220 kV開(kāi)關(guān)中間繼電器誤動(dòng)作原因分析

嵇義軍

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司安慶供電公司，安徽 安慶 246003）

2011-06-15，某供電公司東部變電站220 kV聯(lián)絡(luò)Ⅰ開(kāi)關(guān)發(fā)生無(wú)線路故障三相跳閘事故。所幸事故發(fā)生時(shí)該線路處于輕載狀態(tài)，未造成負(fù)荷損失。該線路停運(yùn)后，變電站在較長(zhǎng)時(shí)間處于單電源供電狀態(tài)，降低了供電可靠性，增加了電網(wǎng)安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。

1 故障斷路器基本情況

東部變電站220 kV聯(lián)絡(luò)Ⅰ開(kāi)關(guān)于2010-07-04正式投運(yùn)，開(kāi)關(guān)型號(hào)為L(zhǎng)TB245E1-1P，機(jī)構(gòu)型號(hào)為BLK222，生產(chǎn)廠家為北京ABB高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備有限公司，出廠編號(hào)為1360113934-01，出廠日期為2010年4月。線路保護(hù)型號(hào)為RCS-931(光纖)和RCS-902(高頻)系列，生產(chǎn)廠家為南京南瑞繼保電氣有限公司。

2010年6月，相關(guān)檢修單位按照交接驗(yàn)收規(guī)程，分別對(duì)該間隔一次設(shè)備和二次設(shè)備進(jìn)行了交接驗(yàn)收，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均在合格范圍內(nèi)，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)論均正確。

2 事故經(jīng)過(guò)

2011-06-15T8:00左右，接調(diào)度通知，東部變電站220 kV聯(lián)絡(luò)Ⅰ開(kāi)關(guān)三相跳閘(對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)未跳閘，線路無(wú)故障)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員反映:當(dāng)日07:45左右，突然聽(tīng)到一聲220 kV斷路器分閘的響聲。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)Ⅰ開(kāi)關(guān)三相同時(shí)跳閘，聯(lián)絡(luò)Ⅰ線路保護(hù)裝置無(wú)任何動(dòng)作報(bào)文，面板無(wú)任何保護(hù)動(dòng)作信號(hào)燈指示，開(kāi)關(guān)本體非全相保護(hù)無(wú)動(dòng)作信號(hào)。SCADA系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))只有“聯(lián)絡(luò)Ⅰ開(kāi)關(guān)啟動(dòng)事故音響”和“聯(lián)絡(luò)Ⅰ開(kāi)關(guān)二組控制回路斷線”發(fā)出報(bào)警；220 kV線路故障錄波器未啟動(dòng)，對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)保護(hù)未啟動(dòng)，聯(lián)絡(luò)Ⅰ線路未發(fā)生故障。

3 檢查分析

為了查清開(kāi)關(guān)偷跳的原因，6月15日10:00左右將聯(lián)絡(luò)Ⅰ開(kāi)關(guān)由熱備用轉(zhuǎn)檢修，進(jìn)行了一系列檢查。

3.1 外觀及機(jī)械部分檢查

(1)首先檢查端子箱、機(jī)構(gòu)內(nèi)二次端子排以及二次接線情況，未發(fā)現(xiàn)端子箱以及二次接線有受潮情況；端子排干燥清潔，無(wú)明顯異物；二次接線牢固、可靠。

(2)檢查機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)部位，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行多次傳動(dòng)試驗(yàn)均正常，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

(3)對(duì)機(jī)構(gòu)的低電壓動(dòng)作特性進(jìn)行檢查，在電壓為176 V時(shí)合閘，三相動(dòng)作正常；在電壓為143 V時(shí)分閘，三相動(dòng)作正常。

