當(dāng)引發(fā)［6-7］。對(duì)于已發(fā)生事故的分析和研究，可以總結(jié)和傳承經(jīng)驗(yàn)，也可以防患于未然，具有非常重要的意義。

本文介紹的事故，不但暴露了設(shè)備質(zhì)量缺陷，而且暴露了設(shè)備安裝以及運(yùn)行管理方面的問(wèn)題，非常具有典型性。

1 事故經(jīng)過(guò)

2015年11月，某330kV變電站1123XX線路故障，WXH-811A型線路保護(hù)裝置動(dòng)作出口，1123開(kāi)關(guān)未切除故障，導(dǎo)致WMH-800A母線保護(hù)裝置失靈保護(hù)動(dòng)作，造成110kV母線失壓。該變電站110kV母線主接線圖如圖1所示。

圖1 某330kV變電站110kV母線主接線圖

跳閘前的運(yùn)行方式為：330kVⅠ、Ⅱ母并列運(yùn)行，2#主變帶110kVⅠ、Ⅱ母運(yùn)行，3#主變帶110kVⅣ、Ⅲ母運(yùn)行。11024母聯(lián)開(kāi)關(guān)投Ⅱ、Ⅳ母運(yùn)行，1113、1115、1102開(kāi)關(guān)投Ⅰ母運(yùn)行；1121、1122開(kāi)關(guān)投Ⅱ母運(yùn)行；1114、1116開(kāi)關(guān)投Ⅲ母運(yùn)行；1123、1103、1119開(kāi)關(guān)投Ⅳ母運(yùn)行；11012Ⅰ、Ⅱ刀閘，11034Ⅲ、Ⅳ刀閘在合位；110kVⅡ、Ⅳ母PT運(yùn)行；1111開(kāi)關(guān)投Ⅰ母熱備用。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

故障發(fā)生后，變電站運(yùn)維人員按照《變電站運(yùn)行管理規(guī)程》立即到現(xiàn)場(chǎng)檢查一二次設(shè)備情況，包括發(fā)生故障時(shí)的保護(hù)信息，開(kāi)關(guān)位置，及故障錄波信息等，核對(duì)保護(hù)信息屬實(shí)，保護(hù)裝置正確動(dòng)作，開(kāi)關(guān)實(shí)際位置與系統(tǒng)接線圖顯示一致。及時(shí)匯報(bào)相關(guān)調(diào)度，調(diào)度人員將故障情況立即告知輸電線路運(yùn)維單位進(jìn)行查線，發(fā)現(xiàn)1123西聯(lián)線路確實(shí)有燒傷麻點(diǎn)，懷疑可能被吊車(chē)等異物碰撞。

變電站運(yùn)維人員第一時(shí)間查看了 2號(hào)、3號(hào)主變油樣在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并取樣離線分析，無(wú)異常。

再次檢查保護(hù)信息，分析事故原因。檢查的重點(diǎn)之一是找出開(kāi)關(guān)拒動(dòng)原因。

開(kāi)關(guān)拒動(dòng)后，因故障電流仍存在，故失靈保護(hù)啟動(dòng)，跳開(kāi)母聯(lián)開(kāi)關(guān)，再跳開(kāi)與故障線路相連接的該段母線上所有開(kāi)關(guān)，可事實(shí)是直接跳開(kāi)了兩段母線上所有開(kāi)關(guān)。因此檢查重點(diǎn)之二是分析該保護(hù)動(dòng)作不正確的原因。

失靈保護(hù)動(dòng)作后，原拒動(dòng)的開(kāi)關(guān)又被跳開(kāi)，因此，檢查的重點(diǎn)之三是找出拒動(dòng)開(kāi)關(guān)第一次未跳開(kāi)，第二次跳開(kāi)的原因。

確定檢查重點(diǎn)后，隨后進(jìn)行了以下各項(xiàng)檢查。

2.1 故障線路保護(hù)跳閘回路檢查情況

對(duì)1123XX線WXH-811A型線路保護(hù)裝置二次出口回路進(jìn)行檢查，回路接線正確且接觸可靠，回路無(wú)明顯的松動(dòng)和斷開(kāi)點(diǎn)［6］。

打開(kāi) 1123開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱時(shí)能聞到異味。對(duì)1123XX線開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)和端子箱二次回路進(jìn)行檢查，回路接線正確且接觸可靠，跳閘1線圈電阻為94.3Ω。

不帶開(kāi)關(guān)模擬 1123XX線路故障 15次，WXH-811A型線路保護(hù)裝置動(dòng)作，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間19～20ms，動(dòng)作可靠。

模擬1123XX線路故障帶開(kāi)關(guān)傳動(dòng)試驗(yàn)3次，保護(hù)裝置可靠動(dòng)作，開(kāi)關(guān)動(dòng)作行為正確。

