一起斷路器“跳躍”事故的案例分析和對策

魯小榮 賀瑩瑩

（河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引言

在斷路器操作過程中，可能會出現(xiàn)合閘接點(diǎn)粘連或重合閘脈沖時(shí)間過長的現(xiàn)象，如果此時(shí)線路發(fā)生故障，則保護(hù)裝置動(dòng)作，斷路器分閘，斷路器的這種多次“分一合”現(xiàn)象稱為“跳躍”。如果斷路器發(fā)生“跳躍”，勢必造成絕緣下降、內(nèi)部溫度上升，甚至?xí)l(fā)生斷路器爆炸事故，危及設(shè)備和人身的安全。防跳裝置是在合閘操作中，只要引起合閘的操動(dòng)機(jī)構(gòu)仍保持在閉合的位置，如果由于某種原因使開關(guān)分閘，也不能再合的保護(hù)裝置[1]。因此，斷路器防跳裝置回路是二次控制回路的重要部分，掌握斷路器防跳裝置原理很關(guān)鍵。下面對一起案例進(jìn)行分析。

1 案例描述

2018年，某220 kVGIS智能變電站=F1線路間隔的C相線路發(fā)生接地故障，C 相斷路器跳閘，延時(shí)1 s后，該線路重合。因接地故障未解除，重合于故障，該間隔斷路器3相跳閘。69 ms 后，C 相自合。由于C 相機(jī)構(gòu)在2 s 時(shí)間內(nèi)，執(zhí)行了“O-COC” 4個(gè)操作（即：斷路器出現(xiàn)“跳躍”），機(jī)構(gòu)無能量再執(zhí)行分閘操作，斷路器最終處于合閘位置，斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作，跳開整段母線上所有間隔，母線失壓。

2 原因分析

該站智能終端防跳回路投入使用，排查發(fā)現(xiàn)防跳回路負(fù)極虛接，防跳功能失效；同時(shí)，傳統(tǒng)匯控柜內(nèi)斷路器機(jī)構(gòu)防跳回路也投入使用，排查發(fā)現(xiàn)防跳繼電器接線錯(cuò)誤，防跳回路失效。兩套防跳回路同時(shí)失效，重合閘操作過程中斷路器跳躍，導(dǎo)致斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作，整段母線上的間隔跳閘，擴(kuò)大了停電范圍。

3 暴露的問題

該站220 kVGIS采用的是HMB-4.3型液壓碟簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)一次儲能，能滿足斷路器進(jìn)行一次完整的“OCO” 重合閘操作。但是該次故障斷路器未在“O-CO”動(dòng)作后及時(shí)閉鎖合閘操作，造成故障范圍擴(kuò)大。因此，分析該斷路器液壓碟簧機(jī)構(gòu)動(dòng)作的各種油壓理論值、實(shí)際油壓降、油壓閉鎖回路原理，以及模擬實(shí)際斷路器動(dòng)作工況下油壓閉鎖開關(guān)擾動(dòng)的干擾因素，對深入了解此次事故很有必要。

3.1 液壓碟簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)油壓理論值分析

該站GIS斷路器配置的是HMB-4.3型液壓碟簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其理論油壓值見表1。

表1 碟簧壓縮量（單位：mm）與液壓系統(tǒng)油壓（單位：MPa）對應(yīng)關(guān)系

3.2 試驗(yàn)測試斷路器操作后的油壓降

在額定油壓下（碟簧壓縮量：83.5 mm），單分操作“O”一次碟簧釋放量26 mm；單合操作“C”一次碟簧釋放量11 mm；重合操作“O-CO”一次碟簧釋放量62 mm。即：在額定油壓下“O-CO”操作一次，油壓已降低到了合閘閉鎖油壓以下。

通過試驗(yàn)得出：在額定油壓下“O-CO”操作一次，油壓已降低到了合閘閉鎖油壓以下。理論上合閘閉鎖繼電器啟動(dòng)，閉鎖合閘操作回路，斷路器不能再次進(jìn)行合閘操作。該站斷路器進(jìn)行“O-CO”操作后未閉鎖合閘操作的問題，初步判斷為合閘閉鎖回路問題。因此，需進(jìn)一步分析油壓閉鎖回路原理，驗(yàn)證斷路器分合閘電磁線圈、油壓閉鎖開關(guān)以及油壓閉鎖繼電器的動(dòng)作時(shí)序關(guān)系。

