一起斷路器機構(gòu)故障引起的事故分析

張 凱楊佩佩楊軍亭張廣東高立超

（1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050；

（2.國網(wǎng)甘肅省電力公司蘭州供電公司，蘭州 730050）

一起斷路器機構(gòu)故障引起的事故分析

張 凱1楊佩佩2楊軍亭1張廣東1高立超1

（1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050；

（2.國網(wǎng)甘肅省電力公司蘭州供電公司，蘭州 730050）

針對一起330kV變電站110kV線路全部失壓的事故，分析和驗證了可能引起事故的各種原因。通過對故障線路保護跳閘回路、母線保護、監(jiān)控系統(tǒng)、故障開關(guān)的一系列檢查，最終確定了該起事故是由于斷路器分閘線圈故障，引起開關(guān)拒動，又因母線保護投入方式不當(dāng)導(dǎo)致事故進一步擴大。針對此次故障提出了判斷方法、對此類故障暴露的問題提出整改措施，為日后防范和處理類似故障提供了借鑒。

斷路器；故障；母線保護；分閘線圈

近年來，隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化程度越來越高，對于電力設(shè)備質(zhì)量的要求也越來越高。與此同時，電力系統(tǒng)運行、檢修技術(shù)和管理等各個方面的要求也越來越高?？偨Y(jié)電力系統(tǒng)事故發(fā)生的原因，大致為以下幾各方面：有些是因為設(shè)備缺陷引起［1-4］，有些是因為設(shè)備運輸及安裝不當(dāng)所致［5］，也有些是因為運行管理不當(dāng)引發(fā)［6-7］。對于已發(fā)生事故的分析和研究，可以總結(jié)和傳承經(jīng)驗，也可以防患于未然，具有非常重要的意義。

本文介紹的事故，不但暴露了設(shè)備質(zhì)量缺陷，而且暴露了設(shè)備安裝以及運行管理方面的問題，非常具有典型性。

1 事故經(jīng)過

2015年11月，某330kV變電站1123XX線路故障，WXH-811A型線路保護裝置動作出口，1123開關(guān)未切除故障，導(dǎo)致WMH-800A母線保護裝置失靈保護動作，造成110kV母線失壓。該變電站110kV母線主接線圖如圖1所示。

圖1 某330kV變電站110kV母線主接線圖

跳閘前的運行方式為：330kVⅠ、Ⅱ母并列運行，2#主變帶110kVⅠ、Ⅱ母運行，3#主變帶110kVⅣ、Ⅲ母運行。11024母聯(lián)開關(guān)投Ⅱ、Ⅳ母運行，1113、1115、1102開關(guān)投Ⅰ母運行；1121、1122開關(guān)投Ⅱ母運行；1114、1116開關(guān)投Ⅲ母運行；1123、1103、1119開關(guān)投Ⅳ母運行；11012Ⅰ、Ⅱ刀閘，11034Ⅲ、Ⅳ刀閘在合位；110kVⅡ、Ⅳ母PT運行；1111開關(guān)投Ⅰ母熱備用。

2 現(xiàn)場檢查情況

故障發(fā)生后，變電站運維人員按照《變電站運行管理規(guī)程》立即到現(xiàn)場檢查一二次設(shè)備情況，包括發(fā)生故障時的保護信息，開關(guān)位置，及故障錄波信息等，核對保護信息屬實，保護裝置正確動作，開關(guān)實際位置與系統(tǒng)接線圖顯示一致。及時匯報相關(guān)調(diào)度，調(diào)度人員將故障情況立即告知輸電線路運維單位進行查線，發(fā)現(xiàn)1123西聯(lián)線路確實有燒傷麻點，懷疑可能被吊車等異物碰撞。

變電站運維人員第一時間查看了 2號、3號主變油樣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，并取樣離線分析，無異常。

再次檢查保護信息，分析事故原因。檢查的重點之一是找出開關(guān)拒動原因。

開關(guān)拒動后，因故障電流仍存在，故失靈保護啟動，跳開母聯(lián)開關(guān)，再跳開與故障線路相連接的該段母線上所有開關(guān)，可事實是直接跳開了兩段母線上所有開關(guān)。因此檢查重點之二是分析該保護動作不正確的原因。