2.2 110kV母線保護(hù)檢查情況

檢查WMH-800A型母線保護(hù)各間隔電流極性［8］。發(fā)現(xiàn)WMH-800A保護(hù)裝置默認(rèn)11024開(kāi)關(guān)為110kVⅠ、Ⅱ母線元件，由于該變電站110kV母線保護(hù)各線路間隔CT至母差的極性為線路指向母線，11024母聯(lián)極性應(yīng)為從Ⅲ、Ⅳ母指向Ⅰ、Ⅱ母，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際極性接反。

現(xiàn)場(chǎng)將11024母聯(lián)至母差的繞組電流回路在開(kāi)關(guān)端子箱處進(jìn)行了倒極性改線，檢查母差保護(hù)極性正確。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn) 110kV WMH-800A型母線保護(hù)1LP10“母線互聯(lián)”壓板為投入狀態(tài)。經(jīng)查原因是：2013年7月5日該變電站1122XX線投運(yùn)，負(fù)荷比較大，此時(shí)11024母聯(lián)斷路器有較大電流流過(guò)，由于11024母聯(lián)斷路器電流極性錯(cuò)誤，導(dǎo)致110kV母差保護(hù)小差電流越限，WMH-800A母差保護(hù)裝置頻繁啟動(dòng)，打出“運(yùn)行異常”信號(hào)。運(yùn)行人員沒(méi)有分析原因，就將 1LP10“母線互聯(lián)”壓板投入，母差保護(hù)異常信號(hào)消失（此時(shí)母差不計(jì)算11024斷路器電流），并重新修訂了母線保護(hù)裝置現(xiàn)場(chǎng)規(guī)程和壓板投退說(shuō)明（規(guī)定母聯(lián)開(kāi)關(guān)運(yùn)行時(shí)，必須投入母線互聯(lián)壓板）。而此時(shí)母線保護(hù)相當(dāng)于單母線運(yùn)行方式，任一母線故障將切除兩條母線。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)檢查情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查監(jiān)控系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)110kV母線失靈保護(hù)動(dòng)作信號(hào)及母線互聯(lián)、交流斷線、裝置告警等信號(hào)，聯(lián)系省、地調(diào)監(jiān)控人員確認(rèn)也沒(méi)有任何有關(guān) 110kV母線保護(hù)動(dòng)作或告警信號(hào)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn) 110kV公用測(cè)控裝置（NSD500V型）死機(jī)：遙信開(kāi)入有變位但不能上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。經(jīng)斷電重啟后，再次測(cè)試信息上傳正常。

2.4 故障開(kāi)關(guān)檢查情況

1123XX線路開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)關(guān)特性試驗(yàn)時(shí)，合閘特性試驗(yàn)后，進(jìn)行分閘特性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)分閘拒動(dòng)。短時(shí)在分閘回路加直流電源，測(cè)試分閘線圈電壓為217V、勵(lì)磁電流2.4A，線圈電壓及勵(lì)磁電流滿足產(chǎn)品技術(shù)要求，試驗(yàn)分閘3次線圈電磁鐵沒(méi)有任何吸合跡象，開(kāi)關(guān)分閘拒動(dòng)，帶保護(hù)進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)，開(kāi)關(guān)仍然分閘拒動(dòng)。

手動(dòng)打跳開(kāi)關(guān)后繼續(xù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn) 3次。開(kāi)關(guān)均能正常分合閘，但分閘時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)變化較大，分閘時(shí)間呈明顯的下降趨勢(shì)，第三次機(jī)械特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)至合格范圍。

對(duì)開(kāi)關(guān)二次回路、繼電器及機(jī)構(gòu)凸輪等部件檢查未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。開(kāi)關(guān)分閘過(guò)程中監(jiān)視分閘線圈電壓、電流均在合格范圍內(nèi)。

對(duì)開(kāi)關(guān)分閘電磁鐵檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，分閘電磁鐵靜磁鐵備帽有松動(dòng)（如圖2所示），靜磁鐵位置隨動(dòng)磁鐵運(yùn)動(dòng)而改變。對(duì)更換的分閘電磁鐵進(jìn)行外觀檢查，靜磁鐵邊緣有動(dòng)磁鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程中卡澀產(chǎn)生的金屬碎屑，且手動(dòng)拉拽動(dòng)磁鐵時(shí)有卡澀現(xiàn)象，特別是首次拉拽時(shí)卡澀現(xiàn)象比較明顯，連續(xù)多次拉拽后卡澀程度逐漸減輕（如圖3所示）。將分閘現(xiàn)券進(jìn)行解體，如圖4所示。

