一起电压切换回路不正确动作故障分析及改进意见

一起电压切换回路不正确动作故障分析及改进意见

张孟超

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司百色局 广西百色 533000

摘要：本文记述一起电压切换回路不正确动作导致倒母线操作过程中对一次停电电压互感器反充电，烧毁电压切换插件并造成一座220kV变电站全站失压事件。详细分析了电压切换原理以及本次事件发生经过，并从运维角度提出可行的改进意见和控制措施。

关键词：双母线、电压切换、双位置继电器、反充电、装置失压

0 引言

双母线接线方式结构简单、运行方式灵活可靠且方便后期扩建，在中大型变电站中广泛采用。从变电站投建经济性考虑，出线线路既可在Ⅰ母线上运行，也可在Ⅱ母线上运行，且不再采用出线独立电压互感器作为线路保护、测量、计量电压，而是使用母线电压互感器，通过电压切换回路得到交流电压量供线路保护及计量使用。因此，在一次设备运行方式改变时，保证电压切换回路正确切换，对继电保护正确动作及设备运行安全有重要意义。实际运维过程中，网内已多次发生因电压切换回路异常导致反充电以及设备烧毁事件，本文以分析一起220kV变电站全站失压事件入手，结合倒闸操作和运维要点，提出改进意见和控制措施，以供参考。

1 事故经过

图1：220kV设备接线图

按检修计划开展220kV宝江Ⅰ线2522刀闸A修工作，安措需220kVⅡ母线停电。停电操作包括“将220kVⅡ段母线所有运行元件全部倒至220kVⅠ母运行”和“220kVⅡ母由运行转为冷备用”两个操作任务。运维人员完成倒母操作在执行“220kVⅡ母由运行转为冷备用”操作中，断开220kV母联212开关后，220kVⅠ母线CVT保护电压空气开关（三相联动）、计量电压C相（分相）空气开关跳闸，220kV备用电源自投装置检测到220kVⅠ段母线失压后，跳开所有220kV所有出线开关，进而导致220kV设备全部失电，运维人员立即终止倒闸操作。

2 现场检查

运维人员对一次设备外观及实际位置进行检查，无异常。对二次设备检查发现：1.220kVⅠ段母线CVT二次电压空气开关跳闸。2.220kV母线电压并列装置CVT电压并列把手在“禁止并列”位置。3.调阅事故前后故障录波，发现在断开220kV Ⅰ、Ⅱ母联212开关至220kVⅠ段母线CVT二次电压空气开关跳闸前，220kVⅠ、Ⅱ段母线均采集到电压，大小约为50%UN，波形一致，故怀疑是220kVⅠ、Ⅱ段母线CVT二次电压回路非正常并列，排除220kV 母线电压并列屏并列的可能后，将故障定位在220kV主变和线路电压切换回路。4.随即对220kV所有主变和线路电压切换回路进行检查，发现220kV宁江Ⅰ线操作箱电压切换回路存在电位异常，刀闸常闭接点所用回路电压为负电，判断可能是电压切换继电器同时动作导致220kVⅠ、Ⅱ段母线CVT二次回路被非正常并列。5.将220kV宁江Ⅰ线操作箱电压切换插件取出检查发现有明显烧伤痕迹，进一步检查2542刀闸辅助开关接点通断情况，发现其所有常开常闭接点均未导通。

至此，基本确定本次事件发生原因： 220kVⅠ段母线带电，进行Ⅱ段母线停电操作，但Ⅰ、Ⅱ段母线CVT二次电压回路经220kV宁江Ⅰ线操作箱中电压切换回路并列，220kVⅠ母CVT经Ⅰ段母线二次电压空气开关、Ⅰ母CVT重动回路、220kV宁江Ⅰ线操作箱电压切换回路、Ⅱ母CVT重动回路、Ⅱ母CVT二次电压空气开关向220kVⅡ母CVT反充电，产生较大反充电电流致220kVⅠ母CVT保护电压空气开关（三相联动）、计量电压C相空气开关（分相）跳闸。

3 事故分析

图2：母线CVT二次回路反充电原理图

220kV宁江Ⅰ线电压切换动作分析：开展220kVⅡ段母线停电操作前，220kV宁江Ⅰ线254开关在220kVⅡ母运行，即Ⅱ母侧刀闸2542在合闸位置，图3中2G常开接点导通，Ⅱ母电压切换继电器2YQJF、2YQJ1、2YQJ2、2YQJ3动作（其中2YQJF为单位置继电器、2YQJ1、2YQJ2、2YQJ3为双位置继电器），L2YQJ二极管发光，220kV宁江Ⅰ线254开关操作箱Ⅱ母运行灯亮。运维人员据此判断电压切换正常。