失靈保護動作后，原拒動的開關(guān)又被跳開，因此，檢查的重點之三是找出拒動開關(guān)第一次未跳開，第二次跳開的原因。

確定檢查重點后，隨后進行了以下各項檢查。

2.1 故障線路保護跳閘回路檢查情況

對1123XX線WXH-811A型線路保護裝置二次出口回路進行檢查，回路接線正確且接觸可靠，回路無明顯的松動和斷開點［6］。

打開 1123開關(guān)機構(gòu)箱時能聞到異味。對1123XX線開關(guān)機構(gòu)和端子箱二次回路進行檢查，回路接線正確且接觸可靠，跳閘1線圈電阻為94.3Ω。

不帶開關(guān)模擬 1123XX線路故障 15次，WXH-811A型線路保護裝置動作，保護動作時間19～20ms，動作可靠。

模擬1123XX線路故障帶開關(guān)傳動試驗3次，保護裝置可靠動作，開關(guān)動作行為正確。

2.2 110kV母線保護檢查情況

檢查WMH-800A型母線保護各間隔電流極性［8］。發(fā)現(xiàn)WMH-800A保護裝置默認11024開關(guān)為110kVⅠ、Ⅱ母線元件，由于該變電站110kV母線保護各線路間隔CT至母差的極性為線路指向母線，11024母聯(lián)極性應(yīng)為從Ⅲ、Ⅳ母指向Ⅰ、Ⅱ母，現(xiàn)場實際極性接反。

現(xiàn)場將11024母聯(lián)至母差的繞組電流回路在開關(guān)端子箱處進行了倒極性改線，檢查母差保護極性正確。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn) 110kV WMH-800A型母線保護1LP10“母線互聯(lián)”壓板為投入狀態(tài)。經(jīng)查原因是：2013年7月5日該變電站1122XX線投運，負荷比較大，此時11024母聯(lián)斷路器有較大電流流過，由于11024母聯(lián)斷路器電流極性錯誤，導(dǎo)致110kV母差保護小差電流越限，WMH-800A母差保護裝置頻繁啟動，打出“運行異常”信號。運行人員沒有分析原因，就將 1LP10“母線互聯(lián)”壓板投入，母差保護異常信號消失（此時母差不計算11024斷路器電流），并重新修訂了母線保護裝置現(xiàn)場規(guī)程和壓板投退說明（規(guī)定母聯(lián)開關(guān)運行時，必須投入母線互聯(lián)壓板）。而此時母線保護相當(dāng)于單母線運行方式，任一母線故障將切除兩條母線。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)檢查情況

現(xiàn)場檢查監(jiān)控系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)110kV母線失靈保護動作信號及母線互聯(lián)、交流斷線、裝置告警等信號，聯(lián)系省、地調(diào)監(jiān)控人員確認也沒有任何有關(guān) 110kV母線保護動作或告警信號。經(jīng)現(xiàn)場檢查確認 110kV公用測控裝置（NSD500V型）死機：遙信開入有變位但不能上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。經(jīng)斷電重啟后，再次測試信息上傳正常。

2.4 故障開關(guān)檢查情況

1123XX線路開關(guān)進行開關(guān)特性試驗時，合閘特性試驗后，進行分閘特性試驗時發(fā)現(xiàn)開關(guān)分閘拒動。短時在分閘回路加直流電源，測試分閘線圈電壓為217V、勵磁電流2.4A，線圈電壓及勵磁電流滿足產(chǎn)品技術(shù)要求，試驗分閘3次線圈電磁鐵沒有任何吸合跡象，開關(guān)分閘拒動，帶保護進行傳動試驗，開關(guān)仍然分閘拒動。

手動打跳開關(guān)后繼續(xù)進行開關(guān)機械特性試驗 3次。開關(guān)均能正常分合閘，但分閘時間測試數(shù)據(jù)變化較大，分閘時間呈明顯的下降趨勢，第三次機械特性試驗數(shù)據(jù)至合格范圍。

對開關(guān)二次回路、繼電器及機構(gòu)凸輪等部件檢查未發(fā)現(xiàn)問題。開關(guān)分閘過程中監(jiān)視分閘線圈電壓、電流均在合格范圍內(nèi)。

