一起冷控回路設計缺陷導致220kV 主變跳閘事故的原因分析

孫 儀 彭 偉 賈 偉 李玉龍 呂學增 王 波 陳天宇 楊 子

（國網安徽省電力有限公司 調度控制中心，安徽 合肥230000）

1 概述

在電力系統中，主變壓器是一個變電站的核心部分，是保證供電安全和電力系統安全穩定運行的關鍵設備。主變壓器故障率不高，但是一旦出現跳閘等故障就會對電網運行造成重大影響。因此，分析主變壓器的故障原因，并采取相應的防范措施就具有非常重要的意義。本文對一起220kV變電站因冷控電源設計缺陷造成主變跳閘事故的原因進行了詳細分析，并提出了減少同類原因造成主變跳閘事故的解決方法。

2 故障基本情況

2.1 故障前變電站內運行方式。2019 年X月X日12 點32 分23 秒，220kV某變電站1 號主變非電量延時動作跳開三側開關。

該變電站一次接線圖見附圖4，220kVⅠ、Ⅱ母并列運行，1、2號主變分別運行于220kVⅠ、Ⅱ母；110kV 母線分列運行，110kVⅠ母帶有負荷573 線，571 線，536 線，其中573 開關在運行，571、536開關在熱備用，10kV母線分列運行。該變電站573 線為110kV A變、110kV B變、110kV C變電源線路，其中A變573 開關在運行，B 變、C 變573 開關在熱備用。該變電站1、2 號站用電分別接至10kVⅠ、Ⅱ母，3 號站用電由124 線供電，事件發生前1、2 號站用電各帶一段負荷分列運行，3 號站用電低壓側冷備用。

2.2 故障基本情況。《220kV某變電站用電屏更換工程》為公司2019 年技改項目，由公司變電檢修室負責施工。計劃施工工期為2019 年X月5 日-X月6 日。由于站用電屏為站內主變冷控電源、開關儲能電源、直流充電機電源等站內主要負荷供電，而220kV該變兩臺主變均為強迫油循環風冷型變壓器。因此必須在確保站用電負荷在不停電的基礎上完成本次站用電屏更換工作。

施工步驟為：1、3 號站用變壓器為第一路臨時站用電屏主供電源；2、將1 號站用變壓器為第二路臨時站用電屏主供電源；將原站用電屏上負荷改接至臨時站用電屏；3、拆除舊站用電屏；4、新站用電屏就位安裝調試后送電；5、將臨時站用電屏上的站用電負荷重新改接至新站用電屏上。X月2 日新站用電屏、工器具、材料已提前進場，相關準備工作就緒。X月3 日，站用電屏更換工作正式開始。當日上午10 時50 分，已完成3 號站用電改接接至臨時站用電屏上工作。正在進行“將站用電Ⅰ段負荷電源改接至臨時站用電屏”工作。

11 時06 分，該變電站運維人員應檢修工作負責人要求在主變冷控箱內將1 號主變冷控電源由“Ⅰ段工作，Ⅱ段備用”切至“Ⅱ段工作，Ⅰ段備用”，切換過后，變電運行人員根據現場運行規程檢查1 號主變冷卻器潛油泵工作指示正常，2 號、3 號冷卻器正常啟動，風機工作正常，冷控箱電源指示正常，無故障指示信號，確認電源切換正常。當即，現場操作人員詢問主控室有無異常信號，主控室運行人員回復后臺監控發“#1 主變冷控失電”信號，現場操作人員判斷為操作過程中發出的瞬時信號，屬正常情況。

11 時25 分，運維人員告知檢修工作負責人1 號主變冷控電源已經切至Ⅱ段工作，并為其辦理變電第二種工作票“1 號站用電舊屏拆除，新屏設列，電源改造及傳動試驗”工作開工。

11 時32 分，檢修人員將原1 號站用電屏上1 號主變Ⅰ段冷控電源拉開，并準備解下接到臨時移動電源盤上。

12 時33 分，地調監控人員打電話告知運維人員該變電站1 號主變故障跳閘。

圖1 該變電站1 號主變負荷曲線

同時110kV A變573 開關跳閘，備自投動作，531 開關合閘帶石城變全站負荷。由于110kV B變、C變573 開關在熱備用狀態，備自投未動作。該變電站10kVⅠ段損失負荷15MW。

12 時50 分，師專變運維人員檢查后匯報調度師專變1 號主變非電量延時跳開3 側開關，主變外觀檢查無明顯異常；13 時11 分，分段100 開關合上，恢復10kV負荷；13時48 分，母聯500 開關合上，恢復110kVⅠ母線運行；

2.3 保護動作情況。11 時06 分運行人員進行冷控電源切換工作時，保護發“冷控失電”信號；11 點32 分工作人員拉開Ⅰ段站變電源致使冷控電源Ⅰ段失電后，主變保護屏（一）A 盤上再次啟動“冷控失電”，延時60 分鐘后“冷控失電保護”延時跳閘動作，跳開主變三側開關。

