一起断路器偷跳事件的分析及改进

2016-06-12邓先友曹继丰中国南方电网超高压输电公司昆明局云南昆明650217

电力安全技术 2016年4期

关键词：断路器

邓先友，曹继丰（中国南方电网超高压输电公司昆明局，云南昆明 650217）

一起断路器偷跳事件的分析及改进

邓先友，曹继丰
（中国南方电网超高压输电公司昆明局，云南昆明 650217）

〔摘要〕针对某±800 kV换流站的一起断路器三相偷跳事件，叙述了事件原因的查找过程，确定了是涌流抑制器开入采集板卡故障导致此次事件发生，制定了改进措施并完成现场实施。运行实践证明，改进措施效果良好，确保了断路器设备的安全稳定运行。

〔关键词〕特高压直流输电；断路器；涌流抑制器；偷跳

0 概述

某换流站是云南—广东±800 kV特高压直流输电工程的送端站，其500 kV交流场采用3/2接线，第5串接线如图1所示。2010年，该换流站交流场500 kV第5串联络5052断路器在运行中发生三相跳闸。

经过现场检查发现：5052断路器三相在分闸位置；可能引起5052断路器跳闸的所有保护装置（5052断路器保护、500 kV 2号站用变保护、500 kV小楚乙线线路保护、500 kV小楚乙线高抗保护、5053断路器失灵保护及5051断路器失灵保护）均无动作信号；5052断路器保护装置RCS-921因接收到断路器三相跳闸位置变化而产生了一个开入变位报告；5052断路器操作继电器箱CZX-22R2上跳闸指示灯、重合闸指示灯均不亮；故障录波器无启动；5052断路器测控装置无异常；5052断路器涌流抑制器处在旁路位置；现场未进行任何检修和操作。

1 事件原因初步分析

5052断路器的分闸流程如图2所示。正常运行时，远方分闸命令由监控系统HMI工作站通过现场总线发送至测控装置，再由测控装置发送至涌流抑制器，最后涌流抑制器将分相分闸命令通过硬连线直接并接在断路器操作继电器箱的第1跳闸出口回路上，来实现断路器的分相分闸功能。当将涌流抑制器的旁路把手切换至旁路位置时，测控装置收到远方分闸命令后，直接将分闸命令发送至断路器操作继电器箱，再通过断路器操作继电器箱内部的手跳回路，来实现断路器的分闸功能。保护装置的跳闸命令则直接发送至操作继电器箱，再通过操作继电器箱内部的第1，2跳闸出口回路，来实现断路器的分闸功能。

由5052断路器的分闸控制流程可知，导致5052断路器偷跳可能的原因可以分为监控系统、保护、断路器本体、涌流抑制器4个方面。为了确定事件的原因，现对以上4个方面进行了排查。

2 事件原因排查

2.1 监控系统方面原因排查

（1）对监控系统HMI工作站的SER（事件顺序记录）信号进行检查，未发现5052断路器的操作记录。

（2）对5052断路器测控装置6MD66的报文进行仔细检查和分析，5052断路器测控装置6MD66没有收到监控系统HMI工作站的分闸命令，同时也没有发出分闸命令的记录。

（3）对操作继电器箱手跳回路进行检查，未发现异常。如果此次5052断路器偷跳是通过操作继电器箱手跳回路出口的，5052断路器保护装置将会收到操作继电器箱闭锁重合闸的开入信号。经现场检查确认，5052断路器保护装置的开入记录中没有闭锁重合闸的开入信号，说明此次偷跳不是由手跳回路引起的，同时也可以排除监控系统HMI工作站和测控装置的原因。

图1 某换流站交流场第5串接线

图2 交流断路器的分闸流程

2.2 保护方面原因排查

（1）对可能引起5052断路器跳闸的所有保护装置进行检查，未发现异常。若保护装置未动作而跳闸出口继电器本身误动，操作继电器箱上的TA，TB，TC灯也会被点亮。而现场检查操作继电器箱上的跳闸灯均不亮，因此可以排除保护导致此次偷跳的可能。为了防止因操作箱上的TA，TB，TC灯不能正常点亮而导致的误判，现场模拟保护跳闸，发现操作继电器箱上的跳闸灯TA，TB，TC均能正常点亮。

