关于一起110kV高压短路器合闸拒动事故的分析

2013-08-29

大众科技 2013年3期

（广西大学电气工程学院，广西南宁 530000）

1 引言

变电站的二次系统是各变电站的重要组成部分，它起着对整个变电站的一次系统部分进行监测、控制、保护及调节的作用。二次系统是否正常运行直接影响到整个变电站的安全、可靠、经济运行。随着电力工业的不断发展，各种电力电子技术的不断创新，变电站的二次系统在这几十年里发生了很大的变化，变电站的控制系统，由单一的强电控制发展到今天的强电、弱点、计算几控制多种控制方式并存，其中的控制开关由原来的多触点的万能开关，逐步被结构简单的控制开关或切换开关代替。保护装置也由最初的电磁型继电器构成，发展到由整流元件、晶体管、集成电路、微型计算机构成。而跟随着各种断路器的灭弧技术的不断的改进，各种操作机构由原来大型磁动力机构改为小型电机蓄能操作机构。在这种技术不断更新及对二次系统保护功能要求越来越严格的情况下，对于旧变电站二次系统的技术改造势在必行。在考虑到整个变电站一二次系统技术改造的施工难度及经济技术条件各种因素下，先进行二次系统技术改造将会是旧变电站技术改造的重点。当新的微机保护系统与旧的一次设备运行时候，将会出现一些问题，本文中将会针对这起故障遇到的一项技术问题进行讨论，并提出解决办法。

2 110kV断路器拒动故障经过

某城市 110kV变电站，该 110kV变电站建于上世纪 60年代，设备老化严重，虽然该110kV变电站位于所属电力公司的电网末梢，但该110kV变电站所带的负荷为优质负荷，经济效益非常高。随着改革开放经济快速增长，该片区域的负荷也相应的飞速增加，为了能确保向该负荷区域提供优质的电力，对该110kV变电站进行技术改造势在必行。考虑到对该区域的停送电时间要求非常短，以及技术改造的综合经济效益，电力公司在经过各种条件权衡利弊考虑后决定先对该变电站的继电保护部分进行技改，并于2003年对该变电站的微机保护技改完成。

某日，检修班组按照规程对该变电站进行预防性试验，在对135线路110kV 断路器进行保护跳闸模拟故障试验时，在开关重闸后，发现该110kV断路器合闸拒动，合闸接触器冒烟，并有烧焦的味道。检修人员立即把135断路器的保护装置直流电源与操作电源及控制电源断开，发现该断路器的合闸接触器线圈已经烧毁。对烧坏的线圈更换后重新进行试验，发现一但给微机保护装置合上控制电源，断路器立即自动合闸，该现象证明微机保护装置已经出现故障。经检查发现该微机保护装置的合闸回路一直输出合闸信号，更换微机保护版后故障解决，开关能正确分合闸动作。

3 故障原理分析

断路器操作机构中的分、合闸线圈是按短时通电设计的，因此在分、合闸完成后应自动解除命令脉冲，切断分、合闸回路，以防分、合闸线圈长时间通电烧坏分、合闸线圈。目前所有的新型断路器中的分合闸机构，采用的都是弹簧储能分、合闸机构，需要的分、合电流并不是很大，因此合、跳电流脉冲一般都直接作用于断路器的分合闸线圈，新的微机继电保护装置基本上是基于此类断路器所设计的，微机保护操作原理图入下图1所示。

图1 微机保护操作机构回路原理图

微机保护的控制回路动作过程如下：

当手动或者遥控合闸时，合闸控制回路中的手合/摇合常开开关被和上，合闸信号电流经过J2节点（一般情况下短接），HBJ电流自保持继电器，TBJU防跳合闸继电器常闭节点，后由端子4D35流至断路器的弹簧蓄能操作机构合闸线圈（合闸线圈为直流线圈，额定电压为DC220V，额定电流为1A），断路器合闸。微机保护的 HBJ电流自保持继电器型号为JZX-39F-2H2D，额定电压为DC 110V。

旧式的断路器操作机构使用的是直流电磁操作机构，合闸线圈电流很大（60～250A左右），必须通过合闸接触器接通合闸线圈。直流电磁型操作机构的合闸接触器型号为CZ0-100/10，额定电压为440V，100A，出厂日期为1971年6月，北京低压电器厂制造。根据合闸原理，由合闸接触器接通后，电磁型合闸线圈内通过巨大的电流，通过电磁转换原理将电能转化为磁能把非常重的合闸铁芯吸上撞击操作机构，使断路器合上闸。