對開關(guān)分閘電磁鐵檢查過程中發(fā)現(xiàn)，分閘電磁鐵靜磁鐵備帽有松動（如圖2所示），靜磁鐵位置隨動磁鐵運動而改變。對更換的分閘電磁鐵進行外觀檢查，靜磁鐵邊緣有動磁鐵運動過程中卡澀產(chǎn)生的金屬碎屑，且手動拉拽動磁鐵時有卡澀現(xiàn)象，特別是首次拉拽時卡澀現(xiàn)象比較明顯，連續(xù)多次拉拽后卡澀程度逐漸減輕（如圖3所示）。將分閘現(xiàn)券進行解體，如圖4所示。

圖3 分閘電磁鐵備帽邊緣有金屬碎屑

圖4 分閘線圈解體圖

為了驗證故障開關(guān)拒動的是否確由分閘線圈卡澀引起，改變靜磁鐵位置后進行機械特性試驗。將該疑似故障分閘線圈安裝在同型號的斷路器上，做105次分合操作，分閘時間變化如圖 5所示：A相分閘時間在43.2到45.3之間，其中第15次和第105次是人為調(diào)整靜鐵芯的位置后得到的分閘時間。B、C相分閘時間情況與A類似。證明靜磁鐵位置改變后對開關(guān)分閘時間有明顯影響。

圖5 分閘線圈分閘時間變化情況

更換開關(guān)分閘電磁鐵后，進行低電壓操作試驗、機械特性試驗及保護傳動試驗，所有試驗數(shù)據(jù)合格，開關(guān)動作正確。

對站內(nèi)其余臺同型號斷路器分合閘電磁鐵備帽檢查沒有發(fā)現(xiàn)松動現(xiàn)象。

綜合以上檢查情況，開關(guān)拒動（緩分）原因為：分閘線圈靜磁鐵備帽松動造成靜磁鐵位置活動，靜磁鐵與動磁鐵間隙不穩(wěn)定，分閘電磁鐵動作特性不穩(wěn)定，且動靜磁鐵間存在卡滯現(xiàn)象，造成線圈無法正常脫扣，開關(guān)拒動。

然而開關(guān)經(jīng)過多次分合，靜磁鐵與動磁鐵連續(xù)摩擦運動造成卡滯程度減輕，開關(guān)動作特性改善。現(xiàn)場多次機械特性試驗結(jié)果也充分證明此現(xiàn)象。

據(jù)此判斷：故障當(dāng)時1123保護裝置發(fā)出跳閘令后，開關(guān)分閘線圈勵磁，但由于動靜磁鐵卡滯造成開關(guān)拒動。待母差保護跳開110kV設(shè)備區(qū)其他開關(guān)時，1123開關(guān)受到震動后卡滯松動，線圈脫扣，開關(guān)又正常動作。

3 事故原因及暴露問題

經(jīng)過以上分析，此次事故造成110kV母線失壓的原因：

1）1123XX出線發(fā)生C相接地后，1123XX線路斷路器分閘線圈故障導(dǎo)致 1123斷路器拒動，110kV母差失靈保護啟動。

2）設(shè)備安裝人員將母差保護極性接反，造成投運后母差保護小差電流越限，WMH-800A母差保護裝置頻繁啟動，運行異常；而運行人員沒有分析運行異常原因，直接將母線互聯(lián)壓板投入，導(dǎo)致母線保護失去選擇功能，以至于當(dāng)1123斷路器拒動后，母差失靈保護動作跳開母線上所有斷路器，導(dǎo)致事故范圍擴大。

總的來講，1123斷路器分閘線圈故障導(dǎo)致斷路器拒動是本起事故的直接原因，而安裝人員將母差保護極性接反，運行人員將母線互聯(lián)壓板投入，母差失靈保護失去選擇性導(dǎo)致本起事故進一步擴大。

此次事故暴露了運行管理當(dāng)中的諸多問題：

（1）新設(shè)備驗收管理不力，設(shè)備質(zhì)量管理失控。運行管理當(dāng)中存在試驗項目不全、信號接入不全、驗收方法和項目存在漏洞。110kV母線保護在投入前，未按照母差保護廠家技術(shù)說明對母聯(lián)開關(guān)極性進行正確接入。分閘線圈質(zhì)量隱患未能及時發(fā)現(xiàn)。

