换相隔离开关合闸引发厂用电断路器误动原因分析及处理

王鹏宇，汪卫平

（华东琅琊山抽水蓄能有限责任公司，安徽省滁州市 239000）

1 厂用电断路器误动事件经过概述

2015年8月4日19时51分，琅琊山电厂2号机组执行停机转发电流程步序换相隔离开关发电方向合闸时，10kV厂用电系统出现大范围开关动作，涉及动作断路器数量19面，8月5日19时51分，2号机组发电启动时该故障再次出现，现象与8月4日基本一致。

根据上位机事件记录，统计厂用电中压断路器动作情况如表1、表2所示。

表1 2015年8月4日断路器动作记录

表2 2015年8月5日断路器动作记录

图1 1、2号机组自用电系统示意图

以上两次10kV断路器误动作造成10kVⅢ、Ⅳ段以及10kVⅠ段部分馈线失电，导致运行中的1、2号机组自用电全停，值班人员向调度申请将1、2号机组转停机。1、2号机组自用电系统示意图如图1所示，断路器=S01+AK03/=S03+AJ02/=S03+AK11分闸后1、2号机组自用电的上级10kV电源全部丢失。

现地检查厂用电分闸动作开关柜均无过流保护动作信号，但2号高压厂用变压器进线断路器=S03+AJ02上有变压器温度高跳闸，该跳闸信号源自2号高压厂用变压器温控仪，但现地检查发现2号高压厂用变压器外观正常，无过热放电现象，温控仪工作正常，无报警或跳闸输出。10kV 1号自用变压器高压侧断路器=S01+AK03控制面板有0.4kV跳闸信号，该跳闸信号来自1、2号机组自用电Ⅰ段进线断路器=S11+AN03/S12+AN03，现场检查上述两个自用电进线断路器均没有发出0.4kV跳闸信号。初步确定厂用电断路器动作为误动，现场检查相关断路器、变压器无异常后逐步进行试送电，并且试送电成功、厂用电运行电压、电流正常。

2 厂用电断路器误动原因分析

厂用电10kV 1号自用变压器高压侧断路器=S01+AK03和2号高压厂用变压器进线断路器=S03+AJ02的分闸是导致此次1、2号机组自用电丢失、机组被迫停运的直接原因。上述断路器分合闸均有现地和远方两种方式，其中远方操作命令由地下厂房现地控制单元LCU5数字量输出板开出送给断路器现地控制器，外部跳闸方面1号自用变压器高压侧断路器=S01+AK03仅设有来自下一级的0.4kV跳闸信号，2号高压厂用变压器进线断路器=S03+AJ02仅设有来自变压器的温度保护跳闸。从断路器的现地控制面板查看厂用电10kV 1号自用变压器高压侧断路器=S01+AK03分闸原因。从断路器的控制原理分析并结合断路器控制面板的报警信息，分析本次开关误动作的原因分析有3种：

图2 换相隔离开关控制电源以及电机电源供电示意图

图3 换相隔离开关单相电机驱动回路接线图

（1）LCU5输出板卡误发信号，导致断路器误动。

（2）断路器的现地控制器工作异常误发信号。

（3）断路器的外部分闸信号回路受到干扰，导致断路器误动。

3 厂用电断路器误动故障查找过程

琅琊山电厂于8月4日故障首次出现后在LCU5控制柜内所做临时措施，将LCU5出口远方分厂用电断路器的命令回路解掉，使得LCU5的分闸令不能起作用，8月5日同一时间再次出现相同故障，断路器依然出现误分闸，排除了上述分析中第（1）种原因，即LCU5输出板卡误发信号。分析上位机事件记录，两次故障均发生在2号机组发电启动步序（换相隔离开关发电方向合闸）执行过程中，由于换相隔离开关控制回路及驱动电机回路电源为直流220V，与地下厂房厂用电断路器控制回路直流电源均来自地下厂房直流系统，可能是在换相隔离开关合闸的过程中对厂用电断路器控制回路产生了影响。2号机组换相隔离开关控制回路电源以及电机电源供电示意图如2所示，小开关F0407给驱动电机供电，F0410给控制回路供电。

琅琊山电厂换相隔离开关驱动电机为复励直流电机，其驱动回路接线示意图如图3所示。

由于两次故障均发生在发电方向合换相隔离开关，且2号机组已在8月5日凌晨抽水运行成功未对厂用电断路器造成影响，重点对发电方向换相隔离开关（W1和U1）动力和控制回路检查，动力回路端子间检查结果如表3所示，从表中显示W1相电机并励回路异常。

