一起主變保護(hù)裝置無故障跳閘事故原因分析

羅皓文

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一起主變保護(hù)裝置無故障跳閘事故原因分析

羅皓文

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司荊門供電公司，湖北荊門 448000）

本文介紹了一起主變保護(hù)裝置無故障跳閘事故。通過分析現(xiàn)場(chǎng)事件報(bào)文記錄的時(shí)序關(guān)系，對(duì)比故障發(fā)生前后保護(hù)裝置的運(yùn)行差異情況，抽離出影響保護(hù)動(dòng)作邏輯的關(guān)鍵因素。同時(shí)，借助故障模擬試驗(yàn)，重現(xiàn)了保護(hù)裝置的誤動(dòng)作行為，發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部的硬件回路缺陷。最后，對(duì)故障原因進(jìn)行了深入分析與總結(jié)，并提出了相應(yīng)的防范措施。

主變保護(hù)；無故障跳閘；動(dòng)作邏輯；模擬試驗(yàn)

繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置是保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防線，其承擔(dān)著故障隔離、設(shè)備防護(hù)、供電恢復(fù)等重要作用。一直以來，輸變電工程中始終將繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的“可靠性”作為最優(yōu)先指標(biāo)進(jìn)行衡量，并貫穿于規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行各個(gè)階段[1]。然而，實(shí)際情況中繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)作事故仍時(shí)有發(fā)生。有文獻(xiàn)表明，定值整定出錯(cuò)、絕緣不良、回路故障、電磁干擾等因素會(huì)引發(fā)保護(hù)誤動(dòng)作事故[2-4]。以往的事故分析多集中在繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置外部回路上，對(duì)裝置本身元件及回路故障少有涉及。本文以一起主變保護(hù)裝置無故障跳閘事故為例，深入研究保護(hù)裝置內(nèi)部回路，通過重現(xiàn)保護(hù)裝置的誤動(dòng)作行為，對(duì)其誤動(dòng)作原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的整改措施。

1 事故概況

某110kV變電站為常規(guī)綜自變電站，站內(nèi)有主變壓器2臺(tái)（總?cè)萘?0MVA），其110kV、35kV及10kV側(cè)一次主接線形式均為單母分段方式。事故發(fā)生前變電站運(yùn)行方式是，110kV母線分列運(yùn)行，110kV楊觀線掛#1母線供#1主變，110kV麗楊線掛#2母線供#2主變；#2主變帶全站35kV負(fù)荷運(yùn)行，35kV分段開關(guān)在合位；#1主變帶全站10kV負(fù)荷運(yùn)行，10kV分段開關(guān)在合位。該變電站一次接線如圖1所示。

2016年10月21日9時(shí)許，該站正進(jìn)行35kV #4母線停電操作。當(dāng)運(yùn)行人員遙控分開35kV分段38開關(guān)不久后（約9s），同一系統(tǒng)的10kV分段21開關(guān)突然跳閘，造成10kV #8母線失壓。事故造成站內(nèi)10kV #8母線上4條饋線損失負(fù)荷共計(jì)1.72MW。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查與試驗(yàn)

2.1 設(shè)備檢查情況

事故發(fā)生后，通過檢查監(jiān)控后臺(tái)報(bào)文記錄，未發(fā)現(xiàn)任何保護(hù)動(dòng)作信息。僅有的內(nèi)容顯示（見表1），在35kV分段38開關(guān)遙控分閘后，35kV #4母線隨即失壓，并同時(shí)造成#1主變保護(hù)“PT斷線”告警；隨后，10kV分段21開關(guān)無征兆跳閘，引起10kV #8母線失壓，并造成#2主變保護(hù)“PT斷線”告警。

除此之外，通過檢查站內(nèi)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)幾處異常告警。其中，#1主變保護(hù)裝置面板顯示“三相TV斷線”（為35kV #4母線停電操作后母線失壓所致）；#2主變保護(hù)裝置面板顯示“三相TV斷線”（為10kV分段跳閘后10kV #8母線失壓所致）。

圖1 變電站一次接線圖

表1 監(jiān)控后臺(tái)報(bào)文記錄

2.2 設(shè)備試驗(yàn)情況

為驗(yàn)證分段開關(guān)控制回路的完整性，在恢復(fù)供電階段加用分段開關(guān)充電保護(hù)前，還需對(duì)開關(guān)進(jìn)行整組分合試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，無論是手動(dòng)合閘還是遙控合閘，開關(guān)均動(dòng)作失敗。其現(xiàn)象是：合閘命令下發(fā)后，開關(guān)機(jī)構(gòu)合閘線圈能夠勵(lì)磁，但在開關(guān)合上后瞬間脫扣跳閘。

