電壓互感器反充電故障分析及預防措施

張富超,張世強,芮建勛,顧笑明,王延伸

(河北省送變電有限公司,河北 石家莊 050051)

0 引言

電壓互感器[12]是變電站、發電廠中必不可少的電力設備,它的主要作用是將一次高電壓按一定比例降為二次低電壓,為站內保護裝置、測量裝置、計量裝置等二次設備提供電壓信息,同時起到隔離一次高壓設備與二次設備,保證人身和設備安全的作用。工程現場發生的電壓互感器故障多是由于運行中的電壓互感器二次側向不帶電的一次側反充電造成的。電壓互感器反充電[36]可能會導致運行中的電壓互感器二次空氣斷路器跳閘或熔斷器熔斷,使采集電壓的保護裝置失去電壓,從而很可能引起相關保護裝置的誤動;如果電壓互感器二次空氣斷路器沒有跳開,還可能損害設備或危及人身安全。因此分析電壓互感器反充電故障原因并提出有效的預防措施具有重要的意義。

結合一起典型誤合二次電壓并列開關造成電壓互感器反充電故障,通過分析后臺監控機報警信息、故障波形圖以及二次電壓并列回路,找出造成電壓互感器反充電故障的原因,并提出有效措施預防反充電故障的發生。

1 二次電壓并列回路

電壓互感器的二次側電壓用于保護、測量等裝置使用,當某段母線上電壓互感器檢修或退出運行時,使用該段母線電壓互感器二次電壓的保護、測量、計量等裝置仍需要運行,此時,需將電壓互感器二次電壓并列,實現該段母線上的運行設備從另一段母線上正在運行的電壓互感器獲取電壓的目的[7-8]。

NSR-383T-A6電壓并列裝置的電壓并列回路原理如圖1所示,1G 為I號母線電壓互感器隔離開關常開輔助觸點,2G 為II號母線電壓互感器隔離開關常開輔助觸點,MLDL 為母聯斷路器常開輔助觸點,1GL 為母聯間隔I號母線隔離開關常開輔助觸點,2GL 為母聯間隔II號母線隔離開關常開輔助觸點。

圖1 電壓并列直流回路原理示意

當母聯間隔I號母線隔離開關、II號母線隔離開關合位、母聯斷路器合位即I號母線與II號母線并列運行時,其隔離開關輔助動合觸點1GL、2GL、MLDL閉合,此時將并列開關1-7QK 置于手動并列位置,其⑤、⑥觸點閉合,雙位置磁保持繼電器5ZJ8繞組勵磁,其對應的動合觸點5ZJ8閉合,繼而使電壓保持繼電器5ZJ1-5ZJ6勵磁,相應動合觸點閉合,從而實現I號母線電壓和II號母線電壓的并列。將并列開關1-7QK 置于手動解列位置,3、4觸點閉合,雙位置磁保持繼電器5ZJ8繞組失磁,其對應的動合觸點5ZJ8打開,從而實現I號母線電壓和Ⅱ號母線電壓的解列。將并列開關1-7QK 置于遙控位置,其1、2觸點閉合,用于實現遠方電壓并列,但現場一般不用此功能,如果需要實現電壓并列功能要求就地手動操作。

如圖2所示,以A 相電壓為例,當II號母線電壓互感器2YH 檢修或退出運行,I號母線電壓互感器1YH 運行時,由II號母線電壓互感器提供二次電壓的保護、測量裝置如仍需要運行,此時,需進行電壓并列操作。I號母線電壓互感器1YH運行,電壓重動回路中的I號母線隔離開關常開觸點閉合,電壓保持繼電器4ZJ1-4ZJ4勵磁,觸點4ZJ1-1閉合;II號母線電壓互感器2YH 檢修或退出運行,電壓重動回路中的II號母線隔離開關常開觸點斷開,電壓保持繼電器4ZJ5-4ZJ8失磁,觸點4ZJ5-1斷開。此時合母聯間隔I號母線隔離開關1GL、II號母線隔離開關2GL、母聯斷路器MLDL,實現一次母線,I號母線與II號母線并列運行,然后操作人員將并列開關1-7QK 置于手動并列位置,觸點5ZJ1-1閉合,則I號母線A相電壓經1YHA/1YHa/1ZKKa/4ZJ1-1/5ZJ1-1/2YMa,使II號母線二次電壓小母線2YMa帶電,以供II號母線保護、測量、計量等運行裝置二次電壓。

圖2 電壓并列交流回路原理示意

2 電壓互感器反充電故障

某500 k V 新建變電站在投運過程中,進行220 k V 母聯212轉冷備用操作時,IA 號母線、IIA號母線電壓互感器端子箱、電壓二次空氣斷路器全部跳閘,造成220 k V 電壓等級二次設備失壓,保護裝置電壓互感器斷線報警。

2.1 故障前情況

故障發生前,該站的運行方式如下。

1)主變壓器設備區:4號主變壓器500 k V 側套管至電壓互感器之間引線打開,220 k V 側204斷路器間隔運行,4號主變壓器66 k V 側運行;2號主變壓器500 k V 側套管至電壓互感器之間引線打開,220 k V 側202斷路器間隔冷備用,2號主變壓器66 k V 側冷備用。

2)500 k V 設備區:500 k V 所有設備間隔均處于冷備用狀態。

3)220 k V 設備區:IA、IIA、IB、IIB 母線并列運行,出線256 在IA 號母線運行,204 斷路器在IIB號母線運行。

4)66 k V 設備區:4 號主變壓器66 k V 側運行,66 k V IIB號母線電壓互感器運行。

5)直流系統:1號充電機帶直流I段母線運行及1組蓄電池運行,2號充電機帶直流II段母線及2組蓄電池運行,3號充電機熱備用;系統運行正常,簡化電氣主接線如圖3所示。

