断路器和隔离开关异常引发调度风险分析

断路器和隔离开关异常引发调度风险分析

李伟鸣 1 黄云 2

鄂尔多斯电业局 内蒙古鄂尔多斯市 017010

摘要：电网规模不断扩大，系统运行方式多样，特点复杂，电网运行和控制难度增加，各种电网风险日益突出。电网运行风险是指电网在日常运行和规划过程中，由于人为失误或运行顺序不合理，以及运行过程中出现一两个设备异常所造成的电网安全风险。运行风险不同于一般的电网风险，电网在运行过程中可能在较短的时间内经历较弱的过渡运行模式，如启动过程中的短时间空出总线、直流孤岛组网转换等。此时故障相当于正常模式下多次故障的发生;设备在运行和运行过程中受到影响，如区域隔网并联运行、机组甩负荷试验、直流孤岛试验等。运行本身可能对系统和设备产生影响，存在可能导致严重电网事故的运行或计划工作。

关键词：操作风险；断路器；隔离开关；爆炸；拉弧；

结合实际案例，对断路器和隔离开关的运行风险进行了梳理，利用BPA稳定计算对操作风险进行仿真分析，根据理论梳理和仿真结果，对断路器和隔离开关运行风险的防范和控制提出了建议。

一、断路器的爆炸风险

电力系统的停复电操作过程中，断路器的充电、合环、解环等操作，灭弧室故障等情况可能造成断路器爆炸的严重故障。因此在操作过程中，应考虑分析断路器爆炸导致的系统安全稳定问题。断路器爆炸引发操作风险如下：

1.断路器单相爆炸，未发生短路接地情况。若发生断路器单相爆炸，单相断线的情况，则由断路器三相不一致保护动作，跳开三相，系统安全稳定。若发生断路器单相爆炸，单相断线，同时影响断路器本体操作机构，则保护无法跳开三相，则启动断路器失灵保护跳开相邻及对侧断路器，需要校核相关设备跳开后系统的风险。

2.断路器爆炸，同时单相短路接地情况。单相接地故障，断路器未受损时，保护正确动作切除故障。如果爆炸断路器因操作机构异常，无法跳开本侧断路器的，则造成单相短路，单相拒动的严重故障，需要通过失灵保护跳开相邻及对侧断路器，需要校核单相短路故障，经过0.35 s后启动失灵保护跳开相邻及对侧设备隔离故障的情况。

3.断路器爆炸，同时三相短路接地情况。在进行操作过程中断路器爆炸，可能出现相间甚至是三相短路，应校核断路器出现三相短路故障的情形。如果断路器同时发生拒动，则造成三相短路、断路器拒动的严重故障。断路器爆炸往往伴随着短路故障，同时由于爆炸极可能造成断路器拒动的严重故障，因此在进行断路器合环和解环操作前，应校核该断路器发生爆炸时，引起的最严重故障情形。建议只考虑单相短路单相拒动跳相邻及对侧设备的严重故障，以及三相短路单相拒动的严重故障。

二、分析操作风险仿真

操作过程中发生断路器爆炸及隔离开关拉弧，对系统造成影响与否还取决于保护的动作情况。因此在进行风险预想分析之前，需要了解该断路器站及线路保护的配置情况，见图1。

图1 500 kV发电厂CT配置图

断路器爆炸风险只考虑单相短路单相拒动跳相邻及对侧设备的严重故障，以及三相短路（单相拒动）跳相邻及对侧设备的严重故障。另外，隔离开关拉弧的风险主要在于拉弧对相邻设备的影响，比如是否导致相邻设备短路或爆炸。因此，将断路器站的操作故障设置为断路

