一起500kV断路器误跳闸故障分析与处理

王宏达 段琰璞

摘要：针对某核电站5022断路器误跳闸事件，分析了断路器误跳闸原因，是由于跳闸回路电缆过长，线路上分布电容过大，在直流发生一点接地时，导致了断路器误跳闸;结合故障原因，提出了在跳闸回路中增加功率交的中间继电器，从而确保中间继电器动作电压满足标准要求。现场跳闸回路经改造后，重新进行模拟接地试验，达到预期结果。

关键词：断路器;直流接地;误跳闸;

0 故障概述

2012年9月11日，某核电站500 kV开关站第1至3串正常合环运行。16时24分，开关站第2串中间断路器5022三相突然跳闸。随后，试验人员分别对保护装置、断路器本体、网络控制系统（NCS）/数字控制系统（DCS）、直流控制电源灯等进行了检查，检查情况如下：

（1）检查5022断路器所在的线路保护、短引线保护、断路器保护、发变组保护装置，均未发出跳闸信号;

（2）检查故障录波装置，仅有5022断路器变位信号，网频率、电压未改变;

（3）对断路器本体进行检查，无任何异常报警;

（4）对网络控制系统（NCS）/数字控制系统（DCS）监控后台进行检查，无任何异常报警;

（5）检查直流绝缘监测装置，发现母线正极对地绝缘电阻为0 Ω，存在欠压报警，从而表明了发生直流正极金属接地。

由此初步判断可能是5022断路器控制直流系统正极一点接地导致其跳闸继电器误动作，从而引起断路器误跳闸[1]。本文对断路器偷跳事件进行了故障模拟和理论仿真分析，提出了直流一点接地导致断路器跳闸的可能并制定相应地改造方案。

1 故障排查

通常情况下，断路器的直流正极一个点接地不会引起断路器跳闸，只有当跳闸回路分布电容较大使跳闸继电器上的电压达到跳闸继电器动作电压时则会引起跳闸。为了找出5022断路器误跳闸根本原因，将500 kV开关站5022开关停电，进行断路器跳闸回路绝缘及电缆屏蔽接地、控制回路分布电容测量及中间继电器动作电压、动作电流测试等检查工作，并模拟直流接地故障，对中间继电器两端电压进行录波。

1.1断路器跳闸回路检查

（1）断路器跳闸回路绝缘检查

5022断路器跳闸回路原理图如图1所示，检查跳闸回路绝缘，绝缘电阻均大于500 MΩ，排除了跳闸回路绝缘低导致断路器跳闸的可能性。

（2）交-直流混接

分别对跳闸回路进行交直流电压测量，直流电压为116.2 V，交流电压0.018 V，排除交直流混接导致跳闸的可能性。

（3）跳闸回路对地分布电容

对5022断路器相关跳闸回路对地分布电容进行测量，DCS远方跳闸、紧急停堆盘ECP跳闸回路中正极、长电缆和负极对地分布电容分别达到183、197、145 nF。

（4）跳闸继电器动作电压及功率

分别测量了跳闸继电器动作电压及功率，其中手动跳闸继电器STJ动作电压为72 V，符合《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求，而中间继电器1ZJ动作电压为59 V，继电器动作功率约为1.1W左右，不满足《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》6.4规定要求。

（5）电缆屏蔽接地

对5022断路器控制回路电缆屏蔽接地情况进行全面检查，发现在5022断路器保护屏电缆屏蔽层接地效果不理想，不能有效屏蔽干扰信号。

1.2故障模拟

针对5022断路器误跳闸故障，分别进行了控制回路正极接地、DCS跳闸回路正极接地、紧急停堆盘ECP侧正极接地接地，并记录了跳闸继电器两端电压波形。其中，跳闸继电器两端之间的电压差高达到60 V，如图2所示。如果此时有其他干扰信号串入，极易导致跳闸继电器误动作，从而导致5022断路器误跳闸。

2 故障原因分析

5022断路器跳闸回路等效电路图如图3所示，在正常运行时，U1=U2 = 55 V，U3=U4=-55 V，跳闸继电器两端电压U1ZJ= 0 V;在正极接地稳定后，U1=U2=0 V，U3=U4=-110 V，跳闸继电器两端电压U1ZJ=0 V;由于正、负极对地电容、长电路对地电容的影响，在过渡过程中，相当于一阶电路全响应状态[2]。

R1—控制回路正极对地电阻;R2—长电缆对地电阻;

R3—直流电源内阻;R4—控制回路负极对地电阻;

R1ZJ —手跳继电器内阻;C1—跳闸回路正级对地电容;C2—长电缆对地电容;C3—跳闸回路负极对地电容

US—跳闸回路电源电压;

根据电路中一阶全相应电路方程可知：

根据现场实际参数，对跳闸回路正极接地进行仿真计算，如图4所示。结果表明，继电器两端电压先上升，其上升速度取决于U3、U4的衰减速度，U3衰减越慢、U4衰减越快，则U1ZJ的电压最大值越高，电压维持时间越长，易导致继电器误动作。

由此可知，在直流电极发生一点接地时，由于继电器跳闸回路电缆过长导致对地分布电容较大，加之中间继电器动作电压及功率较低，从而引起5022断路器误跳闸，如图5所示。

3 改造方案及校验

根据上述分析，提出5022断路器跳闸回路改造方案如下：

在紧急停堆盘ECP、远方DCS跳闸回路中增加大功率中间继电器116XE，通过中间继电器辅助接点使跳闸继电器1ZJ励磁，进而使手跳继电器STJ励磁，实现5022断路器可靠动作，改造后的跳闸回路原理图如图6所示。由于中间继电器116XE动作功率大，抗干扰能力较强，可以有效地降低误动作风险。

通過对继电器跳闸回路进行模拟接地及传动试验，5022断路器动作可靠，试验结果合格。

4 结论

根据仿真及现场模拟试验结果证明，DCS远方、紧急停堆盘ECP跳闸回路电缆太长导致对地存有较大电容和跳闸回路中间继电器动作电压及功率偏低是引起5022断路器跳闸的主要原因。

为防止类此事件的再次发生，可采取以下措施：

（1）提高跳闸继电器动作功率，满足《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求。

（3）对于控制回路屏蔽电缆两端应可靠接地，有效减少电缆线芯对地的杂散电容，避免在控制回路发生单点接地故障时，会与杂散电容构成回路，当达到动作条件时引起继电器误动作。

（3）对于跳闸回路必须做好安全防护措施，降低人为造成直流一点接地或交-直流混接的风险。

参考文献

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

[2]邱关源.电路（上，下册）[M].北京：高等教育出版社，1987.