一起500kV GIS站隔离刀闸误动作导致线路跳闸的事件浅析

摘要：针对某电厂一起500 kV GIS站隔离刀闸误动作，在线路合闸情况下自动拉开，导致断路器短引线保护动作，使线路跳闸的事件，分析了该电厂5052、5053开关短引线保护动作原因，并提出了相应的预防措施。

关键词：500 kV GIS站;隔离刀闸误动作;短引线保护

0    引言

500 kV GIS站是发电站与电网的枢纽，承载着将发电厂生产的电能通过500 kV高压输电线送至电网的重任。某电厂500 kV GIS站有3条出线，此次事故涉及的是沙东乙线。

500 kV GIS站与用电区域的变压站相连，若发生事故跳闸会影响到出线供电区域电网系统的稳定，严重时甚至会导致区域停电，带来严重的经济损失，造成较大的社会影响。因此，GIS站必须安全、稳定、可靠运行。

1    500 kV GIS站设备情况

该电厂500 kV GIS站内采用瑞士ABB公司生产的户内SF6气体绝缘全封闭组合GIS电气设备，设备制造时间为1991年，投运时间为1992年，500 kV GIS断路器型号为ELK.SP3-21，额定开断电流为50 kA，隔离刀闸型号为ELK-TX/TV。该500 kV

GIS站采用二分之三接线方式，接线简图如图1所示。

2    500 kV GIS站隔离刀闸误动作情况

2.1    事故前运行方式

该电厂1、2、3号发电机组均带300 MW负荷运行，500 kV GIS站内1M、2M母线正常运行，500 kV沙东甲线运行，500 kV沙东乙线经5053、5052断路器供电运行，500 kV沙广乙线及B/C联络线正常运行，5051断路器在冷备用状态，如图2所示。

2.2    事故概述

2019年8月28日凌晨，500 kV沙东乙线先由对侧（东方站）进行停电操作，沙东乙线空载运行。02：26，电厂运行人员根据操作票执行中调的逐项令（断开500 kV第五串联络5052开关，断开500 kV第五串5053开关）过程中，当合上50521、50522刀闸电动机的220 V直流动力电源时，50521、50522刀闸突然分闸，5052、5053开关跳闸，5052、5053开关短引线保护一、保护二动作。

2.3    保护动作情况

现场检查保护动作情况如下：5052、5053开关短引线保护一、保护二动作，事故相为A相，最大事故电流为10.26 A（对应一次侧电流为41 kA），5053开关三相跟跳动作，事故相电流显示为A相。故障录波报告显示事故相为5053开关支路A相，继电保护正确动作。

2.4    动作顺序

根据故障录波、继电保护动作报告并结合相应事件记录的情况，事故发展过程如图3所示。

查阅500 kV监视系统结果，开关及刀闸的分闸顺序依次是：50522刀闸、50521刀闸、5053开关、5052开关。

3    事故原因调查

事故发生后，电厂邀请了一、二次的专家和检测人员及ABB厂家对一、二次设备进行检查。

3.1    一次设备检查情况

检测人员分别对5052开关气室、5053开关气室、50521及50522刀闸气室的SF6气体分解物进行检测分析，发现5053开关A相气室的SO2的体积分数为1.06×10-4，H2S的体积分数为1.05×10-4，50522刀闸A相气室的SO2的体积分数为2.95×10-4，H2S的体积分数为1.76×10-4，表明50522刀闸A相气室发生过电弧事故，5053开关A相断路器本体开断过事故电流。

根据各气室SF6气体分解物的检测结果及故障录波结果分析，初步确定事故点位于50522 A相刀闸，事故位置如图4所示。

ABB公司专家依据SF6气体分解物检测结果判断，50522 A相刀闸所在气室的所有部件因50522刀闸误分闸导致的接地事故而受到了严重污染，该气室内的三台A相隔离刀闸（50522、50531、50536）、三台A相接地刀闸（505227、505317、505367）和两组CT（505、506用于沙东乙线T区保护）均需更换。5053断路器A相断路器由于切断过近距事故电流，需进行断路器内部检查，再确定断路器是否需要解体检修。

3.2    二次回路检查情况

（1）检查500 kV GIS站的220 V直流电源系统微机绝缘监测装置无接地报警，正极、负极对地电压平衡，交流电压含量为2.8 V。

（2）50521、50522刀闸控制电源F2、动力电源F2M在合闸状态，50521刀闸在断开位置，测量50521刀闸就地及远方跳闸信号对地电压为-111 V;测量50521刀闸联锁板就地及远方分闸指令对地电压-111 V，没有发现异常现象。

（3）50521、50522刀闸控制电源F2、动力电源F2M在合闸状态，50522刀闸在断开位置，测量50522刀闸就地及远方跳闸信号对地电压为-111 V;测量50522刀闸联锁板就地及远方分闸指令对地电压-111 V，没有发现异常现象。