（2）对5052断路器操作继电器箱进行检查，未发现异常。

（3）对5052断路器跳闸回路进行绝缘检查。检修人员对5052断路器第1，2路跳闸回路进行对地绝缘检测，绝缘电阻值均大于30 MΩ，测试合格；再对第1，2路跳闸回路对正电源电缆进行绝缘检测，绝缘电阻值均大于40 MΩ，测试合格。检查该时段低压直流系统的信息，也没有发现直流接地等告警记录，排除了因绝缘低、有干扰导致的跳闸。

2.3 断路器本体方面原因排查

对5052断路器本体进行如下检查和分析。

（1）检查了二次回路接线，确认无接线松动、短路放电等明显异常情况。

（2）由于断路器为分相操动机构，而本次偷跳为三相几乎同时跳闸。三相因机械原因同时偷跳的可能性微乎其微，可以排除断路器机械方面的原因。

（3）检查了5052断路器现场汇控箱的远方/就地切换把手和分闸按钮，未发现异常。若人为在现场汇控箱就地操作分开断路器，需要将远方/就地切换把手切换至就地位置，这样监控系统将会收到SER报文。经检查，监控系统未收到5052断路器远方/就地切换把手切换至就地位置的SER报文。此外，5052断路器现场汇控箱的门上安装了“五防”锁，因此，也可以排除人为就地操作分闸的可能性。

（4）检查了非全相继电器K16，该继电器没有动作。如果非全相继电器动作将会在监控系统产生SER告警报文，并需要现场手动复归该继电器才会返回。

（5）检查了非全相动作出口继电器K61和K63，未发现异常。对非全相动作出口继电器K61 和K63进行了动作电压试验，确认动作电压满足要求，接点动作正常，排除非全相动作出口继电器K61和K63受干扰误动的可能。

（6）对5052断路器的第1，2跳闸线圈动作电压进行了测试。结果为每相的测试结果都是66 V可靠不动、132 V可靠动作，满足规程及抗干扰要求。

（7）采用远方和就地方式对5052断路器进行了多次分、合闸操作，分、合闸操作均正常。

2.4 涌流抑制器方面原因排查

由于5052断路器涌流抑制器处于旁路位置，对5052断路器涌流抑制器进行初步检查时未发现异常。但后来对5052断路器的分闸回路再次进行分析，发现涌流抑制器虽然在旁路位置，但其分闸出口回路通过硬连线直接接在操作继电器箱TBIJ跳闸保持继电器之后，若其分闸出口接点异常闭合导致断路器分闸，操作继电器箱上的TA，TB，TC灯不会被点亮，产生的现象和本次故障现象基本相同。由于5052断路器涌流抑制器的人机接口界面不够友好，软件没有对现场人员开放开入、开出事件的查询功能，所以无法确定其是否有过分闸开入和分闸动作出口。

对5052断路器保护的跳闸位置开入变位报告进行了分析，发现5052断路器保护先接收到A相跳位，5 ms后接收到B相跳位，6 ms后接收到C相跳位。而5052断路器涌流抑制器的分闸定值设置为：A相开关在A相参考电压最高点时断开，然后经过5 ms延时同时断开另外两相开关。由此可见，此次5052断路器三相分闸顺序与涌流抑制器的分闸设定值比较吻合。

随后对5052断路器涌流抑制器进行检测。经检测发现，涌流抑制器在没有外部分闸命令的情况下，“分闸启动”开入信号常置为启动状态（复位后依然存在），判断涌流抑制器开入采集板卡发生故障，导致5052断路器误分闸。

3 涌流抑制器故障原因分析

3.1 涌流抑制器的应用

涌流抑制器也称作POW（point on wave）装置，其基本工作原理是针对不同特性的负载，根据产生过电压或涌流的原因精确分相控制断路器的分合闸角度，以有效抑制操作断路器所产生的过电压或涌流，减小其对一次设备的冲击。