圖3 分閘電磁鐵備帽邊緣有金屬碎屑

圖4 分閘線圈解體圖

為了驗(yàn)證故障開(kāi)關(guān)拒動(dòng)的是否確由分閘線圈卡澀引起，改變靜磁鐵位置后進(jìn)行機(jī)械特性試驗(yàn)。將該疑似故障分閘線圈安裝在同型號(hào)的斷路器上，做105次分合操作，分閘時(shí)間變化如圖 5所示：A相分閘時(shí)間在43.2到45.3之間，其中第15次和第105次是人為調(diào)整靜鐵芯的位置后得到的分閘時(shí)間。B、C相分閘時(shí)間情況與A類(lèi)似。證明靜磁鐵位置改變后對(duì)開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間有明顯影響。

圖5 分閘線圈分閘時(shí)間變化情況

更換開(kāi)關(guān)分閘電磁鐵后，進(jìn)行低電壓操作試驗(yàn)、機(jī)械特性試驗(yàn)及保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)，所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，開(kāi)關(guān)動(dòng)作正確。

對(duì)站內(nèi)其余臺(tái)同型號(hào)斷路器分合閘電磁鐵備帽檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。

綜合以上檢查情況，開(kāi)關(guān)拒動(dòng)（緩分）原因?yàn)椋悍珠l線圈靜磁鐵備帽松動(dòng)造成靜磁鐵位置活動(dòng)，靜磁鐵與動(dòng)磁鐵間隙不穩(wěn)定，分閘電磁鐵動(dòng)作特性不穩(wěn)定，且動(dòng)靜磁鐵間存在卡滯現(xiàn)象，造成線圈無(wú)法正常脫扣，開(kāi)關(guān)拒動(dòng)。

然而開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)多次分合，靜磁鐵與動(dòng)磁鐵連續(xù)摩擦運(yùn)動(dòng)造成卡滯程度減輕，開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性改善。現(xiàn)場(chǎng)多次機(jī)械特性試驗(yàn)結(jié)果也充分證明此現(xiàn)象。

據(jù)此判斷：故障當(dāng)時(shí)1123保護(hù)裝置發(fā)出跳閘令后，開(kāi)關(guān)分閘線圈勵(lì)磁，但由于動(dòng)靜磁鐵卡滯造成開(kāi)關(guān)拒動(dòng)。待母差保護(hù)跳開(kāi)110kV設(shè)備區(qū)其他開(kāi)關(guān)時(shí)，1123開(kāi)關(guān)受到震動(dòng)后卡滯松動(dòng)，線圈脫扣，開(kāi)關(guān)又正常動(dòng)作。

3 事故原因及暴露問(wèn)題

經(jīng)過(guò)以上分析，此次事故造成110kV母線失壓的原因：

1）1123XX出線發(fā)生C相接地后，1123XX線路斷路器分閘線圈故障導(dǎo)致 1123斷路器拒動(dòng)，110kV母差失靈保護(hù)啟動(dòng)。

2）設(shè)備安裝人員將母差保護(hù)極性接反，造成投運(yùn)后母差保護(hù)小差電流越限，WMH-800A母差保護(hù)裝置頻繁啟動(dòng)，運(yùn)行異常；而運(yùn)行人員沒(méi)有分析運(yùn)行異常原因，直接將母線互聯(lián)壓板投入，導(dǎo)致母線保護(hù)失去選擇功能，以至于當(dāng)1123斷路器拒動(dòng)后，母差失靈保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)母線上所有斷路器，導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大。

總的來(lái)講，1123斷路器分閘線圈故障導(dǎo)致斷路器拒動(dòng)是本起事故的直接原因，而安裝人員將母差保護(hù)極性接反，運(yùn)行人員將母線互聯(lián)壓板投入，母差失靈保護(hù)失去選擇性導(dǎo)致本起事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

此次事故暴露了運(yùn)行管理當(dāng)中的諸多問(wèn)題：

（1）新設(shè)備驗(yàn)收管理不力，設(shè)備質(zhì)量管理失控。運(yùn)行管理當(dāng)中存在試驗(yàn)項(xiàng)目不全、信號(hào)接入不全、驗(yàn)收方法和項(xiàng)目存在漏洞。110kV母線保護(hù)在投入前，未按照母差保護(hù)廠家技術(shù)說(shuō)明對(duì)母聯(lián)開(kāi)關(guān)極性進(jìn)行正確接入。分閘線圈質(zhì)量隱患未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

（2）隱患缺陷管理機(jī)制不暢，二次專業(yè)技術(shù)薄弱。運(yùn)行人員對(duì)11024斷路器CT極性配置要求沒(méi)有掌握，對(duì)保護(hù)裝置發(fā)出的異常告警信息沒(méi)有組織深入分析，而是簡(jiǎn)單的投入母線互聯(lián)壓板，消除警告。