再次檢查10kV分段開關(guān)控制回路，發(fā)現(xiàn)該間隔保護(hù)裝置背板“保護(hù)跳閘開入”端子對(duì)地電位為正（約+110V），說明此時(shí)有跳閘節(jié)點(diǎn)開入。通過解開外部二次回路進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)到#1主變跳分段R33電纜芯帶正電，也同時(shí)定位到#1主變后備保護(hù)跳分段節(jié)點(diǎn)閉合并保持。

3 原因分析

綜合上述檢查情況來看，在本次10kV分段開關(guān)跳閘事故發(fā)生前后，監(jiān)控后臺(tái)并未記錄到站內(nèi)二次設(shè)備的異常告警或保護(hù)動(dòng)作報(bào)文（“PT斷線”告警除外）。因此，沒有直接證據(jù)表明分段開關(guān)跳閘前系統(tǒng)曾發(fā)生過一次故障。除此之外，通過綜合分析“#1主變后備保護(hù)跳10kV分段節(jié)點(diǎn)閉合并保持”這一異常現(xiàn)象，不難推斷出10kV分段開關(guān)為無故障跳閘，且與#1主變后備保護(hù)節(jié)點(diǎn)誤動(dòng)作密切相關(guān)。

3.1 保護(hù)節(jié)點(diǎn)誤動(dòng)作原因分析

保護(hù)裝置節(jié)點(diǎn)誤動(dòng)作可能性有以下3種：

1）插件內(nèi)部積灰導(dǎo)致回路絕緣降低并擊穿。

2）出口繼電器節(jié)點(diǎn)燒毀或粘連。

3）保護(hù)裝置內(nèi)部誤驅(qū)動(dòng)。

分析一：在仔細(xì)檢查#1主變后備保護(hù)裝置跳閘插件后，證實(shí)其本身積灰情況并不嚴(yán)重，且觸發(fā)跳閘的出口繼電器焊接良好。因此，原因1）將不是造成本次故障的原因。再者，通過對(duì)該出口繼電器進(jìn)行電氣檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)繼電器線圈電阻符合要求，且相關(guān)動(dòng)作特性良好，這也間接排除了繼電器燒毀或節(jié)點(diǎn)粘連導(dǎo)致跳閘的可能性。

分析二：在將#1主變后備保護(hù)裝置重啟后（此時(shí)35kV系統(tǒng)已送電，保護(hù)裝置“PT斷線”告警復(fù)歸），發(fā)現(xiàn)該跳閘出口節(jié)點(diǎn)自動(dòng)復(fù)歸并不再保持。將保護(hù)裝置節(jié)點(diǎn)異常動(dòng)作與自動(dòng)復(fù)歸這兩起事件中的差異因素聯(lián)系起來，并借助相關(guān)報(bào)文在時(shí)間軸上的觸發(fā)順序來分析，可以猜測(cè)本次跳閘時(shí)間事件與保護(hù)裝置“PT斷線”異常告警有關(guān)。例如，根據(jù)表1報(bào)文顯示，在#1主變保護(hù)觸發(fā)“PT斷線”告警信號(hào)278ms后，10kV分段開關(guān)位置由分到合。除去跳閘線圈動(dòng)作時(shí)間及開關(guān)變位信號(hào)上送時(shí)間，可以認(rèn)為保護(hù)裝置告警與分段出口節(jié)點(diǎn)閉合觸發(fā)順序在時(shí)間軸上極為接近。

分析三：為證實(shí)保護(hù)裝置異常告警導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)誤動(dòng)作的可能性，現(xiàn)對(duì)#1主變后備保護(hù)裝置開展故障模擬試驗(yàn)。其試驗(yàn)步驟如下：

1）將保護(hù)裝置重啟。

2）將斷開中壓側(cè)電壓空開，模擬35kV母線失壓情況。

3）用萬用表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該出口節(jié)點(diǎn)的通斷情況。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在電壓空開斷開約9s后，保護(hù)裝置觸發(fā)“PT斷線”告警，同時(shí)跳閘出口節(jié)點(diǎn)立即動(dòng)作并保持，該現(xiàn)象與事故發(fā)生時(shí)刻監(jiān)控后臺(tái)記錄報(bào)文情況相符。

基于上述分析結(jié)果可以判斷，本次10kV分段開關(guān)跳閘是由#1主變后備保護(hù)低分段出口節(jié)點(diǎn)誤動(dòng)作導(dǎo)致的，并且裝置“PT斷線”告警現(xiàn)象會(huì)觸發(fā)節(jié)點(diǎn)誤動(dòng)作。

3.2 保護(hù)硬件回路缺陷分析

通過查閱保護(hù)裝置說明書及定值清單，證實(shí)#1主變后備保護(hù)裝置并不存在“PT斷線”后觸發(fā)跳閘的邏輯通道，考慮到該型號(hào)保護(hù)裝置的技術(shù)成熟程度，可以判斷保護(hù)裝置硬件回路存在缺陷的可能性較大。