图3：电压切换回路

执行“将220kV宁江Ⅰ线254开关由220kVⅡ母倒至220kVⅠ母运行”操作，合上220kV宁江Ⅰ线254断路器Ⅰ母侧2541刀闸，其辅助开关接点正常变位，图3中1G常开接点导通，Ⅰ母电压切换继电器1YQJF、1YQJ1、1YQJ2、1YQJ3动作（其中1YQJF为单位置继电器、1YQJ1、1YQJ2、1YQJ3为双位置继电器），L1YQJ二极管发光，220kV宁江Ⅰ线254开关操作箱Ⅰ母运行灯亮，此时1YQJF、2YQJF接点均导通，后台报切换继电器同时动作信号，监控系统切换继电器同时动作光字牌亮。运维人员据此判断电压切换正常。

查阅监控系统信号节点，“切换继电器同时动作”信号由1YQJF和2YQJF常开接点串联发出（如图3），在任一间隔Ⅰ、Ⅱ母刀闸同时合上时发出。将220kV宁江Ⅰ线254开关Ⅱ母侧2542刀闸拉开，其辅助开关常开接点打开、常闭接点未导通。2542刀闸辅助开关常开接点打开后,图3中2YQJF继电器复归，满足“切换继电器同时动作”信号返回条件，该信号及光字牌复归，220kV宁江Ⅰ线254开关操作箱Ⅱ母运行灯熄灭。运维人员据此判断电压切换正常。

2542刀闸辅助开关常闭接点未导通，图3中2YQJ1、2YQJ2、2YQJ3双位置继电器未复归，保持动作状态，导致1YQJ1、1YQJ2、1YQJ3、2YQJ1、2YQJ2、2YQJ3切换继电器均处动作状态，1YQJ1、2YQJ1接点导通，Ⅰ段母线二次电压UAⅠ、UBⅠ、UCⅠ与Ⅱ段母线二次电压UAⅡ、UBⅡ、UCⅡ形成非正常并列。

综合以上，本次事件因2542刀闸辅助开关切换不正常，刀闸拉开后常闭接点未正常导通，导致254操作箱电压切换回路并列，造成电压切换插件烧毁以及220kVⅠ段母线CVT二次空气开关跳闸，从而导致一起220kV变电站全站失压电力安全二级事件。

4 日常运维注意点

目前电力系统内较多采用南瑞公司生产的CZX-12R系列以及北京四方公司生产的JFZ-12FB系列操作箱，均使用自保持电压切换继电器，确保了在一次刀闸辅助开关节点接触不良的情况下，保护装置不会失去交流电压采样，但是也引入一个新的问题，即当复归线圈不能正确动作，将导致电压切换回路异常并列，运维过程如无法及时发现并消除，将导致反充电或者烧坏设备等事件发生，对电网构成隐患。为避免以上问题，确保电压切换回路正常切换并对双位置切换继电器工作状态正确监视，提出以下建议：①、对刀闸操作机构和辅助开关全面检查，特别对于辅助开关快速机构以及接点和电磁铁位置行程进行可靠测试，确保不发生过大位移以致接点粘死现象。②、为降低母线CVT二次空开跳闸误动风险，将三联空开结合检修、技改更换为单相独立空开，并实现有效监视。③、电压切换回路“切换继电器同时动作”信号应由单位置继电器触点（1YQJF、2YQJF）串接改为双位置继电器触点（1YQJ2、2YQJ2）串接，并在监控系统设置光字牌，将该项检查列入操作票，如此在刀闸辅助接点粘死导致电压切换回路非正常并列时可通过“切换继电器同时动作”保持信号，提醒运行人员及时消除故障。④、全面梳理厂站自动化报警级别和提示方式，将刀闸“双遥超时、双位置遥信不对应”信号设置光字牌。⑤、优化双母线倒闸操作流程，为防止断开母联开关时出现因CVT二次回路并列导致的反充电，在一段母线停电前，应先断开待停电母线CVT二次侧电压空气再断母联开关，断开母联开关后应检查停电母线CVT二次空开负荷侧电压为零。

5 结论

安全生产无小事，对于电力生产中发生的事故、事件剖析原因，深刻认识后提出可行整改措施，通过“技防”改进设备、装置判断和动作逻辑，在“人防”上优化操作流程，提高设备状态监视效果，方能夯实安全生产基础，确保设备稳定运行。针对双母线接线方式下电压切换回路异常问题，系统内外已多次发生，只有不断地发现问题、优化电压切换和监视回路设计、注重刀闸辅助开关机械特性以及CVT空气开关选用，才能多维度、全方位避免异常情况发生，另一方面，运维人员也应有过硬技术和敏感性，为电力生产安全保驾护航。

参考文献：

【1】张全元. 变电运行现场技术问答.北京: 中国电力出版社, 2013.

【2】薛峰.电网继电保护：事故处理及案例分析.北京: 中国电力出版社, 2012.

【3】沈诗佳.电力系统继电保护二次回路.北京: 中国电力出版社，2017. 

作者简介：张孟超（1992-），男，助理工程师，变电运行技师，从事500kV变电站运维工作。