(4)對(duì)斷路器三相分、合閘時(shí)間進(jìn)行了測(cè)量，均在合格范圍內(nèi)。

(5)對(duì)斷路器SF6氣體微水及分解物進(jìn)行了測(cè)量，數(shù)據(jù)均正常。

由于該斷路器采用三相分體式結(jié)構(gòu)，若僅僅是機(jī)械故障不會(huì)造成三相同時(shí)跳閘，且開(kāi)關(guān)機(jī)械特性試驗(yàn)及SF6氣體微水試驗(yàn)都正常，因此排除了開(kāi)關(guān)發(fā)生機(jī)械故障的可能。造成開(kāi)關(guān)三相同時(shí)跳閘僅可能是，存在可導(dǎo)致三相同時(shí)跳閘的電氣回路，如：機(jī)構(gòu)的非全相回路、開(kāi)關(guān)手動(dòng)分閘回路、母差保護(hù)跳閘回路。

3.2 機(jī)構(gòu)的非全相回路絕緣檢查

首先重點(diǎn)檢查機(jī)構(gòu)非全相回路(見(jiàn)圖1)。打開(kāi)機(jī)構(gòu)的非全相端子箱，機(jī)構(gòu)內(nèi)非全相繼電器無(wú)異常，未發(fā)送非全相動(dòng)作信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)模擬非全相繼電器動(dòng)作，非全相回路中K36(非全相繼電器)、K37(開(kāi)關(guān)一組跳閘中間繼電器)、K38(開(kāi)關(guān)二組跳閘中間繼電器)均可靠動(dòng)作，同時(shí)發(fā)非全相動(dòng)作信號(hào)，手動(dòng)復(fù)歸后信號(hào)消失。現(xiàn)場(chǎng)采用500 V搖表對(duì)繼電器及二次線的絕緣情況進(jìn)行測(cè)量。

(1)檢查K37回路的絕緣，取K37繼電器A1(線圈端)至600(正電源)端子間的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，絕緣電阻為550 MΩ，合格。

(2)檢查K38回路的絕緣，取K38繼電器A1(線圈端)至600(正電源)端子間的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，絕緣電阻為550 MΩ，合格。

(3)檢查K37三相出口跳閘節(jié)點(diǎn)的絕緣，取602(一組跳閘正電源)端子分別至A629，B629，C629(一組三相跳閘出口)端子間的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，絕緣電阻為550 MΩ，合格。

(4)檢查K38三相出口跳閘節(jié)點(diǎn)的絕緣，取702(一組跳閘正電源)端子至A729，B729，C729(二組三相跳閘出口)端子間的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，絕緣電阻為550 MΩ，合格。

(5)由于K38繼電器A1(線圈端)引線與三相出口跳閘節(jié)點(diǎn)的11，21，31端子的位置較近(此處若有短接，開(kāi)關(guān)立即啟動(dòng)第二組跳閘回路)，故對(duì)K38繼電器A1(線圈端)端子至702端子(一組跳閘正電源)的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，絕緣電阻為550 MΩ，合格。

(6)由于K37繼電器A1引線與三相出口跳閘節(jié)點(diǎn)的11，21，31端子的位置較近，故對(duì)K37繼電器A1端子至602端子的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，絕緣電阻為550 MΩ，合格。

由上述測(cè)試可知，非全相繼電器及二次線絕緣合格，同時(shí)在非全相機(jī)構(gòu)箱內(nèi)未發(fā)現(xiàn)任何雜物，因此初步判斷不存在繼電器內(nèi)部受潮(檢查當(dāng)天濕度很大，若內(nèi)部受潮短時(shí)間無(wú)法恢復(fù))及二次線絕緣損壞或外部小動(dòng)物進(jìn)入造成短路的可能，但本次檢查仍未查出三相跳閘的直接故障點(diǎn)。

3.3 二次部分檢查

依據(jù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作行為，由于開(kāi)關(guān)是三跳，且保護(hù)裝置對(duì)此無(wú)反應(yīng)，故從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了檢查。

