220 kV變電站二次設備PT斷線事故分析與處理

李天龍

（山西漳澤電力長治發電有限責任公司，山西 長治 046021）

0 引 言

目前，在雙母線接線形式下的系統運行方式中，繼電保護裝置、計量表計設備的二次電壓都要隨著運行方式的改變進行改變，在電壓切換箱中通常采用了自保持繼電器，用來避免母線刀閘輔助觸點接觸不良或者裝置故障導致保護失去電壓。但是，由于現階段技術條件的影響，刀閘輔助觸點的正確開入不能得到保證，進而會引發二次電壓的強制并列，甚至可能會出現全站二次失壓的嚴重性事故。本文就某220 kV變電站在運行人員完成倒閘操作后出現了一起全站220 kV保護裝置報PT斷線信號的事件進行了剖析，并根據調查結果對二次回路中存在考慮不足的地方進行了改進，避免了類似事件的再發生，提高了電網安全穩定運行的能力[1-3]。

1 事故經過

如圖1所示，該220 kV變電站220 kV間隔采用了雙母線的主接線方式。根據調度要求需要對該變電站的運行方式進行調整，使所有的220 kV間隔全部運行在Ⅱ母上，Ⅰ母處于騰空的狀態。但是當運行人員完成所有的倒閘操作分開母聯開關2012時發現全站220 kV保護裝置發PT斷線告警。通知檢修人員后對各個220 kV間隔的二次電壓進行了測量，發現保護電壓全部為0，全站220 kV間隔失壓。

2 處理過程

在全站220 kV設備報PT斷線信號后，運行人員立即停止了操作并檢查了設備狀態。結果發現，監控后臺只有220 kV母聯2012斷路器分閘的信號和所有220 kV間隔保護裝置二次電壓消失的告警信號，在對應的220 kV間隔保護裝置上也僅僅有PT斷線的告警信號，除此之外再無其他異常信號。

圖1 系統運行方式

再到220 kV設備區檢查后發現2202PT的二次空開處于分閘的位置，而2201PT的二次電壓空開處于閉合的位置，同時一次設備也無異樣。由此，可以初步判斷造成220 kV間隔全部失壓的直接原因為2202PT的二次空開跳閘，而造成空開跳閘的原因主要有二次電壓反充電和空開的損壞[4-5]。

通過對2202PT二次空開的測量發現，空開的上端各相電壓均正常，保持在57.74 V左右，而空開下端電壓均為零。為了驗證是否是二次空開的損壞引起的跳閘，待運行人員停電后對空開的上下端進行了通斷的測試，結果表明空開處于正常運行的狀態。由此可排除電壓二次空開的故障，確認了二次電壓回路短路為該事件的根本原因。

3 原因分析

當220 kV母聯斷路器2012在斷開后，220 kV的Ⅰ母將無壓，如果2201PT引起電壓二次回路短路，那么就可能是電壓二次回路反充電。2202PT通過電壓并列回路向2201PT反充電。

在220 kVⅠ母停電后，雖然停電的一次母線沒有接地，但是其阻抗（包括母線電容和絕緣電阻）仍然很大，不能忽略不計。假設單條母線相間的阻抗為ZM=12 MΩ，對于220 kV電壓互感器而言，變比K為2 200，則從電壓互感器的二次側看到的阻抗只有Zd=ZM/K2=122/2 2002=2.47 Ω，考慮到二次電纜的阻抗ZL=6 Ω，因此可以計算出2202PT二次側的等效阻抗Z=ZM+ZL=8.47 Ω，其二次電壓切換回路中的電流為I=U/Z=100/8.47=11.8 A，近乎短路，故反充電電流較大（反充電電流的大小取決于二次電纜的電阻和兩個電壓互感器的漏抗），將造成運行中的電壓互感器二次空開跳閘或二次保險熔斷，導致運行中的保護裝置失去電壓，嚴重時可能造成保護裝置的誤動或者拒動。