表3 2号机组换相断路器电机检查表

针对以上情况，工作人员准备进行2号机组换相隔离开关强制动作试验，用示波器观察期间换相隔离开关直流电源及厂用电断路器外部跳闸信号回路波形。为了防止造成厂用电大面积停电，试验前现场人员将厂用电重要负荷断路器的外部跳闸信号回路解除。为保持原有故障现象，检查人员未对W1相隔离开关电机并励回路进行处理，并首先选取异常相W1进行手动操作试验，使用示波器监视图2中F0407的电压和电流，由于该隔离开关给电机供电，其运行电压、电流就反映了电机的运行电压和电流，并在10kV 1号机组自用电高压侧断路器=S01+AK03处录波监视其来自LCU5和下一级0.4kV断路器的分闸信号，将两路分闸信号接线从10kV柜子端子排上拆下后接在示波器的线夹上，10kV馈线柜=S01+AK03录波接线示意图如图4所示。

图4 10kV馈线柜=S01+AK03录波接线示意图

监测仪器及人员就位后通过手动强制图3中的继电器-K312电动操作W1相隔离开关电机。本次试验外部分闸（包括跳闸）回路解除的断路器均没有出现异常分闸，期间W1相隔离开关电机运行电压电流波形如图5所示，所录电压电流为图2中F0407电压电流，其中电流测量采用福禄克80i-110s AC/DC高精度探头（量程：0.1～100A DC，0.1～70A AC）。

图5 W1相隔离开关电机运行电压电流波形

A通道为电压200V每格，B通道为电流1A每格，时间轴每格50ms。运行过程中，电压始终很平稳幅值在220V，电流在电机启动时幅值很大超过5A，稳定运行后从图中看出有较大的交流分量，频率约为70Hz，幅值为0.9A。

在10kV馈线柜=S01+AK03录得两路外部分闸闸信号电缆对地电压波形如图6所示。

图6 10kV馈线柜=S01+AK03录波

从图6可以看出，通道1、2均有电压波动，且波动频率一致约为60Hz，通道1的幅值较小约为16V，不会对断路器控制造成实质影响，通道2的幅值较大约为110V，有效值约为78V（＞10kV断路器输入板高电平门槛值50V），该信号如果送入断路器控制器将导致断路器分闸，并报0.4kV外部跳闸信号报警，与之前出现的报警情况一致。

通过本次试验排除了之前原因分析中第（2）种原因，即断路器的现地控制器工作异常误发信号，确定为第（3）种原因，即断路器的外部分闸信号回路受到干扰，导致断路器误动，同时确定了=S01+AK03断路器动作的原因是来自0.4kV断路器分闸信号的电缆受到干扰。

图7 W1相电机更换后运行电压电流波形

4 厂用电断路器误动处理后验证

在基本确定断路器误动原因后，工作人员进行了U1相强制操作试验，厂用电断路器没有收到外部分闸信号，更换W1相电机后再次进行试验，厂用电断路器也没有收到外部分闸信号，测得电机运行时电压电流波形如图7所示，通道1绿色表示电压每格100V，通道2红色表示电流每格1A。从图7显示电压波形平稳，幅值在220V，启动初始电流较大达到5A，之后逐渐下降并稳定在0.8A左右，并可以看出其中含有少量高次谐波（约为750Hz），谐波电流幅值约为0.1A。

对比W1相电机更换前后的运行波形不难发现，更换前的电机运行时电流中含有大量交流分量，该电缆从厂房直流室经安装场电缆桥架后至2号机组发电机层，=S01+AK03断路器0.4kV跳闸信号电缆从2号机组发电机层经安装场电缆桥架后进入10kV控制室，二者之间有一定距离的平行敷设，对0.4kV跳闸信号回路产生的干扰，且录波显示二者之间的频率相近。更换电机后，2号机组发电试运行正常，也说明故障产生的源头为2号机组换相隔离开关W1相驱动电机。

5 结束语

通过分析，琅琊山电厂厂用电断路器误动原因为2号机组换相隔离开关W1相驱动电机的并励绕组回路开路，失去部分励磁功能，导致电机气隙磁场畸变，转子在畸变的磁场中旋转产生较大的交流感应分量，流过其供电回路，并对与之有平行敷设段的厂用电断路器外部控制信号电缆造成干扰，加之厂用电断路器现地控制器的高电平门槛值较低，最终导致了地下厂房厂用电断路器的误动，造成机组自用电丢失。

此次事件是琅琊山电厂投运8年来首例，反映出厂用电10kV断路器现地控制器高电平门槛值设计值偏低，不利于躲过回路分合闸过程中所产生的涌流干扰，从而增大了设备误动的可能性。