(1)檢查開(kāi)關(guān)跳開(kāi)前后直流系統(tǒng)是否正常。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)直流回路進(jìn)行檢查，直流正對(duì)地為112 V，直流負(fù)對(duì)地為-108 V，直流回路無(wú)異常。

圖1 開(kāi)關(guān)非全相回路

(2)跳閘電纜雜散電容是否正常。對(duì)繼電保護(hù)至開(kāi)關(guān)端子箱的跳閘電纜的雜散電容量進(jìn)行了測(cè)量，電纜雜散電容量為12～13 nF，電容量正常。

(3)開(kāi)關(guān)手跳回路(見(jiàn)圖2)接通引起開(kāi)關(guān)跳閘。現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合圖紙對(duì)手跳回路進(jìn)行檢查，檢查發(fā)現(xiàn)回路接線正確，無(wú)寄生回路，且手跳回路接通時(shí)KKJ(雙位置繼電器)返回，不會(huì)發(fā)出SCADA系統(tǒng)中記錄的“聯(lián)絡(luò)Ⅰ開(kāi)關(guān)啟動(dòng)事故音響”信號(hào)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確認(rèn)，手跳開(kāi)關(guān)時(shí)KKJ可靠返回，無(wú)事故音響信號(hào)發(fā)出。

對(duì)KKJ及STJ(手跳繼電器)動(dòng)作電壓進(jìn)行了校驗(yàn)，STJ動(dòng)作電壓大于KKJ動(dòng)作電壓，動(dòng)作值合格，且不可能發(fā)生STJ動(dòng)作而KKJ不動(dòng)作。因此，排除了手跳回路接通的可能。

(4)母差保護(hù)開(kāi)入引起開(kāi)關(guān)跳閘。母差跳閘回路如圖3所示，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)母差保護(hù)一跳、二跳回路進(jìn)行檢查，對(duì)照?qǐng)D紙檢查相關(guān)二次線。經(jīng)檢查其接線正確，且無(wú)寄生回路。進(jìn)一步使用500 V電壓等級(jí)搖表對(duì)該回路進(jìn)行絕緣試驗(yàn),測(cè)得其絕緣電阻大于550 MΩ，回路絕緣合格。

因母差保護(hù)動(dòng)作時(shí)會(huì)啟動(dòng)操作箱TJR(永跳)繼電器，而TJR繼電器動(dòng)作會(huì)啟動(dòng)信號(hào)繼電器TXJ，發(fā)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，如圖4所示。考慮到開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)無(wú)任何保護(hù)動(dòng)作報(bào)文，此點(diǎn)與之不符，因此排除了母差保護(hù)開(kāi)入引起開(kāi)關(guān)跳閘的可能。

圖2 開(kāi)關(guān)手跳回路

3.4 開(kāi)關(guān)非全相回路檢查

現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合圖1所示圖紙對(duì)開(kāi)關(guān)非全相回路進(jìn)行檢查。使K36動(dòng)作，接點(diǎn)閉合，經(jīng)2s延時(shí)，啟動(dòng)K37，K38。其中，K37動(dòng)作后，接點(diǎn)閉合出口跳閘，同時(shí)啟動(dòng)K34(非全相信號(hào)中間繼電器)，發(fā)非全相動(dòng)作信號(hào)并保持；K38動(dòng)作后，出口跳閘，同時(shí)對(duì)接點(diǎn)發(fā)瞬時(shí)動(dòng)作信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)檢查該信號(hào)接點(diǎn)。

(1)K36，K37，K38繼電器的動(dòng)作值及返回值校驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果：?jiǎn)?dòng)值為140 V；返回值為110 V，測(cè)試結(jié)果正確。

(2)由于開(kāi)關(guān)單相偷跳時(shí)會(huì)啟動(dòng)重合閘，而此次開(kāi)關(guān)跳開(kāi)時(shí)裝置未發(fā)重合閘動(dòng)作信號(hào)，因此在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行開(kāi)關(guān)非全相功能試驗(yàn)，重合閘投入時(shí)開(kāi)關(guān)單跳單重，重合閘退出時(shí)，開(kāi)關(guān)單跳后啟動(dòng)K36，經(jīng)2 s延時(shí)跳開(kāi)其余2相，信號(hào)正確發(fā)出。因此，排除了開(kāi)關(guān)單相偷跳和K36動(dòng)作跳閘的可能。