4 驗 證

為了驗證本次事故的根本原因為二次電壓的誤切換向2201PT反充電導致的2202PT二次空開跳閘，只需要把2201PT的二次空開斷開，對電壓切換回路的電纜進行絕緣電阻的測量即可，斷開2201PT的空開后電纜對地以及電纜相間的電阻如表1所示。

表1 電壓二次切換回路電阻的測試結果

由表1可知，電纜各相的絕緣電阻均超過5 kΩ，表明故障已經恢復。待合上2202PT的二次空開后，測量全站220 kV間隔的保護電壓均恢復正常，保護裝置的告警信號復歸。

5 查找故障點

為了找到引起事故的故障點，對全站220 kV間隔進行了逐一排查，排查結果發現運行線路2在倒閘操作完成后刀閘的常閉觸點未能正確返回，導致二次電壓的誤并列，如圖2所示。

將運行線路2的常閉節點手動復歸后，二次電壓誤并列故障解除，至此本次事故處理工作結束。

系統在正常運行條件下，電壓互感器的二次側等效阻抗無限大，等效于開路；而在二次切換電壓反充電的過程中，由于電壓并列回路的存在導致其等效阻抗較小，工作電流較大，會熔斷運行刀閘的二次保險或使空開跳閘，嚴重時還會造成人身和設備損壞的事件。

圖2 二次電壓誤并列示意圖

結合現場大量的實際運行經驗來看，二次切換電壓反充電一般是由如下兩方面導致的。

（1）一次系統分列運行，二次電壓直接強制并列。

該情況常見于完成倒閘后，未合母聯開關及其隔離刀閘，而直接在電壓切換箱中將電壓互感器的并列把手強制到“并列”位置。這時由于一次系統沒有并列運行系統存在一定的電壓差加之電壓互感器的內阻很小，會導致二次電壓切換回路中出現極大的環流，致使電壓互感器的二次空開直接跳閘或者二次保險的直接熔斷，直接使運行中的繼電保護裝置、計量表計的設備失壓，嚴重影響保護裝置的正確動作行為。

（2）二次電壓并列回路中沒有設置重動的接點，即電壓互感器二次回路中沒有串接由電壓互感器隔離刀閘起動的重動繼電器接點。

該情況常見于需要將某條母線的電壓互感器退出運行進行檢修，兩條母線并列運行。在一次系統已經完成并列后，按照操作要求需要將二次切換電壓的并列把手打在“并列”位置，令二次側正常并列。然后斷開待檢修電壓互感器的二次空開或者取下二次保險，分離待檢修的電壓互感器。可能出現的問題有：如果待檢修電壓互感器的二次空開沒有可靠斷開，則電壓并列回路中的環流會使運行中的電壓互感器二次空開跳閘，致使整條母線失壓；如果正常運行的電壓互感器二次空開沒有準確跳開，則可能造成運行中的電壓互感器通過并列回路向一次側反送電，導致待檢修的電壓互感器本體損壞，嚴重時危及檢修人員人身安全。

通過分析可以看到，運行間隔在完成倒閘操作后刀閘的常閉接點沒有及時正確地返回是本次事故的根本原因所在。目前，電壓切換箱中只在母線刀閘的常開觸點后串接了指示燈，指示目前間隔所運行的母線位置，但是由于保持繼電器的存在，人們無法看到保持繼電器是否已經準確的返回。為此，提出了在刀閘的常閉觸點后也串接一個指示燈，用以判別保持繼電器是否已經可靠的返回。

6 結 論

在本次事故中，該變電站220 kV電壓切換箱采用的是刀閘的雙位置保持繼電器。通過該事件我們也能發現該接法不可靠，因此建議采用刀閘的單位置繼電器的形式，即只采用刀閘的常開觸點，這樣通過電壓切換箱上的指示燈就可以明確快速地判斷出運行間隔所處在位置，而不用擔心繼電器是否可靠返回。