某断路器防跳回路隐患致母线跳闸事故原因分析

2022-08-24杨张伟王雨濛殷忠宁

农村电气化 2022年8期

童鑫，杨张伟，王雨濛，陶杰，殷忠宁，万欣

（国网安徽合肥供电公司，安徽合肥 230022）

1 事故概况

某220 kV 变电站某220 kV 开关（下文用编号“2021”代替）出线A 相发生永久性故障，2021 开关保护A 相跳闸重合不成跳开，随后开关动作行为异常，A 相开关再次合上后无法及时跳开，线路失灵保护启动220 kV 母差，跳开运行于220 kV Ⅰ段母线上所有运行开关。

此事故从表面看，是2021开关A相重合闸于永久性故障跳开后，再次异常合闸。在线路失灵保护启动之前，2021开关A相未能及时分开，Ⅰ段母线跳闸。初步分析母线跳闸可能存在3 方面原因：2021开关A相机构及其二次控制回路异常；2021开关保护装置动作异常；2021线路A相故障跳闸引起Ⅰ段母线气室出现绝缘故障。未确定具体原因，须进一步检查、分析。

2 初步检查

经过检查，2021开关A相一次机构动作正确无问题，A相开关异常合闸与一次机构无关。

确认事故发生时2021开关保护装置动作行为正确。因此，2021开关A相开关异常合闸与保护装置无关。

本次220 kV I 段母线跳闸事故并非GIS 设备绝缘故障引起。

3 原因深入分析

根据检查结果可知，2021开关本体机构、低电压及机械特性、保护装置动作情况、GIS 设备绝缘均无异常，非A 相开关二次跳开永久性故障后再次合闸的真正原因。因此，怀疑是二次控制回路中继电器及其辅助节点的问题，须进行深入检查分析。

3.1 继电器检查

由于是异常合闸，故从合闸回路入手。通过查询2021开关A相二次控制回路图纸，发现合闸回路中除了2021开关的辅助节点外，涉及到的继电器及其辅助节点为防跳继电器K12 和合闸低油压闭锁继电器K9，如图1所示。因此，可以从这两个继电器与2021开关A相相关继电器及辅助节点的配合是否合适入手分析。

图1 2021开关机构A相合闸回路

读取故障录波器信息如下：

开关A 相辅助常开节点在重合闸及重合后又跳开这两次操作过程中，总共闭合平均时间约20.8 ms，即A 相防跳继电器K12 的线圈得电励磁时间，小于防跳继电器固有动作时间27 ms，防跳继电器无法可靠动作。将防跳继电器K12 换成继电器B，再次进行上述试验，故障重现，防跳继电器仍未能正确动作，无法闭锁。可见，防跳继电器动作不正确。

进一步，发现合闸低油压闭锁继电器动作亦不正确。

综上合闸回路相关继电器检查结果，初步判断事故由防跳继电器和合闸低油压闭锁继电器动作不正确导致。为了获取事故发生的完整逻辑，须结合保护动作逻辑对2021开关二次回路动作行为进行深入分析。

3.2 事故逻辑分析

3.2.1 保护装置分析

20:59:11.146，2021 线路发生A 相永久性故障，2021 第一套、第二套线路保护动作，47 ms 2021 开关A 相跳开，862 ms 重合闸动作，899.8 ms 2021 开关A 相重合成功，由于重合于永久性故障，946 ms 2021 第一套、第二套线路保护后加速保护动作，981 ms 开关三相跳开。1002.6 ms 后A 相开关合上，1042 ms 2021 第一套、第二套线路保护再次动作，1218 ms（定值0.15 s）220 kV 母线2021 开关失灵跟跳动作，1362 ms 失灵跳母联开关，1596 ms 后跳开I 段母线所有运行开关。具体动作事件如表1所示。

表1 保护动作事件

2021 线路发生A 相单相永久性故障后，第一套、第二套保护正确动作跳开2021三相开关，故障切除。根据2021 线路保护动作波形，1002.6 ms 后2021在三相开关跳开以后，发生了A相开关第二次合上的情况，故障电流一直存在，随后立即启动母差失灵保护，220 kV Ⅰ母失灵保护动作跳开220 kV Ⅰ段母线上所有运行开关，扩大了故障停电范围。2021开关A相开关第二次合上，说明A相合闸回路处于导通状态，未被切断。

