一起220 kV斷路器合閘故障分析與處理

馬 凱，蒲道杰，胡義濤，高 燃，束 暢

(國網安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽 合肥 230009)

斷路器既能夠在正常情況下接通和斷開回路，也可以在發生故障時由保護裝置發出命令切除故障回路或者在瞬時故障消除后接通回路恢復送電，因此其具有控制和保護雙重功能。斷路器手動或自動合閘后，手動合閘按鈕或自動裝置觸點發生粘連時，如果斷路器合閘于永久性故障，會導致斷路器發生不斷跳閘、合閘的現象，為了防止出現此類“跳躍”現象，目前大多數斷路器廠家都會設置防跳繼電器，并將其常閉節點串入合閘回路中[1]。由于斷路器中二次元件多、回路多，如果接線設計不合理或繼電器參數選取不當，可能會產生寄生回路[2]。斷路器一旦發生分合閘故障，將嚴重影響供電設備的安全、可靠運行[3-7]。

1 設備故障經過

某500 kV變電站220 kV設備采用SF6全封閉組合電器(GIS)，生產廠家為中電裝備恩翼帕瓦(山東)高壓斷路器有限公司。220 kV肥常2815斷路器生產型號為MFPT-250-50L，制造時間為2011年12月，投運日期為2012年5月，其銘牌如圖1所示。該220 kV GIS的主接線形式為雙母雙分段，共有2條主變進線間隔，10條出線間隔，2個母聯間隔和2個分段間隔。事故發生前，220 kV肥常2815斷路器接在220 kVⅠB母上運行，運行電壓為228.74 kV，A、B、C三相電流為269.5 A、262.5 A、249.6 A，線路輸送功率P=102.7 kW，Q=13.4 kvar。

圖1 220 kV肥常2815斷路器銘牌參數

2017年9月9日7:48，該500 kV變電站220 kV肥常2815線路C相接地故障跳閘，兩套保護均正確動作，重合閘正確動作，重合不成加速三跳，其動作保護報告如圖2所示。

圖2 線路保護動作報告

斷路器跳閘后，技術人員迅速開展一、二次設備檢查，檢查重點為一次設備外觀及斷路器實際位置，保護、故障錄波動作報告及操作箱、測控等裝置及打印故障報告。經檢查現場一、二次設備正常；監控后臺有“斷路器第一組控制回路斷線、斷路器第二組控制回路斷線、光纖閉鎖保護(RCS902A)裝置異常、光纖縱差保護保護(RCS931A)裝置閉鎖、線路無電”異常信號。當值人員檢查保護復歸后無異常指示燈及信號，與省調監控核對確認(雙方均有當時的調度錄音) C相線路故障消失后，認為“控制回路斷線”為輔助節點配合問題誤發信號，試送成功后會自動消失。9:26，省調監控后臺合閘，C相合閘成功，A、B相合閘失敗，非全相動作三相跳閘。9:45，運行人員拉開220 kV肥常2815斷路器控制電源空氣開關，A、B、C三相跳閘開入全部變為跳位，“控制回路斷線”信號復歸。調閱220 kV肥常2815斷路器的位置變換信號如圖3所示。

圖3 220 kV肥常2815斷路器位置變換信號

2 故障查找

220 kV肥常2815斷路器試送不成功后，技術人員在事故現場開展檢查，詳細過程如下。

a. 現場檢查斷路器本體SF6壓力、儲能、外觀及機構箱內部均正常。

b. 現場就地分合斷路器正常，測試非全相保護功能正常。

c. 開展斷路器動作特性試驗，試驗結果如表1所示，各項試驗數據正常。

表1 220 kV肥常合閘電阻及動作試驗數據

d. 分別模擬A、B、C單相瞬時接地故障，保護單跳單重，保護、操作箱及斷路器正確動作。

e. 對故障情況進行模擬，首先把非全相壓板投上，斷路器三相處于合位，模擬C相單相故障重合閘后加速三跳操作。接著再進行三相合閘，A、B相合不上，C相合上，2 s后非全相動作跳開C相，故障模擬現象與現場實際故障過程一致。

檢查二次回路發現A、B相跳位監視回路09A、09B及合閘回路07A、07B無負電返回，A、B相合閘回路不通。而C相正常，跳位監視回路09C及合閘回路07C電位為-57 V。進一步檢查發現A、B相防跳繼電器一直處于自保持狀態，合閘回路中防跳繼電器常閉節點1-4斷開，測量防跳繼電器1端(線圈A1端)電壓是-2 V左右，8端(線圈A2端)電壓是-65 V，線圈兩端壓差為63 V，合閘及防跳回路見圖4。