3 現場檢查及主變恢復情況

3.1 現場檢查情況。（1）現場取主變本體油樣進行色譜分析，未發現異常。（2）現場重新模擬冷控電源故障過程。

試驗一：在Ⅰ、Ⅱ段電源都投入的情況下，在將1 號主變冷控電源由“Ⅰ段工作，Ⅱ段備用”切至“Ⅱ段工作，Ⅰ段備用”過程中發現，保護裝置短時發出“#1 主變冷控失電”信號后，并且實際并未切換至Ⅱ段電源，仍由Ⅰ段電源通過備用回路（SAM1 切換把手的15-16 接點）為冷卻器供電。拉掉Ⅰ段電源，冷卻器全停，同時發出“#1 主變冷控失電”信號，啟動延時跳閘回路，與主變跳閘過程完全一致。試驗二：模擬在站用電屏上切換冷控電源試驗，在Ⅰ、Ⅱ段電源都投入的情況下，SAM1 切換把手打在“Ⅰ段工作，Ⅱ段備用”位置時，拉掉“#1 主變冷卻器Ⅰ段電源”，發出“#1 主變冷控失電”信號，“#1 主變冷卻器Ⅱ段電源”自動投入。運行人員必須在保護裝置上手動復歸“#1 主變冷控失電”信號后，在下次模擬試驗時，該信號才會重新發出。

3.2 主變恢復情況。14 時40 分，運維人員向調度申請將1 號主變由熱備用轉冷備用對主變進行檢查試驗；14 時44 分，區調口令將1 號主變由熱備用轉冷備用；16 時10 分，現場檢查結束，檢修人員通過多次現場模擬操作，確認無誤后，向運行人員交待冷控電源操作注意事項。先將“工作電源斷相控制開關”即SAM5 切換把手打至停止位置，然后將“Ⅰ、Ⅱ電源轉換開關”即SAM1 打至“Ⅱ段工作，Ⅰ段備用”位置；17 時05 分，檢修人員對1 號主變試驗及冷卻器檢查傳動，確認無異常后，運維人員匯報調度1 號主變油試驗正常，可以投入運行；18 時20 分，該變電站1 號主變2801 開關合上，1 號主變恢復運行。該變電站恢復正常運行方式。

4 主變跳閘原因分析

4.1 主變冷控電源改造背景。現場調試檢查發現，在切換Ⅰ段Ⅱ段電源切換把手時，會有短時Ⅰ段Ⅱ段電源交流接觸器同時斷電現象，導致K10 繼電器吸合，相關常開接點閉合，工作電源斷相控制和指示回路中的K7 繼電器吸合，導致Ⅰ段Ⅱ段電源不能正常切換。若切換把手原先位置在“Ⅰ段工作Ⅱ段備用”（SAM1 切換把手的13-14 接點回路），切換到“Ⅱ段工作Ⅰ段備用”位置，并不能由Ⅱ段電源供電工作，仍由Ⅰ電源經備用回路（SAM1 切換把手的15-16 接點）供電工作。

該廠家設計缺陷在2005 年該變電站進行站用變總開關手動操作改自動切換改造時已被發現并進行了整改。在K10 繼電器動作回路中加入延時繼電器，以躲過切換時，由于Ⅰ段Ⅱ段電源交流接觸器同時斷電的缺陷。整改后，經現場多次試驗，均能正常切換Ⅰ段Ⅱ段電源。因此，當時并未修改運行的冷控操作規程。

圖2 #1 主變冷卻器故障SOE 告警

4.2 主變跳閘原因分析。冷控回路固有設計缺陷是跳閘的直接原因，兩段電源正常供電情況下，在進行冷控電源定期切換時，通過SAM1 切換把手，可實現冷控電源Ⅰ段至Ⅱ段間切換啟動。但實際工作電源始終為Ⅰ段，并未真正切換至Ⅱ段。而從冷控電源原理圖及主變冷控箱面板指示上，無法反應出主變冷控箱電源工作在Ⅰ段還是Ⅱ段。該缺陷無法通過定期切換試驗發現。

在11 時32 分，檢修人員將原1 號站用電屏上“1 號主變Ⅰ段冷控電源”拉開并解下，此時Ⅰ段冷卻器電源停止供電，由于11 時06 分冷控箱電源在切換過程中，發出的“#1 主變冷控失電”信號，經過257ms 保護裝置開入信號返回，但保護裝置至后臺監控的信號未及時復歸，沒有再次發出“#1 主變冷控失電”信號。

此時由于未正常切換至Ⅱ段冷卻器電源，同時主變冷卻器已失去Ⅰ段電源供電，導致兩段電源均未投入，造成主變冷卻器全停延時跳閘繼電器啟動。此時#1 主變冷控失電“信號已發至保護裝置，但由于保護裝置11 時06 分的信號未復歸，不能再次發出”#1主變冷控失電“信號至監控后臺。冷卻器全停延時跳閘繼電器啟動1 小時后主變跳閘。

5 故障暴露的問題及解決方法

針對此次主變跳閘事故，下一步需強化現場安全管控力度，加強現場安全到位監督，在臨時站用電屏帶部分站用電負荷和主變冷控電源運行時，派專人在主變現場蹲守，密切注意主變冷卻器運行情況。結合本次主變跳閘事件，在全公司范圍內開展5 臺主變冷卻器電源隱患排查，對存在有類似操作隱患的主變，重點進行整改。重新修改220kV變電站以及排查出存在問題的其他變電站運行規程，修訂強迫油循環風冷主變冷控電源定期切換作業指導書的修訂，對運行、檢修、監控人員有針對性進行培訓，明確在同類現場工作操作過程中的注意事項。