（4）断开50521、50522刀闸控制电源F2、动力电源F2M，用1 000 V绝缘表测量：控制电源正極对地>60 MΩ，负极对地>12 MΩ，正、负之间>40 MΩ。测量动力电源正极对地>600 MΩ，负极对地>1 000 MΩ。测量50521刀闸联锁板就地及远方分闸指令对地绝缘>10 MΩ。测量50522刀闸联锁板就地及远方分闸指令对地绝缘>10 MΩ。测量50521刀闸联锁板跳闸出口接点之间绝缘>40 MΩ，测量50522刀闸联锁板跳闸出口接点之间绝缘>40 MΩ。断开控制柜内交流回路电源，测量交流对直流之间绝缘>100 MΩ。以上回路绝缘检测合格。

（5）断开50521、50522刀闸控制电源F2、动力电源F2M，送上控制柜内交流回路电源，用万用表测量直流控制回路F2正极对地、负极对电压直流电压为0 V、交流电压3 V。测量动力回路F2M正极对地、负极对地直流电压0 V，正极对地交流电压3 V，负极对地交流电压8 V。以上检查说明50521、50522刀闸二次回路无直流窜电现象、无交流窜入直流现象，直流系统的交流电压为感应电压。

（6）检查50521、50522刀闸跳闸相关图纸与实际接线相符，没有接错线现象。

（7）5052开关在分闸状态，在5052间隔就地控制柜内分别短接50521、50522刀闸三相常开接点，模拟刀闸在合闸位置。反复送50521、50522刀闸控制电源开关F2、动力电源开关F2M，没有发现继电器有异常动作现象。

（8）5052开关在合闸状态，在5052间隔就地控制柜内分别短接50521、50522刀闸三相常开接点，模拟刀闸在合闸位置。反复送50521、50522刀闸控制F2、动力电源F2M，没有发现继电器有异常动作现象。

（9）模拟50521、50522刀闸在合闸位置，在控制回路电源F2空开负极串一个空开，先F2开关，再送负极串联开关，反复模拟正、负极不同步送电，没发现继电器误动。

（10）5052开关在合闸状态，分别检查50521、50522刀闸联锁板上与5052开关相关的联锁条件不满足（联锁板V1接线端对地无电压）。5052开关在分闸状态，分别检查50521、50522刀闸联锁板上与5052开关相关的联锁条件满足（联锁板V1接线端对地电压-111 V）。以上检查说明联锁板相关功能正确。

4    事故原因分析

（1）经过详细排查，排除了控制回路中交、直流窜电的可能性，检查二次回路各支路绝缘正常，检查闭锁逻辑板功能正常，核对图纸接线正确，模拟运行情况反复投退50521、50522刀闸的电动机220 V直流动力电源也未发现异常现象，至此，仍未能找到50522、50521刀闸同时分闸的确切原因。在排查过程中发现50521、50522刀闸分、合闸控制回路存在设计原理上的缺陷：50521、50522刀闸分、合闸回路均设计了自保持电路，且不受50521、50522刀闸的动力电源开关F2M的控制。若刀闸在合闸状态，控制电源F2合上，动力电源F2M拉开的情况下，某种干扰信号导致刀闸分闸回路动作后，该分闸信号回路将一直自保持，只要刀闸在合闸位置就不会消失，而当再次送上动力电源F2M时刀闸将自动分闸。

（2）综合上述分析，隔离刀闸的操作控制回路在设计原理上存在的缺陷极可能是导致50521、50522刀闸在合上其操作电动机的220 V直流电源动力回路时出现异常分闸的原因。

5    针对此次事故提出的反措

（1）针对相关的隔离刀闸分、合闸控制回路中的自保持回路存在的设计缺陷，要求设备厂家ABB公司提出解决方案，消除事故隐患。

（2）500 kV GIS设备停、送电操作时，必须在断路器处于断开状态时，才允許送上断路器两侧隔离刀闸操作电动机的220 V直流动力电源。

（3）检查其他电压等级系统隔离刀闸分、合闸控制回路中的自保持回路，分析是否存在缺陷，提出解决方案，消除事故隐患。

6    结语

本文通过分析事故原因，找出隔离刀闸分、合闸控制回路中存在的设计缺陷，提出相应反措和注意事项，具有一定的借鉴意义。

[参考文献]

[1] 罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电气（GIS）[M].北京：中国电力出版社，1999.

[2] 张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].2版.北京：中国电力出版社，2010.

[3] 黄栋，吴轶群.发电厂及变电站二次回路[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

收稿日期：2020-05-21

作者简介：嵇振鹏（1993—），男，广东韶关人，助理工程师，研究方向：电力运行。