圖3 電氣主接線示意

2.2 故障經過

2020年8月27日,該變電站執行“某變壓器220 k V側投切2號主變壓器試驗”階段的第一步“220 k V IIA號母線由運行轉冷備用”,3時19分接相關電力調度控制中心調令,當3時59分斷開220 k V IA、IIA號母線母聯212斷路器時,監控發現220 k V IA號母線電壓消失、220 k V 256出線間隔電壓互感器斷線,該線路兩套保護裝置運行異常。

2.3 故障處置措施

1)監控發現異常后,立即暫停操作,與現場操作人員聯系,經過現場人員檢查發現220 k V IA號母線、220 k V IIA 號母線電壓互感器二次空氣斷路器發生跳閘,4時14分值班長將該情況匯至調度控制中心與地方供電局局調。

2)4時31分,現場調試人員試合IA號母線電壓互感器二次空氣斷路器,220 k V IIA號母線電壓恢復正常(IIA號母線由于224、212斷路器在斷開位置,處于無電狀態,二次電壓同樣處于無電狀態)。

2.4 故障原因分析

查看監控后臺告警信息發現,斷開212母聯斷路器后,公用測控裝置上送“IA/IIA號母線電壓并列復歸”報警信號,繼續查找更早的報警記錄發現,在進行合212母聯斷路器操作時,測控裝置曾上送過“IA/IIA號母線電壓并列”報警信號,初步懷疑故障發生前,電壓二次回路一直處于并列狀態。

分析故障錄波裝置記錄的故障波形,如圖4所示,圖4中實線截取的是212母聯斷路器斷開時刻,虛線截取的是212母聯斷路器輔助觸點變位時刻。進一步分析該圖發現:當斷開斷路器212時,IIA 號母線三相電壓消失,說明IA 號母線和IIA 號母線分列運行,一次主接線不再滿足并列條件,觀察此時的212母聯斷路器分位開關量還未變位,說明212母聯斷路器輔助觸點還沒有轉換到位,即在分開斷路器212的瞬間二次回路仍保持并列條件,二次設備觸點變位滯后于一次設備狀態轉換,從而發生電壓互感器二次側向不帶電的一次側反充電故障。

圖4 故障錄波裝置記錄的故障波形

現場查看電壓并列開關處于“遙控并列”位置,但這并不能真實反映二次電壓回路的真實狀態,需結合電壓并列回路原理圖(圖1),利用萬用表在電壓并列屏屏后測量電壓并列回路中的1-7QD6端子電位為-115 V,而不是0 V,說明5ZJ8觸點處于導通狀態,進一步證明二次回路確實一直處于并列狀態。

綜上所述,該故障發生的原因是:將并列開關1-7QK 置于手動并列位置后,繼電器5ZJ8動作繞組勵磁,其動合觸點5ZJ8閉合,然后將并列開關1-7QK 置回中間位置即遙控并列位置,此時由于5ZJ8為雙位置磁保持繼電器,動合觸點5ZJ8仍是閉合狀態。當IA、IIA 號母線并列運行時,即母聯斷路器212、1GL、2GL均在合位,此時電壓并列回路導通,實現了IA、IIA 號母線二次電壓的并列。當執行“220 k V 側投切2號主變壓器試驗”階段的第一步“220 k V 2號母線由運行轉冷備用”操作后,分開220 k V IA、IIA 號母線母聯212斷路器,IIA 號母線三相電壓消失,即IIA 號母線電壓互感器一次繞組失電,但是串聯于IA、IIA 號母線二次電壓并列回路中的MLDL 觸點還沒有轉換到位,仍是導通狀態,此時,IA 號母線二次電壓將通過IA、IIA 號母線二次電壓并列回路使IIA號母線電壓互感器二次繞組繼續帶電,繼而反送到一次繞組,產生較大的短路電流[9],導致電壓二次空氣斷路器跳閘。

3 預防措施

基于上述由于誤合電壓并列開關導致電壓互感器反充電故障案例,提出以下預防措施。

1)母線轉冷備用時,應先斷開該母線電壓互感器二次電壓空氣斷路器,然后分開母聯斷路器,最后分開母線電壓互感器一次側隔離開關。

2)新上母線充電試運行時的操作順序與母線轉冷備用時的操作順序相反,在進行母聯斷路器合閘操作前,現場就地查看二次電壓并列開關位置,必要時可通過測量相應接線端子電位進行確認,確保其處于電壓解列位置。

3)當合母聯斷路器并列運行時,需檢查后臺監控機是否上送“母線電壓并列”信號,如果上送“母線電壓并列”信號,此時嚴禁斷開母聯斷路器,需查清電壓并列的原因,消除異常信號后方可繼續操作。

4)鑒于NSR-383型電壓并列裝置的并列開關位置處于“遙控位置”時,很難確認電壓二次回路是否處于并列狀態,建議取消該類型并列裝置并列開關的“遙控位置”,即正常運行時,將并列開關切至“解列位置”,僅當電壓二次回路需要并列時,才將并列開關切至“并列位置”。

4 結束語

分析了一起由于誤合電壓并列開關導致電壓互感器反充電的故障,從規范站內運維人員操作等方面,提出了行之有效的預防措施,要求運維人員具有較為豐富的運維經驗且嚴格執行操作規程。下一步將考慮從技術方面,提出通過改進母聯斷路器操作回路,實現防止電壓互感器反充電故障的可靠預防措施。