某斷路器防跳回路隱患致母線跳閘事故原因分析

童 鑫，楊張偉，王雨濛，陶 杰，殷忠寧，萬 欣

（國網安徽合肥供電公司，安徽 合肥 230022）

1 事故概況

某220 kV 變電站某220 kV 開關（下文用編號“2021”代替）出線A 相發生永久性故障，2021 開關保護A 相跳閘重合不成跳開，隨后開關動作行為異常，A 相開關再次合上后無法及時跳開，線路失靈保護啟動220 kV 母差，跳開運行于220 kV Ⅰ段母線上所有運行開關。

此事故從表面看，是2021開關A相重合閘于永久性故障跳開后，再次異常合閘。在線路失靈保護啟動之前，2021開關A相未能及時分開，Ⅰ段母線跳閘。初步分析母線跳閘可能存在3 方面原因：2021開關A相機構及其二次控制回路異常；2021開關保護裝置動作異常；2021線路A相故障跳閘引起Ⅰ段母線氣室出現絕緣故障。未確定具體原因，須進一步檢查、分析。

2 初步檢查

經過檢查，2021開關A相一次機構動作正確無問題，A相開關異常合閘與一次機構無關。

確認事故發生時2021開關保護裝置動作行為正確。因此，2021開關A相開關異常合閘與保護裝置無關。

本次220 kV I 段母線跳閘事故并非GIS 設備絕緣故障引起。

3 原因深入分析

根據檢查結果可知，2021開關本體機構、低電壓及機械特性、保護裝置動作情況、GIS 設備絕緣均無異常，非A 相開關二次跳開永久性故障后再次合閘的真正原因。因此，懷疑是二次控制回路中繼電器及其輔助節點的問題，須進行深入檢查分析。

3.1 繼電器檢查

由于是異常合閘，故從合閘回路入手。通過查詢2021開關A相二次控制回路圖紙，發現合閘回路中除了2021開關的輔助節點外，涉及到的繼電器及其輔助節點為防跳繼電器K12 和合閘低油壓閉鎖繼電器K9，如圖1所示。因此，可以從這兩個繼電器與2021開關A相相關繼電器及輔助節點的配合是否合適入手分析。

圖1 2021開關機構A相合閘回路

讀取故障錄波器信息如下：

開關A 相輔助常開節點在重合閘及重合后又跳開這兩次操作過程中，總共閉合平均時間約20.8 ms，即A 相防跳繼電器K12 的線圈得電勵磁時間，小于防跳繼電器固有動作時間27 ms，防跳繼電器無法可靠動作。將防跳繼電器K12 換成繼電器B，再次進行上述試驗，故障重現，防跳繼電器仍未能正確動作，無法閉鎖。可見，防跳繼電器動作不正確。

進一步，發現合閘低油壓閉鎖繼電器動作亦不正確。

綜上合閘回路相關繼電器檢查結果，初步判斷事故由防跳繼電器和合閘低油壓閉鎖繼電器動作不正確導致。為了獲取事故發生的完整邏輯，須結合保護動作邏輯對2021開關二次回路動作行為進行深入分析。

3.2 事故邏輯分析

3.2.1 保護裝置分析

20:59:11.146，2021 線路發生A 相永久性故障，2021 第一套、第二套線路保護動作，47 ms 2021 開關A 相跳開，862 ms 重合閘動作，899.8 ms 2021 開關A 相重合成功，由于重合于永久性故障，946 ms 2021 第一套、第二套線路保護后加速保護動作，981 ms 開關三相跳開。1002.6 ms 后A 相開關合上，1042 ms 2021 第一套、第二套線路保護再次動作，1218 ms（定值0.15 s）220 kV 母線2021 開關失靈跟跳動作，1362 ms 失靈跳母聯開關，1596 ms 后跳開I 段母線所有運行開關。具體動作事件如表1所示。

表1 保護動作事件

2021 線路發生A 相單相永久性故障后，第一套、第二套保護正確動作跳開2021三相開關，故障切除。根據2021 線路保護動作波形，1002.6 ms 后2021在三相開關跳開以后，發生了A相開關第二次合上的情況，故障電流一直存在，隨后立即啟動母差失靈保護，220 kV Ⅰ母失靈保護動作跳開220 kV Ⅰ段母線上所有運行開關，擴大了故障停電范圍。2021開關A相開關第二次合上，說明A相合閘回路處于導通狀態，未被切斷。

3.2.2 防跳回路分析

根據A 相合閘回路圖，A 相防跳繼電器驅動回路經過X2:21、斷路器輔助常開節點QFA1（13:14）及防跳繼電器K12 輔助常開節點K12（13:14）、防跳繼電器K12 線圈。2021 線路發生故障后，A 相跳開，862 ms 重合閘動作，發出合閘脈沖。899.8 ms 2021 開關A 相TWJa 由1 變0，966.0 ms 2021 開關的QFA1輔助常閉節點QFA1（11:12）及QFA1（21:22）打開，A 相合閘回路被切斷，輔助常開節點QFA1（13:14）閉合，防跳回路導通，防跳繼電器K12 線圈得電。