（3）測(cè)控裝置（NSD500V）告警功能不完善，運(yùn)行維護(hù)工作不力。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)檢查情況來(lái)看，在裝置出現(xiàn)死機(jī)時(shí)無(wú)告警信息，運(yùn)維人員在巡視和日常監(jiān)控中無(wú)法發(fā)現(xiàn)此缺陷。造成110kV母差保護(hù)失靈動(dòng)作信號(hào)未能及時(shí)上傳，導(dǎo)致各級(jí)調(diào)度、運(yùn)維站不能及時(shí)掌握事件信息。

（4）工程建設(shè)監(jiān)督不力。在工程設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收環(huán)節(jié)存在漏洞。驗(yàn)收時(shí)雖然提出斷路器跳閘位置沒(méi)有接入故障錄波器，但施工單位堅(jiān)持按照設(shè)計(jì)圖紙施工，投運(yùn)后又未及時(shí)進(jìn)行整改，導(dǎo)致隱患未能消除，給故障分析帶來(lái)困難。

4 整改措施

4.1 排查同批次設(shè)備

在全公司范圍內(nèi)開(kāi)展排查ABB公司斷路器，對(duì)機(jī)構(gòu)型號(hào)為 FSA1型斷路器線圈電磁鐵備帽進(jìn)行檢查，有針對(duì)性安排停電，開(kāi)展開(kāi)關(guān)特性、傳動(dòng)試驗(yàn)工作。

4.2 排查同類(lèi)運(yùn)行管理問(wèn)題

在全公司范圍內(nèi)開(kāi)展保護(hù)裝置壓板投退核查工作，立即對(duì)母線保護(hù)裝置“母線互聯(lián)”壓板投退情況和運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行核實(shí)，對(duì)照保護(hù)定值單和設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)保護(hù)壓板投退情況極性逐項(xiàng)全面檢查。開(kāi)展變電站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程的再次核查。主要針對(duì)二次保護(hù)壓板投退說(shuō)明和保護(hù)信號(hào)的意義進(jìn)行專項(xiàng)整改，針對(duì)不同設(shè)備、運(yùn)行方式、不同接線方式細(xì)化每個(gè)信號(hào)、壓板的作用說(shuō)明和投退說(shuō)明。

在全公司范圍內(nèi)對(duì)現(xiàn)有錄波器開(kāi)關(guān)量未接入斷路器位置的間隔進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并制定計(jì)劃進(jìn)行完善。聯(lián)合廠家，制定測(cè)控裝置的巡視和狀態(tài)檢測(cè)方法，確保死機(jī)后能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)一規(guī)范監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)備定義原則。

4.3 規(guī)范設(shè)備驗(yàn)收

加強(qiáng)新設(shè)備驗(yàn)收組織，設(shè)備驗(yàn)收必須編按照規(guī)程要求編制驗(yàn)收細(xì)則，細(xì)化驗(yàn)收項(xiàng)目，規(guī)范驗(yàn)收流程和方法，確保項(xiàng)目齊全，杜絕缺項(xiàng)漏項(xiàng)，嚴(yán)格審核施工單位提供安裝調(diào)試報(bào)告，驗(yàn)收完成后要及時(shí)提供書(shū)面驗(yàn)收記錄和驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。

4.4 加強(qiáng)專業(yè)管理，開(kāi)展人員培訓(xùn)。

加強(qiáng)分析和處理嚴(yán)重、危急缺陷的能力和流程，確保閉環(huán)。進(jìn)一步規(guī)范專業(yè)巡檢的周期和內(nèi)容，特別是二次專業(yè)巡檢要重點(diǎn)核對(duì)采樣值、定值、壓板、差流，對(duì)保護(hù)顯示的數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)要結(jié)合運(yùn)行方深入分析。開(kāi)展培訓(xùn)，提高運(yùn)維人員事件處理綜合能力。

5 結(jié)論

每一次事故都是小概率事件或者是若干個(gè)小概率事件的疊加。電力系統(tǒng)設(shè)備繁多，運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)之間聯(lián)系緊密復(fù)雜，電力系統(tǒng)故障極易產(chǎn)生“蝴蝶效應(yīng)”。此次事故的價(jià)值不僅僅在原因分析，更在于事故調(diào)查過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的歸納和整改。

設(shè)備廠家要對(duì)斷路器分閘開(kāi)關(guān)等關(guān)鍵部件進(jìn)行質(zhì)量控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量。安裝人員要進(jìn)一步提升安裝水平，確保設(shè)備安裝正確。運(yùn)行人員在運(yùn)行的過(guò)程中要正確處理各類(lèi)保護(hù)報(bào)警信息，熟悉裝置說(shuō)明書(shū)，全面提升運(yùn)維水平。

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張 凱（1982-），男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向是高電壓技術(shù)。