為證實(shí)上述假設(shè)，在對(duì)其硬件回路進(jìn)行細(xì)致檢查后，發(fā)現(xiàn)裝置PCB母板上有幾處不尋常的焊接痕跡，具體如圖2所示。

圖2 母板布置圖

為便于分析保護(hù)裝置硬件回路連接情況，特將保護(hù)裝置控制板原理圖繪制如圖3所示。圖3中SIGNAL∶b16節(jié)點(diǎn)為信號(hào)板驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)，TRIP∶b20節(jié)點(diǎn)為跳閘板驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)CK13繼電器（備用節(jié)點(diǎn)）及CK8繼電器（低分段跳閘出口）；CPU2∶z22節(jié)點(diǎn)以及CPU∶b18節(jié)點(diǎn)均為保護(hù)開出節(jié)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)“裝置呼喚”及“低分段出口”兩個(gè)功能。其中SIGNAL∶b16節(jié)點(diǎn)與CPU2∶z22節(jié)點(diǎn)在PCB母板布線連接；TRIP∶b20節(jié)點(diǎn)與CPU∶b18在PCB母板布線連接；而SIGNAL∶b16與TRIP∶b20卻為人工焊接。

對(duì)照?qǐng)D3分析，若將上述4個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)短接，相當(dāng)于保護(hù)裝置CK8、CK13兩個(gè)出口繼電器受CPU跳分段出口節(jié)點(diǎn)與CPU2裝置呼喚節(jié)點(diǎn)雙重控制。在這種情況下，一旦保護(hù)裝置CPU2裝置呼喚節(jié)點(diǎn)動(dòng)作，就將同時(shí)動(dòng)作CK8及CK13繼電器，有誤跳10kV分段開關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。在仔細(xì)查閱裝置說明書及詢問廠家技術(shù)人員后，證實(shí)“裝置呼喚”的含義是裝置本身出現(xiàn)運(yùn)行異常，保護(hù)裝置“PT斷線”邏輯上會(huì)觸發(fā)“裝置呼喚”節(jié)點(diǎn)動(dòng)作。

通過比對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，發(fā)現(xiàn)CK13繼電器的備用節(jié)點(diǎn)在出廠設(shè)計(jì)上被定義為“閉鎖低備投”，但站內(nèi)實(shí)際無10kV備自投。廠家設(shè)計(jì)人員希望通過人為短接線同時(shí)驅(qū)動(dòng)CK8及CK13兩個(gè)繼電器來分別實(shí)現(xiàn)跳低分段及閉鎖低備投的功能，但卻忽視了已在PCB上布置的“裝置呼喚”回路連接線，導(dǎo)致硬件上出現(xiàn)寄生回路。

基于上述分析情況可以判斷，保護(hù)裝置出口節(jié)點(diǎn)誤動(dòng)作的原因在于其硬件回路存在缺陷，廠家錯(cuò)誤地將跳閘出口繼電器與備用出口繼電器驅(qū)動(dòng)入口短接，造成繼電器被誤驅(qū)動(dòng)。

圖3 控制板原理圖

4 結(jié)論

本文圍繞一起主變保護(hù)裝置無故障跳閘事故，通過重現(xiàn)保護(hù)裝置的誤動(dòng)作行為，對(duì)保護(hù)裝置節(jié)點(diǎn)誤動(dòng)作的起因開展了深入分析。為防止保護(hù)裝置內(nèi)部誤驅(qū)動(dòng)造成的無故障跳閘事故的再次發(fā)生，本文特提出以下幾點(diǎn)防范措施：

1）保護(hù)裝置投運(yùn)前應(yīng)做好設(shè)備驗(yàn)收工作，除了保護(hù)邏輯外，還應(yīng)對(duì)裝置本體（例如元器件外觀、焊接情況等）進(jìn)行檢查。對(duì)于硬件裝置上的人工焊線的痕跡，應(yīng)要求供應(yīng)商給予書面說明。

2）保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況一致，與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不符的備用節(jié)點(diǎn)及相關(guān)回路應(yīng)隔離清楚。

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Analysis of a Case of Transformer Protector Tripping with Non-Fault

Luo Haowen

(SGCC Jingmen Power Supply Company, Jingmen, Hubei 448000)

This paper presents a case of transformer protector tripping with no fault, by the methods of analyzing sequential relationship the field event message records, comparing the difference of the operation of the protector before and after the fault of the situation, extracting the key factors that influencing the logic of the protective action. Meanwhile, in virtue of fault simulation test, we reappeare mal-operationof the protector, and detact the bug on hardware loop inside the device. At length, analyzing and summarizein depth on the cause of the fault, and introducing the corresponding preventive measures.

maintransformer protection; tripping with-fault; logical action; simulation test

羅皓文（1989-），男，湖北省荊門市人，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作。