一起500kV斷路器誤跳閘故障分析與處理

王宏達 段琰璞

摘要：針對某核電站5022斷路器誤跳閘事件，分析了斷路器誤跳閘原因，是由于跳閘回路電纜過長，線路上分布電容過大，在直流發生一點接地時，導致了斷路器誤跳閘;結合故障原因，提出了在跳閘回路中增加功率交的中間繼電器，從而確保中間繼電器動作電壓滿足標準要求。現場跳閘回路經改造后，重新進行模擬接地試驗，達到預期結果。

關鍵詞：斷路器;直流接地;誤跳閘;

0 故障概述

2012年9月11日，某核電站500 kV開關站第1至3串正常合環運行。16時24分，開關站第2串中間斷路器5022三相突然跳閘。隨后，試驗人員分別對保護裝置、斷路器本體、網絡控制系統（NCS）/數字控制系統（DCS）、直流控制電源燈等進行了檢查，檢查情況如下：

（1）檢查5022斷路器所在的線路保護、短引線保護、斷路器保護、發變組保護裝置，均未發出跳閘信號;

（2）檢查故障錄波裝置，僅有5022斷路器變位信號，網頻率、電壓未改變;

（3）對斷路器本體進行檢查，無任何異常報警;

（4）對網絡控制系統（NCS）/數字控制系統（DCS）監控后臺進行檢查，無任何異常報警;

（5）檢查直流絕緣監測裝置，發現母線正極對地絕緣電阻為0 Ω，存在欠壓報警，從而表明了發生直流正極金屬接地。

由此初步判斷可能是5022斷路器控制直流系統正極一點接地導致其跳閘繼電器誤動作，從而引起斷路器誤跳閘[1]。本文對斷路器偷跳事件進行了故障模擬和理論仿真分析，提出了直流一點接地導致斷路器跳閘的可能并制定相應地改造方案。

1 故障排查

通常情況下，斷路器的直流正極一個點接地不會引起斷路器跳閘，只有當跳閘回路分布電容較大使跳閘繼電器上的電壓達到跳閘繼電器動作電壓時則會引起跳閘。為了找出5022斷路器誤跳閘根本原因，將500 kV開關站5022開關停電，進行斷路器跳閘回路絕緣及電纜屏蔽接地、控制回路分布電容測量及中間繼電器動作電壓、動作電流測試等檢查工作，并模擬直流接地故障，對中間繼電器兩端電壓進行錄波。

1.1斷路器跳閘回路檢查

（1）斷路器跳閘回路絕緣檢查

5022斷路器跳閘回路原理圖如圖1所示，檢查跳閘回路絕緣，絕緣電阻均大于500 MΩ，排除了跳閘回路絕緣低導致斷路器跳閘的可能性。

（2）交-直流混接

分別對跳閘回路進行交直流電壓測量，直流電壓為116.2 V，交流電壓0.018 V，排除交直流混接導致跳閘的可能性。

（3）跳閘回路對地分布電容

對5022斷路器相關跳閘回路對地分布電容進行測量，DCS遠方跳閘、緊急停堆盤ECP跳閘回路中正極、長電纜和負極對地分布電容分別達到183、197、145 nF。

（4）跳閘繼電器動作電壓及功率

分別測量了跳閘繼電器動作電壓及功率，其中手動跳閘繼電器STJ動作電壓為72 V，符合《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》要求，而中間繼電器1ZJ動作電壓為59 V，繼電器動作功率約為1.1W左右，不滿足《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》6.4規定要求。

（5）電纜屏蔽接地

對5022斷路器控制回路電纜屏蔽接地情況進行全面檢查，發現在5022斷路器保護屏電纜屏蔽層接地效果不理想，不能有效屏蔽干擾信號。

1.2故障模擬

針對5022斷路器誤跳閘故障，分別進行了控制回路正極接地、DCS跳閘回路正極接地、緊急停堆盤ECP側正極接地接地，并記錄了跳閘繼電器兩端電壓波形。其中，跳閘繼電器兩端之間的電壓差高達到60 V，如圖2所示。如果此時有其他干擾信號串入，極易導致跳閘繼電器誤動作，從而導致5022斷路器誤跳閘。

2 故障原因分析

5022斷路器跳閘回路等效電路圖如圖3所示，在正常運行時，U1=U2 = 55 V，U3=U4=-55 V，跳閘繼電器兩端電壓U1ZJ= 0 V;在正極接地穩定后，U1=U2=0 V，U3=U4=-110 V，跳閘繼電器兩端電壓U1ZJ=0 V;由于正、負極對地電容、長電路對地電容的影響，在過渡過程中，相當于一階電路全響應狀態[2]。

R1—控制回路正極對地電阻;R2—長電纜對地電阻;

R3—直流電源內阻;R4—控制回路負極對地電阻;

R1ZJ —手跳繼電器內阻;C1—跳閘回路正級對地電容;C2—長電纜對地電容;C3—跳閘回路負極對地電容

US—跳閘回路電源電壓;

根據電路中一階全相應電路方程可知：

根據現場實際參數，對跳閘回路正極接地進行仿真計算，如圖4所示。結果表明，繼電器兩端電壓先上升，其上升速度取決于U3、U4的衰減速度，U3衰減越慢、U4衰減越快，則U1ZJ的電壓最大值越高，電壓維持時間越長，易導致繼電器誤動作。

由此可知，在直流電極發生一點接地時，由于繼電器跳閘回路電纜過長導致對地分布電容較大，加之中間繼電器動作電壓及功率較低，從而引起5022斷路器誤跳閘，如圖5所示。

3 改造方案及校驗

根據上述分析，提出5022斷路器跳閘回路改造方案如下：

在緊急停堆盤ECP、遠方DCS跳閘回路中增加大功率中間繼電器116XE，通過中間繼電器輔助接點使跳閘繼電器1ZJ勵磁，進而使手跳繼電器STJ勵磁，實現5022斷路器可靠動作，改造后的跳閘回路原理圖如圖6所示。由于中間繼電器116XE動作功率大，抗干擾能力較強，可以有效地降低誤動作風險。

通過對繼電器跳閘回路進行模擬接地及傳動試驗，5022斷路器動作可靠，試驗結果合格。

4 結論

根據仿真及現場模擬試驗結果證明，DCS遠方、緊急停堆盤ECP跳閘回路電纜太長導致對地存有較大電容和跳閘回路中間繼電器動作電壓及功率偏低是引起5022斷路器跳閘的主要原因。

為防止類此事件的再次發生，可采取以下措施：

（1）提高跳閘繼電器動作功率，滿足《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》要求。

（3）對于控制回路屏蔽電纜兩端應可靠接地，有效減少電纜線芯對地的雜散電容，避免在控制回路發生單點接地故障時，會與雜散電容構成回路，當達到動作條件時引起繼電器誤動作。

（3）對于跳閘回路必須做好安全防護措施，降低人為造成直流一點接地或交-直流混接的風險。

參考文獻

[1]王德志.一起330kV斷路器偷跳事件的分及改進[J].電力系統保護與控制，2010，38（5）：119-120.

[2]邱關源.電路（上，下冊）[M].北京：高等教育出版社，1987.