±500 k V同塔雙回直流輸電工程運行中的三起斷路器三相不一致保護動作研究

張朝斌

（中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州510405）

0 引言

牛從直流滿負荷6 400 MW，對交流濾波器的需求較高，從西換流站采用了22組交流濾波器以滿足直流系統大無功功率的需求。交流濾波器的安全穩定運行關系到直流系統的穩定運行，至關重要，連續三次三相不一致保護動作給系統帶來了很多未知風險，引起了運維單位的高度重視［1－2］。

1 三相不一致保護動作事故過程

2014年，牛從直流發生了多起交流斷路器三相不一致動作事故，分析總結后發現有以下6個共同點：（1）事故均發生在功率上升過程中無功需求增加時；（2）事故均發生在無功控制系統要求投入交流濾波器時；（3）交流濾波器的斷路器在合閘過程中某相未合閘，導致三相不一致保護動作斷開其余已合閘的兩相；（4）事故均發生在型號為3 AP2-FI、制造廠商為杭州西門子的斷路器上；（5）事故發生間隔時間均不超過一個星期；（6）事故均發生在交流濾波器斷路器上。由以上共同點可見，3AP2-FI型斷路器合閘不成功不是偶然事件。

從西換流站500 k V斷路器本體三相不一致保護有2條回路，正常運行時三相不一致的2條回路應同時投入，交流濾波器斷路器三相不一致時間設定為0.5 s。

圖1為3AP2-FI型斷路器三相不一致原理圖［2］，S1LA、S1LB、S1LC為三相分合閘輔助接點，其2套常閉、常開接點分別先并聯后再串聯，啟動2路時間繼電器K16、K26，在設定的延時后三相不一致繼電器K61、K63動作，三相不一致保護動作跳閘。

2 事故原因

經過分析發現三起事故原因類似，現以事故2為例進行說明：運維人員檢查三相不一致繼電器發現，2路本體三相不一致繼電器K61、K63動作。

2.1 保護檢查情況分析

圖2為591斷路器故障錄波圖，可以看出，A、B相合上，C相未合閘，A、B相合閘約560 ms后，本體不一致保護動作跳開三相斷路器，動作時間與斷路器本體2路三相不一致時間繼電器K16、K26設置時間（0.5 s）相符，斷路器本體三相不一致保護正確動作跳開斷路器。

2.2 控制裝置檢查情況分析

圖1 3AP2-FI型斷路器三相不一致原理圖

圖2 591斷路器故障錄波圖

運維人員檢查發現591濾波器保護屏A 591斷路器選相合閘裝置面板“動作”、“故障”紅燈亮，查看2014-06-29T07：50時591斷路器合閘時的報文，發現有591斷路器A、B、C三相合閘出口的報文以及591 A、B兩相斷路器位置反饋的報文，但無591 C相斷路器位置反饋的報文。

對2014-06-29T07：50時591斷路器合閘時選相合閘裝置內錄波進行讀取，如圖3所示，發現591斷路器A、B、C三相合閘出口命令、脈沖時間均正常，A相為209 ms，B相為212 ms，C相為216 ms。

圖3 591斷路器選相合閘裝置錄波圖

根據錄波圖也可以看出“合閘啟動校驗”、“合閘啟動1”命令均有發出，591斷路器A、B兩相有電流且有位置反饋信號，C相無電流且無位置反饋信號，表明591斷路器C相并未合閘。

2.3 一次設備檢查情況分析

故障后檢查591斷路器儲能正常，SF6壓力正常，三相不一致繼電器K61／K63勵磁、端子排無異常。進一步檢查A、B、C相合閘線圈電阻分別為155Ω、190Ω、7.6Ω，C相合閘線圈嚴重損壞，導致遠方合閘命令發出后未能合閘。將C相合閘線圈拆下后進行了復查，因當時環境溫度已經有44.4℃，測得線圈電阻為17.9Ω。

2.4 合閘線圈故障原因分析

前面從保護、控制、一次3個方面分析，最終得出事故直接原因為斷路器合閘線圈阻值降低。牛從直流落地點從西換流站共有54組3AP2-FI型斷路器，其中包括32組交流場斷路器，22組交流濾波器場斷路器，發生故障的斷路器均為交流濾波器場斷路器，究其原因，筆者認為有以下5點：（1）交流濾波器為無功控制自動投切裝置，直流系統輸電容量大且具有功率變化較大的特點，這就必然導致交流濾波器場斷路器分合次數遠多于交流場斷路器，其合閘線圈故障的概率更高；（2）3AP2-FI型斷路器的合閘線圈由于批次問題質量有待提高；（3）斷路器機構箱密封性能不完善，合閘線圈受潮，造成故障率高；（4）廣東地區6、7月份持續高溫高負荷，對設備運行造成不利影響；（5）濾波器為容性設備，分合閘時沖擊電流等較大，運行工況較惡劣，容易對合閘線圈造成損害。

3 改進建議

（1）對3 AP2-FI型斷路器的分合閘線圈開展全面排查，避免事故再次發生。運維單位對22組交流濾波器進行了全面排查，經統計發現合閘線圈的故障率約為78.8%，分閘線圈的故障率約為17.6%。所有交流濾波器場斷路器均僅運行一年左右，如此高的故障率可見其分合閘線圈質量有待提高。運維單位更換了所有故障線圈，避免了同類型故障的再次發生。運維單位還對交流場斷路器進行了全面排查，以根除隱患。

（2）督促廠家對所用分合閘線圈進行排查，提供合格的分合閘線圈備品來更換故障線圈。

（3）對斷路器機構箱進行改造，加裝防潮設施，可在斷路器機構箱內放置防潮劑。

（4）在持續高溫的6、7、8月，加強對斷路器的巡視，增加斷路器停電檢查維護頻率。

（5）針對濾波器的特性，重新校對選相合閘裝置參數，降低分合閘時的沖擊電流。

（6）在合閘線圈兩端并聯一大電阻以泄流，減少沖擊電流對合閘線圈的影響。目前，運維單位已分別在571、581、584斷路器的三相合閘線圈上加裝了1 kΩ的并聯泄流電阻，運行情況良好。

4 結語

本文針對三起連續的交流濾波器場斷路器三相不一致保護動作事故，從保護裝置檢查、控制裝置檢查、一次設備檢幾個方面得出事故直接原因。再通過直接原因較全面地分析了故障的根本原因，并提出了對運維有實際意義的改進建議及措施，可以為現有工程的改進和新工程的設計提供借鑒。

［1］中國南方電網超高壓輸電公司廣州局.從西站運行規程，2014

［2］西門子（杭州）高壓斷路器有限公司.500 k V斷路器（3AP2-FI型）廠家資料，2011