（2）隱患缺陷管理機制不暢，二次專業(yè)技術(shù)薄弱。運行人員對11024斷路器CT極性配置要求沒有掌握，對保護裝置發(fā)出的異常告警信息沒有組織深入分析，而是簡單的投入母線互聯(lián)壓板，消除警告。

（3）測控裝置（NSD500V）告警功能不完善，運行維護工作不力。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)檢查情況來看，在裝置出現(xiàn)死機時無告警信息，運維人員在巡視和日常監(jiān)控中無法發(fā)現(xiàn)此缺陷。造成110kV母差保護失靈動作信號未能及時上傳，導(dǎo)致各級調(diào)度、運維站不能及時掌握事件信息。

（4）工程建設(shè)監(jiān)督不力。在工程設(shè)計、施工、驗收環(huán)節(jié)存在漏洞。驗收時雖然提出斷路器跳閘位置沒有接入故障錄波器，但施工單位堅持按照設(shè)計圖紙施工，投運后又未及時進行整改，導(dǎo)致隱患未能消除，給故障分析帶來困難。

4 整改措施

4.1 排查同批次設(shè)備

在全公司范圍內(nèi)開展排查ABB公司斷路器，對機構(gòu)型號為 FSA1型斷路器線圈電磁鐵備帽進行檢查，有針對性安排停電，開展開關(guān)特性、傳動試驗工作。

4.2 排查同類運行管理問題

在全公司范圍內(nèi)開展保護裝置壓板投退核查工作，立即對母線保護裝置“母線互聯(lián)”壓板投退情況和運行規(guī)程進行核實，對照保護定值單和設(shè)備實際運行情況對保護壓板投退情況極性逐項全面檢查。開展變電站現(xiàn)場運行規(guī)程的再次核查。主要針對二次保護壓板投退說明和保護信號的意義進行專項整改，針對不同設(shè)備、運行方式、不同接線方式細化每個信號、壓板的作用說明和投退說明。

在全公司范圍內(nèi)對現(xiàn)有錄波器開關(guān)量未接入斷路器位置的間隔進行統(tǒng)計，并制定計劃進行完善。聯(lián)合廠家，制定測控裝置的巡視和狀態(tài)檢測方法，確保死機后能及時發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)一規(guī)范監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)備定義原則。

4.3 規(guī)范設(shè)備驗收

加強新設(shè)備驗收組織，設(shè)備驗收必須編按照規(guī)程要求編制驗收細則，細化驗收項目，規(guī)范驗收流程和方法，確保項目齊全，杜絕缺項漏項，嚴格審核施工單位提供安裝調(diào)試報告，驗收完成后要及時提供書面驗收記錄和驗收報告。

4.4 加強專業(yè)管理，開展人員培訓(xùn)。

加強分析和處理嚴重、危急缺陷的能力和流程，確保閉環(huán)。進一步規(guī)范專業(yè)巡檢的周期和內(nèi)容，特別是二次專業(yè)巡檢要重點核對采樣值、定值、壓板、差流，對保護顯示的數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)要結(jié)合運行方深入分析。開展培訓(xùn)，提高運維人員事件處理綜合能力。

5 結(jié)論

每一次事故都是小概率事件或者是若干個小概率事件的疊加。電力系統(tǒng)設(shè)備繁多，運行各個環(huán)節(jié)之間聯(lián)系緊密復(fù)雜，電力系統(tǒng)故障極易產(chǎn)生“蝴蝶效應(yīng)”。此次事故的價值不僅僅在原因分析，更在于事故調(diào)查過程中所發(fā)現(xiàn)問題的歸納和整改。

設(shè)備廠家要對斷路器分閘開關(guān)等關(guān)鍵部件進行質(zhì)量控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量。安裝人員要進一步提升安裝水平，確保設(shè)備安裝正確。運行人員在運行的過程中要正確處理各類保護報警信息，熟悉裝置說明書，全面提升運維水平。

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張 凱（1982-），男，碩士，高級工程師，主要研究方向是高電壓技術(shù)。