圖4 合閘及防跳回路

f. 對A相斷路器防跳繼電器試驗，A相斷路器在合位，同時有跳合閘命令時，A相斷路器跳開，防跳繼電器動作且不復歸。

g. 現場拉合操作電源后，斷路器三相防跳繼電器復位，再次對斷路器進行分合閘檢查無異常。

3 原因分析

從現場檢查現象分析，斷路器單相故障單跳單重然后加速三跳后，A、B相防跳繼電器自保持不復歸，導致A、B相合閘回路切斷，是省調監控遙合閘不成功的直接原因。

220 kV肥常2815斷路器在“單跳單重—加速三跳”動作過程中，三相斷路器的合閘命令和分閘命令同時存在，時間邏輯見圖5。相對保護啟動時間，“重合閘出口動作時間”為872 ms，“重合閘出口返回時間”為993 ms，“跳閘出口動作時間”為976 ms。

圖5 合閘、分閘命令同時存在

現場故障情況是C相單相故障，單相重合于故障，加速三跳；保護裝置發重合閘命令時(三相同時發出)，2815斷路器A、B相在合位，其輔助斷路器21-22節點閉合，合閘脈沖到來時，防跳繼電器TFA立即帶電、TFA常閉輔助節點1-3閉合(自鎖)、1-4斷開(動作時間50 ms)，將A、B相合閘回路斷開；當A、B相斷路器接到分閘命令后，斷路器分閘(分閘時間<30 ms)，延時20 ms后，串入監視回路的斷路器常閉輔助節點65-66閉合(跳位監視回路接通)，此時防跳繼電器TFA的常開節點1-3尚未斷開，跳位監視回路與防跳回路串通，導致防跳繼電器再次帶電，切斷合閘回路，導通回路見圖6。

圖6 防跳繼電器通過監視回路導通

當肥常2815斷路器A、B相在合閘狀態時，經“重合閘—加速跳閘”動作過程后防跳繼電器與跳位監視回路接通，導致防跳繼電器帶電，合閘回路斷開。肥常2815斷路器C相能正常合閘的原因為：C相本身在分位，必須斷路器先合上，防跳繼電器才動作，不會閉鎖合閘；跳位監視回路與防跳繼電器接通時間比A、B相要短1個斷路器合閘過程時間。

該型斷路器合閘時間小于100 ms、分閘時間小于30 ms(見圖1)，斷路器輔助斷路器與主觸頭動作時序見圖7，常開輔助節點比主觸頭延遲閉合7 ms、提前斷開4 ms。常閉輔助節點比主觸頭提前斷開43 ms、延遲閉合20 ms。

圖7 斷路器輔助節點與主觸頭動作時序

經查閱防跳繼電器信息如下：線圈額定規格DC110 V、19 mA，電阻值5.75 kΩ，動作電壓70%以上(77 V)，復位電壓10%以下(11 V)，動作時間50 ms以下，復位時間30 ms以下。跳閘位置監視繼電器TWJ阻值為10 kΩ，動作電壓60 V。按此阻值比，防跳繼電器通過跳位監視回路自保持時線圈TFA分壓40.15 V。跳位監視回路見圖8。

經查閱該斷路器出廠試驗報告，該斷路器具體合閘時間為98 ms，分閘時間為28 ms，結合保護動作報告、斷路器輔助斷路器與主觸頭動作時序，防跳繼電器輔助節點動作時間，綜合分析推斷保護延時時間為15 ms，A、B相與C相動作時序見表2，該表動作時序詳細說明了A、B相合閘回路被防跳回路斷開、C相合閘回路不受影響的邏輯。

表2 220 kV肥常2815斷路器三相動作時間邏輯表

圖8 線路間隔控制回路圖

4 整改措施

查明合閘故障原因后，在斷路器轉檢修前，當值人員再遇到該類斷路器重合閘失敗加速三跳情況時，要斷開操作電源復歸防跳繼電器，否則斷路器不能合閘。將該條意見寫進運行規程中，并明確告知運維人員。后續220 kV肥常2815斷路器轉檢修時，對該斷路器的防跳回路進行整改，可參考以下2種方案。

方案1：更換防跳繼電器，在跳位監視回路中增加防跳繼電器的一對常閉接點(見圖9)。

圖9 整改方案1

方案2：對機構內部接線進行改造，將原供合閘用的防跳繼電器常閉接點串入跳位監視回路(見圖10)。

圖10 整改方案2

5 結束語

本次故障是在線路單永故障時，經“重合閘—加速跳閘”動作過程后，非故障相斷路器防跳繼電器與跳位監視回路接通，導致防跳繼電器帶電，其串入合閘回路的常閉節點斷開，合閘回路斷開。雖然沒有引起其他擴大事故，但也給正常的生產運行造成重大影響，是一起非常嚴重的設備隱患。為了吸取經驗教訓，防止類似故障發生，下一步對該隱患開展斷路器二次回路排查。

參考文獻：

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