但是，由于重合閘于永久性故障，2021開關再次分閘。978.8 ms TWJa由0變1，分閘到位，QFA1（11:12）及QFA1（21:22）接通，QFA1（13:14）斷開。因防跳繼電器K12此時還未達到固有動作時間，輔助常開節點K12（13:14）依然斷開，防跳回路斷開，防跳繼電器K12 線圈失電，無法產生自保持。同時，防跳繼電器K12 位于合閘回路的輔助常閉節點K12（21:22）依然閉合，此時若合閘低油壓閉鎖繼電器K9 的常閉輔助節點K9（51:52）依然閉合，則合閘回路接通。

由于合閘脈沖在986.8 ms 才結束，因此防跳繼電器K12 無法在合閘脈沖結束前（即966.0 ms 時2021 開關的輔助常開節點QFA1（13:14）閉合使得防跳繼電器K12 線圈得電，至986.8 ms 合閘脈沖結束這20.8 ms 時間內）斷開常閉節點K12（21:22）。同時，由于防跳回路中的輔助常開節點K12（13:14）已斷開，防跳繼電器K12在下次合閘前無法再得電。故2021 開關二次控制回路無法通過防跳回路在QFA1（11:12）及QFA1（21:22）再次閉合前及時將2021開關A相合閘回路切斷，有效閉鎖第二次A相開關合閘。

3.3.3 低壓油閉鎖回路分析

結合圖2 低油壓閉鎖相關回路及圖3 分析，合閘低壓油閉鎖繼電器K9 的常閉輔助節點K9（51:52）串聯在合閘回路中。在防跳繼電器K12 無法切斷合閘回路時，若能通過合閘低油壓閉鎖繼電器K9 的常閉輔助節點K9（51:52）在合閘脈沖結束前切斷跳閘回路，也可阻止事故發生。由于合閘低油壓閉鎖繼電器K9 固有動作時間為27 ms，得電啟動后亦無法在兩次合閘期間可靠動作，斷開常閉輔助節點K9（51:52），最終導致合閘低壓油閉鎖功能失效。

圖2 2021開關機構低油壓閉鎖回路

圖3 2021開關動作時序圖

因此，防跳繼電器K12 和合閘低油壓閉鎖繼電器K9無法在合閘脈沖結束前產生自保持并切斷合閘回路，導致合閘回路中合閘脈沖仍在持續，機構合閘線圈在跳開永久性故障后得電。最終，1002.6 ms TWJa 由1 變0，此時開關的QFA1 輔助常閉節點斷開，2021開關A相機構發生了二次合閘。根據前述分析及現場保護動作及一次設備動作，按動作時序將事故發生過程整理如圖3所示。

3.3 確認原因

2021開關A 相二次跳閘后，重合閘脈沖仍然存在，此時防跳繼電器、合閘低壓油閉鎖繼電器未可靠動作，合閘回路未被斷開，造成開關A 相再次合閘；開關分閘低油壓閉鎖繼電器啟動，閉鎖分閘回路，A 相開關無法分閘；線路失靈保護動作，導致220 kV Ⅰ母線及運行于該母線上的開關跳閘。

確定原因后，現場再次模擬2021開關永久性故障傳動試驗，與故障當晚保護動作時間一致，故障現象再次重現，可以確認開關防跳繼電器、合閘低油壓閉鎖繼電器動作行為均不正確為本次事故發生原因。

4 隱患處理

將2021開關防跳繼電器、合閘低油壓閉鎖繼電器、分閘低油壓閉鎖繼電器進行了更換，將防跳繼電器啟動常開輔助節點由K9（13:14）更換為一副新的備用節點。經時間測試，更換后的常開節點有效閉合時間均可和斷路器輔助節點、重合閘脈沖時間配合合適，使得防跳繼電器可以可靠動作，從而切斷合閘回路。再次模擬故障試驗，開關在完成分、合、分后，不再合閘，說明合閘回路可靠閉鎖。

5 結束語

此種由斷路器防跳回路隱患導致的母線跳閘事故，由于隱患的隱匿性很強，不易在常規開關機構年檢及保護年檢工作中發現。因此，須要對相似的開關機構進行及時排查，才能阻止類似事故再次發生。

排查重點主要從以下幾方面開展。

對液壓機構的防跳繼電器進行專項隱患排查，查看其機構防跳繼電器是否存在類似問題，對于固有動作時間較長的繼電器進行統一整改更換。

加強新入網設備質量管控，嚴格核查各類元器件質量，并進行抽檢。

豐富例行檢修時繼電器檢測項目，并對繼電器進行抽檢，同時參考相關規程探索對該類繼電器進行周期性更換的方案。