3.2.2 防跳回路分析

根据A 相合闸回路图，A 相防跳继电器驱动回路经过X2:21、断路器辅助常开节点QFA1（13:14）及防跳继电器K12 辅助常开节点K12（13:14）、防跳继电器K12 线圈。2021 线路发生故障后，A 相跳开，862 ms 重合闸动作，发出合闸脉冲。899.8 ms 2021 开关A 相TWJa 由1 变0，966.0 ms 2021 开关的QFA1辅助常闭节点QFA1（11:12）及QFA1（21:22）打开，A 相合闸回路被切断，辅助常开节点QFA1（13:14）闭合，防跳回路导通，防跳继电器K12 线圈得电。

但是，由于重合闸于永久性故障，2021开关再次分闸。978.8 ms TWJa由0变1，分闸到位，QFA1（11:12）及QFA1（21:22）接通，QFA1（13:14）断开。因防跳继电器K12此时还未达到固有动作时间，辅助常开节点K12（13:14）依然断开，防跳回路断开，防跳继电器K12 线圈失电，无法产生自保持。同时，防跳继电器K12 位于合闸回路的辅助常闭节点K12（21:22）依然闭合，此时若合闸低油压闭锁继电器K9 的常闭辅助节点K9（51:52）依然闭合，则合闸回路接通。

由于合闸脉冲在986.8 ms 才结束，因此防跳继电器K12 无法在合闸脉冲结束前（即966.0 ms 时2021 开关的辅助常开节点QFA1（13:14）闭合使得防跳继电器K12 线圈得电，至986.8 ms 合闸脉冲结束这20.8 ms 时间内）断开常闭节点K12（21:22）。同时，由于防跳回路中的辅助常开节点K12（13:14）已断开，防跳继电器K12在下次合闸前无法再得电。故2021 开关二次控制回路无法通过防跳回路在QFA1（11:12）及QFA1（21:22）再次闭合前及时将2021开关A相合闸回路切断，有效闭锁第二次A相开关合闸。

3.3.3 低压油闭锁回路分析

结合图2 低油压闭锁相关回路及图3 分析，合闸低压油闭锁继电器K9 的常闭辅助节点K9（51:52）串联在合闸回路中。在防跳继电器K12 无法切断合闸回路时，若能通过合闸低油压闭锁继电器K9 的常闭辅助节点K9（51:52）在合闸脉冲结束前切断跳闸回路，也可阻止事故发生。由于合闸低油压闭锁继电器K9 固有动作时间为27 ms，得电启动后亦无法在两次合闸期间可靠动作，断开常闭辅助节点K9（51:52），最终导致合闸低压油闭锁功能失效。

图2 2021开关机构低油压闭锁回路

图3 2021开关动作时序图

因此，防跳继电器K12 和合闸低油压闭锁继电器K9无法在合闸脉冲结束前产生自保持并切断合闸回路，导致合闸回路中合闸脉冲仍在持续，机构合闸线圈在跳开永久性故障后得电。最终，1002.6 ms TWJa 由1 变0，此时开关的QFA1 辅助常闭节点断开，2021开关A相机构发生了二次合闸。根据前述分析及现场保护动作及一次设备动作，按动作时序将事故发生过程整理如图3所示。

3.3 确认原因

2021开关A 相二次跳闸后，重合闸脉冲仍然存在，此时防跳继电器、合闸低压油闭锁继电器未可靠动作，合闸回路未被断开，造成开关A 相再次合闸；开关分闸低油压闭锁继电器启动，闭锁分闸回路，A 相开关无法分闸；线路失灵保护动作，导致220 kV Ⅰ母线及运行于该母线上的开关跳闸。

确定原因后，现场再次模拟2021开关永久性故障传动试验，与故障当晚保护动作时间一致，故障现象再次重现，可以确认开关防跳继电器、合闸低油压闭锁继电器动作行为均不正确为本次事故发生原因。

4 隐患处理

将2021开关防跳继电器、合闸低油压闭锁继电器、分闸低油压闭锁继电器进行了更换，将防跳继电器启动常开辅助节点由K9（13:14）更换为一副新的备用节点。经时间测试，更换后的常开节点有效闭合时间均可和断路器辅助节点、重合闸脉冲时间配合合适，使得防跳继电器可以可靠动作，从而切断合闸回路。再次模拟故障试验，开关在完成分、合、分后，不再合闸，说明合闸回路可靠闭锁。