3.3 油壓閉鎖回路原理分析

HMB-4.3型液壓碟簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)分別提供1付合閘閉鎖、2付分閘閉鎖以及2付重合閘閉鎖原始接點(diǎn)。合閘閉鎖及分閘閉鎖接點(diǎn)的應(yīng)用如圖1所示。其中，-PSY為油壓閉鎖開關(guān)，-K5，-K7為中間繼電器。油壓閉鎖開關(guān)接點(diǎn)在額定油壓下為常開狀態(tài)，當(dāng)油壓降低至相應(yīng)的閉鎖壓力值以下時(shí)，油壓開關(guān)由斷開狀態(tài)切換為閉合狀態(tài)。即：當(dāng)油壓降低到合閘閉鎖油壓值以下-PSY（51，52）閉合，-K5繼電器勵(lì)磁，通過串接在合閘回路中的-K5繼電器常閉觸點(diǎn)斷開合閘回路。同理，可分析分閘回路中的-PSY（11，12）分閘油壓閉鎖和-K7繼電器動(dòng)作。

3.4 試驗(yàn)?zāi)M斷路器運(yùn)行工況

模擬電站實(shí)際工況，解除匯控柜內(nèi)斷路器的防跳回路，即：在防跳回路失效后，斷路器重合于故障狀態(tài)下，測試斷路器分合閘動(dòng)作次數(shù)、操作回路各閉鎖接點(diǎn)發(fā)出的時(shí)序，并驗(yàn)證斷路器儲能電機(jī)自動(dòng)打壓回路投入與否對油壓閉鎖動(dòng)作時(shí)序是否有影響。具體分為以下2個(gè)試驗(yàn)來進(jìn)行。1）試驗(yàn)1：在斷路額定油壓下，儲能電機(jī)電源投入，模擬在防跳回路失效后，斷路器重合于故障狀態(tài)下，測試斷路器分合閘動(dòng)作次數(shù)、操作回路各閉鎖接點(diǎn)發(fā)出的時(shí)序。2）試驗(yàn)2：在斷路額定油壓下，斷開斷路器儲能電機(jī)電源，模擬在防跳回路失效后，斷路器重合于故障狀態(tài)下，測試斷路器分合閘動(dòng)作次數(shù)、操作回路各閉鎖接點(diǎn)發(fā)出的時(shí)序。

圖1 油壓閉鎖回路圖

3.4.1 在斷路器儲能電機(jī)自動(dòng)打壓回路投入時(shí)測試

針對試驗(yàn)1，斷路器初始狀態(tài)為合閘狀態(tài)，模擬現(xiàn)場“防跳”操作。整個(gè)試驗(yàn)過程進(jìn)行了“O-COC”4個(gè)動(dòng)作循環(huán)，合閘油壓閉鎖繼電器未及時(shí)閉鎖。根據(jù)試驗(yàn)圖形時(shí)間參數(shù)分析，合閘油壓閉鎖原始接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)正好是第二次分閘線圈受電過程中，距離第一次合閘線圈受電完成時(shí)間間隔70 ms。當(dāng)合閘油壓閉鎖繼電器節(jié)點(diǎn)動(dòng)作完成時(shí)，第二次合閘線圈已受電，此時(shí)-K5繼電器接點(diǎn)已來不及切斷合閘操作回路，第二次合閘形成。

3.4.2 在斷路器儲能電機(jī)自動(dòng)打壓回路不投入時(shí)測試

針對試驗(yàn)2，斷路器初始狀態(tài)為合閘狀態(tài)，模擬現(xiàn)場“防跳”操作。整個(gè)試驗(yàn)過程進(jìn)行了“O-CO”三個(gè)動(dòng)作循環(huán)，合閘油壓閉鎖繼電器閉鎖合閘操作成功。根據(jù)試驗(yàn)圖形時(shí)間參數(shù)分析，此次合閘油壓閉鎖原始接點(diǎn)動(dòng)作在第二次分閘線圈受電前，距離第一次合閘線圈受電完成時(shí)間間隔43 ms。對比試驗(yàn)1，合閘油壓閉鎖原始接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間提前。