该换流站5052断路器涌流抑制器的控制原理如图3所示，其控制策略为：分闸时，A相开关在A 相参考电压最高点（即A相磁通最低点）时断开，经过5 ms延时同时断开另外两相开关，以保证换流变铁芯中剩磁最小，为变压器下次合闸操作创造良好的条件；合闸时，A相开关在A相参考电压最高点（即A相磁通最低点）首先合上，延时5 ms后再同时合上B，C 2相开关，此时铁芯中产生的偏磁最小。

图3 涌流抑制器控制原理

3.2 涌流抑制器故障原因分析

将5052断路器涌流抑制器的故障开入采集板卡返厂后进行详细检测。检测发现，该开入采集板卡上“分闸启动”开入信号所对应的光电隔离芯片的原副边之间阻抗正常，但副边阻抗值明显偏小，基本处于短路导通状态，使得“分闸启动”开入信号常置为1，进而误发分闸命令，导致5052断路器三相偷跳。

4 改进措施

针对此次涌流抑制器故障导致断路器偷跳事件暴露出来的问题，对涌流抑制器进行了如下改进。

（1）将涌流抑制器的“启动分闸开入”和“启动合闸开入”均改为双回路输入，只有2路开入同时接收到启动命令时，才能成功启动装置；当2路开入不同时，闭锁出口并且发告警信号。

（2）优化涌流抑制器的开出回路，在分、合闸出口接点回路上串联总启动接点。正常情况下，装置没有收到启动命令，总启动接点应处于常开状态；当装置收到启动命令后，先接通总启动接点，再按照设定的角度控制分、合闸接点闭合；分、合闸控制完成后，所有接点返回。

（3）增强涌流抑制器开入采集回路的抗干扰能力。在硬件方面，在原有RC低通滤波回路的基础上，增加前置的LC滤波回路；在软件方面，延长开入量的确认时间，以便躲过直流电压波动时可能引起开入回路动作的持续时间。

（4）增加事件记录功能。使其可以记录遥信、控制、自检、操作事件，便于查询装置的状态。

（5）增加操作录波功能。每次涌流抑制器动作都记录动作时的波形（包括模拟量、开入量、开出量），便于事后分析。

5 结束语

（1）通过对可能导致5052断路器偷跳的各方面原因进行排查，确定此次5052断路器偷跳是由涌流抑制器开入采集板卡上的光电隔离芯片故障导致的。

（2）针对此次5052断路器偷跳事件暴露出来的问题，现场对涌流抑制器实施了5项改进措施。改进后的涌流抑制器已经在现场运行4年，运行情况稳定，未再发生类似故障。这证明改进措施有效，可供其他工程借鉴。

（3）以前断路器偷跳一般为单相偷跳，此次断路器偷跳为三相偷跳。现场采用了常用的逐一排除法进行故障排查，耗时较多。最终通过分析断路器跳闸位置信号的变化规律，才找到故障原因。因此，建议在排查断路器三相偷跳问题时，先仔细分析断路器跳闸位置信号的变化时序，从中找出规律，以便快速确定故障原因，提高故障排查效率。

参考文献：

1 陈明.一起断路器误动的分析［J］.高压电器，2006，42（2）：153-154.

2 王德志.一起330 kV断路器偷跳事件的分析及改进［J］.电力系统保护与控制，2010，38（5）：119-120.

3 赵婉君.直流输电工程技术［M］.北京：中国电力出版社，2004.

4 浙江大学.高压直流输电［M］.北京：中国电力工业出版社，1982.

5 Moraw G，et al.Point-on-wave controlled switching of high voltage circuit-breakers［C］.CIGRE，Paris，France，1988.

6 冯鸫，杨洁民，罗海志，等.高压直流换流站分合闸控制装置的故障分析［J］.高电压技术，2008，34（8）：1 751-1 754.

7 宋天奇，冯鸫，杨洁民，等.兴仁换流站合闸角控制装置的动作策略与运行［J］.高电压技术，2008，34（7）：1 517-1 520.

8 汪洋，邓光武，宋述波，等.直流接地引起合闸角控制装置误动原因分析及改进［J］.电力自动化设备，2010，30（5）：146-149.

9 张迅.一起500 kV HGIS断路器偷跳原因分析［J］.电力安全技术，2011，13（6）：34-35.

收稿日期：2015-12-20；修回日期：2016-03-08。

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