(3)由于K37誤動(dòng)有引起開(kāi)關(guān)跳閘的可能。K37動(dòng)作時(shí)會(huì)發(fā)非全相動(dòng)作信號(hào)并保持，非全相繼電器箱會(huì)有動(dòng)作信號(hào)燈點(diǎn)亮，同時(shí)SCADA系統(tǒng)中會(huì)有“非全相動(dòng)作”信號(hào)報(bào)文發(fā)出，而開(kāi)關(guān)跳開(kāi)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)“非全相動(dòng)作”信號(hào)，因此排除K37動(dòng)作的可能。

(4)由于K38誤動(dòng)會(huì)引起開(kāi)關(guān)三相同時(shí)跳閘，且無(wú)“非全相信號(hào)”發(fā)出，僅有“文會(huì)線4C76開(kāi)關(guān)啟動(dòng)事故音響”和“文會(huì)線4C76開(kāi)關(guān)二組控制回路斷線”信號(hào)發(fā)出，此現(xiàn)象與本次開(kāi)關(guān)誤動(dòng)結(jié)果相符。在排除了以上所有可能性后，初步認(rèn)定K38誤動(dòng)的可能性最大。

圖3 母差保護(hù)跳閘回路

圖4 母差保護(hù)動(dòng)作信號(hào)回路

(5)因東部變電站當(dāng)天無(wú)任何操作，未進(jìn)行交接班，未開(kāi)展設(shè)備巡視工作，且打開(kāi)非全相端子箱需要通過(guò)微機(jī)“五防”閉鎖，而檢查故障發(fā)生時(shí)間段微機(jī)“五防”閉鎖中無(wú)模擬開(kāi)鎖記錄。因此，可以排除人員誤碰K38繼電器造成誤動(dòng)的可能。

為了徹底查出K38誤動(dòng)原因，對(duì)K38繼電器安裝底座進(jìn)行了解體檢查(底座正常為近似密封狀態(tài)，無(wú)法打開(kāi))，在打開(kāi)繼電器底座后發(fā)現(xiàn)：

(1)繼電器底座內(nèi)含有較多金屬雜質(zhì)，其中部分金屬雜質(zhì)較長(zhǎng)，達(dá)到4～5 mm；

(2)繼電器內(nèi)金屬連接片之間距離較小，如K38繼電器A1(線圈端)連片與三相出口跳閘11端子的連片距離僅2 mm；

(3)在K38繼電器A1(線圈端)三相出口跳閘節(jié)點(diǎn)的11端子之間發(fā)現(xiàn)疑似熔渣；

(4)該繼電器為西班牙進(jìn)口，型號(hào)為releco MR-C CA-A40；繼電器底座型號(hào)為S4-J。

4 故障結(jié)論

根據(jù)以上檢查判定：由于開(kāi)關(guān)非全相機(jī)構(gòu)內(nèi)繼電器底座存在質(zhì)量問(wèn)題，致使非全相出口中間繼電器誤動(dòng)，造成東部變電站220 kV聯(lián)絡(luò)Ⅰ開(kāi)關(guān)偷跳。

找到故障點(diǎn)后，對(duì)該機(jī)構(gòu)內(nèi)所有同型號(hào)繼電器進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)其他繼電器底座盡管也有些雜質(zhì)，但沒(méi)有類(lèi)似K38那種較長(zhǎng)的金屬雜質(zhì)。將雜質(zhì)清除干凈后，再次對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行了各類(lèi)傳動(dòng)試驗(yàn)，開(kāi)關(guān)傳動(dòng)正確，具備恢復(fù)送電條件。