針對以上2個(gè)試驗(yàn)，分別各驗(yàn)證5次，驗(yàn)證結(jié)果穩(wěn)定一致。

3.5 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過以上理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證得出，配HMB-4.3型液壓碟簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器在動(dòng)作過程中，儲能電機(jī)自動(dòng)補(bǔ)壓回路投入與否對油壓閉鎖開關(guān)的原始接點(diǎn)動(dòng)作特性影響較大，油壓開關(guān)原始接點(diǎn)在儲能電機(jī)自動(dòng)補(bǔ)壓回路投入工況下比不投入時(shí)動(dòng)作滯后27 ms。因此，儲能電機(jī)的自動(dòng)補(bǔ)壓會導(dǎo)致油壓開關(guān)動(dòng)作滯后，從而導(dǎo)致斷路器在“O-CO”動(dòng)作后未及時(shí)閉鎖合閘操作。

綜上所述，液壓碟簧機(jī)構(gòu)油壓閉鎖開關(guān)的設(shè)計(jì)初衷是為了監(jiān)視斷路器機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，不能依賴油壓低閉鎖接點(diǎn)閉鎖斷路器的“跳躍”，不能用油壓低閉鎖功能替代斷路器防跳裝置功能。

4 防范措施

Q/GDW 161—2007《線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》要求：“斷路器防跳功能應(yīng)由斷路器本體機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)”[2]，加強(qiáng)對斷路器防跳裝置功能回路完好性的排查，保障設(shè)備的正常運(yùn)行，杜絕“跳躍”現(xiàn)象的發(fā)生。具體電站排查內(nèi)容如下。

4.1 排查防跳功能是否由斷路器本體機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

排查手段：通過圖紙資料判斷防跳功能。1）核對設(shè)計(jì)圖紙，機(jī)構(gòu)本體防跳或操作箱防跳功能在圖紙資料中有明確的表達(dá)。2）核對圖紙與實(shí)物接線的一致性，避免現(xiàn)場施工改線而圖紙未升版造成的資料存檔錯(cuò)誤。如果排查結(jié)果為本體機(jī)構(gòu)防跳，則滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；否則，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，需要根據(jù)情況考慮整改。

4.2 排查斷路器本體機(jī)構(gòu)防跳功能的完好性

排查手段：通過模擬操作排查防跳功能。1）將GIS匯控柜操作面板上的“遠(yuǎn)方”“就地”轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到“就地”狀態(tài)，模擬防跳工況（合分命令同時(shí)給），如果斷路器“合閘”僅出現(xiàn)一次，則斷路器機(jī)構(gòu)防跳功能完好。2）將“遠(yuǎn)方”“就地”轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到“遠(yuǎn)方”狀態(tài)，人為制造斷路器就地跳閘故障（如非全相保護(hù)動(dòng)作），模擬防跳工況（合分命令同時(shí)給），如果斷路器“合閘”僅出現(xiàn)一次，則斷路器防跳功能完好。

4.3 排查操作箱防跳功能的完好性

排查手段：將“遠(yuǎn)方”“就地”轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到“遠(yuǎn)方”狀態(tài)，解除斷路器防跳功能，模擬防跳工況（開關(guān)就地非全相保護(hù)動(dòng)作工況除外），若斷路器“合閘”僅出現(xiàn)一次，則保護(hù)防跳功能完好。此排查內(nèi)容主要針對早期未采用斷路器本體機(jī)構(gòu)防跳功能的電站，如電站已采用斷路器本體機(jī)構(gòu)防跳功能，則此條內(nèi)容不再適用。

5 結(jié)語

斷路器的正確動(dòng)作對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義，不同機(jī)構(gòu)類型的斷路器動(dòng)作原理不同，設(shè)計(jì)和運(yùn)維人員應(yīng)在了解機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理的基礎(chǔ)上開展工作。該文由常見的“跳躍”問題引入，從液壓碟簧機(jī)構(gòu)的油壓閉鎖角度給予分析論證，重在強(qiáng)調(diào)技術(shù)工作者需關(guān)注細(xì)節(jié)，分析故障的本質(zhì)原因，防患于未然。