新微机保护装置、旧直流电磁型操作机构断路器相结合后，合闸信号电流由微机保护装置的4D35端子流入合闸接触器，控制断路器合闸。因此当电磁型合闸接触器线圈的长时间通电造成整个合闸接触器线圈烧坏的同时，微机保护装置里面的HBJ电流自保持继电器节点也被烧坏粘死，装置一但通上电立即就会发出合闸信号，使断路器无故合闸。（附图一为烧坏的微机保护装置，附图二、三为合闸接触器）

4 拒动事故原因及采取的措施

虽然变电站预防性试验顺利结束，但为了能彻底解决合闸接触器线圈烧坏问题，防止此类事故再次发生，必须找出合闸接触器线圈烧坏的原因。经过多方思考及查阅资料，终于找出了事故发生的原因。该变电站经过技改后，二次系统由原来的电磁型继电器保护装置更换为微机保护装置，直流系统由原先的30AH镉镍蓄电池组（每节电池电压为1.6V～1.8V，共110节），更换为100AH“免维护型铅酸蓄电池”（每节电池电压为12V～14.4V，共18节，附图四即为使用的阀控密封免维护铅酸蓄电池），变电站的一次部分并未进行技改，大部分仍然为直流电磁操动机构型断路器。直流电磁操动机构的优点是结构简单，工作可靠，成本低，易满足断路器本体要求；缺点是消耗功率大，合闸时间长。该变电站二次技改后投运至今达6年之久，期间并未对蓄电池组做过容量校验试验和充放电维护，蓄电池容量大幅下降已经不足100AH。事故当天在高压断路器多次的分合闸操作情况下，由于蓄电池组的容量不足，造成电磁型操作机构未能有足够的电能合上断路器，微机保护装置便一直不停的发出合闸信号，使电磁型合闸接触器线圈长时间通电从而烧坏合闸接触器线圈，同时微机保护装置自保持继电器节点被烧坏粘死。

变电站的二次系统极其重要，它起着对整个变电站的一次系统部分进行监测、控制、保护及调节的作用，二次系统是否正常运行直接影响到整个变电站的安全、可靠、经济运行。二次系统的主要供电电源为直流供电系统，这就要求直流供电系统具有很高的供电可靠性。为了能确保直流系统的供电可靠性，就需要密切关注直流系统中蓄电池组的好坏。我国的电力系统自 90年代后开始广泛应用起阀控密封免维护铅酸蓄电池（VRLA，简称阀控电池），阀控电池采用了全封闭结构，设有安全阀，电池内部的电解液吸附在极板间超细玻璃纤维制成的隔膜中，吸附比约为 90%，充电时产生的气体不逸出，全部在电池内部合成H2O，该电池在理论上不消耗水分，不需要再添加电解液，所以节省了普通蓄电池所需要的经常性地补充电解液、监视和调剂工作。阀控电池的极板经过特殊处理，比较牢固，不存在有效物脱落问题，其寿命主要取决于电解液。因为电解液是一次性充入，在使用过程中部能补充，电解液耗尽，蓄电池寿命也就完结。阀控电池在开始运用时，因为可以长期运行，少维护和价格适中等特点，又称为“免维护型铅酸蓄电池”，但实际上这种蓄电池还是需要日常的维护工作的，只是维护工作比一般的镉镍蓄电池要少，而不是真正的“免维护”。为了能使变电站有一个安全稳定的直流电源，对于阀控电池的日常维护工作是必不可少的，只有在保证阀控电池时刻处在健康状态之下，整个变电站才能安全稳定的运行。

在知道该事故最根本原因的后，我们经过思考总结得出预防下次相同此类事故的方法：

（1）当新蓄电池投运前必须用专门的蓄电池充放电装置对蓄电池容量进行核对充放电试验，并做好记录存档。

（2）新蓄电池组每隔2年必须用专门的蓄电池充放电装置对各变电站的蓄电池进行充放电维护，当运行6年后的蓄电池需要每年做一次蓄电池充放电维护，并把结果记录在相应的蓄电池充放电记录数据库，以便统计各站蓄电池的健康状况。

（3）值班员每天交接班时必须测量一次蓄电池组整组电压及每节蓄电池电压，对于有直流电磁操动机构断路器，而且阀控电池运行了4年以上的变电站，在每次对断路器分合闸过后都要测量每一节蓄电池电压，并做相应的记录。

（4）对于有较多直流电磁操动机构断路器的变电站，应增加一组动力专用蓄电池组，把直流系统中的蓄电池组分为控制专用蓄电池组及动力专用蓄电池组，当动力专用蓄电池失效时，操作电源仍旧能够通过控制专用蓄电池组供电，并且控制专用蓄电池组也能在短时内承担起动力电源的作用。

（5）严格遵守蓄电池组充放电维护规定，当查出蓄电池组中的任何一节蓄电池出现异常现象应立即更换整组电池，以保证蓄电池组安全可靠的运行。