器爆炸。对照以上电气接线图及保护CT配置图，在操作500 kV金楚乙线5023断路器过程设置爆炸，对金安桥发电厂断路器站发生断路器爆炸的操作风险进行分析。本节直接分析最严重情况即断路器爆炸并同时伴随短路故障的情况，且爆炸影响断路器的操作机构导致断路器无法跳开。（1）500 kV金楚乙线5023断路器爆炸导致单相短路：短路故障发生于A点（如图1所示）。故障发生后0.1 s，母差保护动作跳开#2母上除5023以外的5013及5033断路器，经0.35 s断路器失灵保护动作跳开相邻5022断路器及金楚乙线对侧（楚雄换流站）断路器。此种情况需要校核单相短路故障，经过0.35 s后启动失灵保护跳开金楚乙线后的系统风险。短路故障发生于B点（如图1所示）。故障发生后0.1 s，线路保护动作跳开相邻5022断路器及金楚乙线对侧断路器，5023断路器则由于爆炸拒动导致故障依旧无法隔离，故障后0.35s断路器失灵保护动作跳开#2母上除5023以外的5013及5033断路器，从而隔离故障。（2）5023断路器爆炸导致三相短路：如图1所示，若5023断路器爆炸引起B点三相短路，同时发生断路器单相拒动。此时线路保护经0.1 s动作跳开5022、5023断路器及金楚乙线对侧断路器。由于5023断路器单相拒动，故障后0.35 s断路器失灵保护动作跳开#2母线上其余断路器，短路故障被隔离。

1.BPA仿真分析。在上一小节分析基础之上，通过BPA对断路器爆炸导致短路，最终导致金楚乙线跳闸的风险进行校核。在金安桥四台机满发（单机600 MW）的情况下，断路器爆炸导致单相短路，并由断路器失灵保护动作切除金楚乙线。即便在金安桥满发的情况下，断路器爆炸引起单相短路、单相拒动最后跳线路的故障不会导致系统失稳。再对三相短路时的情况进行仿真。在金安桥四台机满发的情况下，断路器爆炸导致三相短路，由于单相拒动，断路器失灵保护动作切除金楚乙线。在此种情况下断路器爆炸会造成系统失稳。采取停用金安桥电厂一台机，继续进行仿真，此时系统可保持稳定。也就是说在金安桥电厂停用一台机的条件下，断路器爆炸导致三相故障、单相拒动，最后由断路器失灵保护跳开线路的故障不会引起系统失稳。因此，在此方式下操作金安桥断路器站断路器时，需先停用一台机，以减小断路器爆炸导致的系统失稳风险。

2.厂站操作风险分析。对南方电网500 kV厂站进行操作风险分析。对于3/2接线，考虑到线路故障、中开关拒动失灵保护动作将跳相邻两个电气元件的情况较为严重，根据南方电网500 kV厂站站内配串情况，分析了各主要厂站在单相或三相故障情形下，中开关单相拒动的稳定情况，结论如下：单相故障单相开关拒动：全网500 kV厂站发生一回线单相故障，中开关单相拒动导致同串内另一间隔跳开，系统均能保持稳定。三相故障单相开关拒动：厂站发生三相短路、单相开关拒动，将导致系统暂态失稳。因此在操作上述厂站相关线路停复电前，应采取一定的潮流控制措施。以罗洞站贺罗一线停电为例，若停电过程罗洞500 kV第五串联络5052开关爆炸并造成三相短路和单相拒动，将连跳梧罗二线并造成系统失稳。在操作贺罗一线停电前，应减少西电送电水平，降低贺罗一线及梧罗二线潮流，确保操作过程电网安全稳定。

总之，断合断路器、拉合隔离开关是调度员最常下达的操作命令。操作过程中若出现断路器爆炸、隔离开关拉弧，继而引发连锁故障，则严重危及电网安全稳定运行。为降低操作风险，调度员在下令操作前应校核断路器爆炸、隔离开关拉弧所引起的最严重故障情形，选择操作前最佳开机、接线方式；另外现场也应积极配合，操作前对设备进行详细检查，确保设备无异常。

参考文献：

[1]石良忠．现代电力系统连锁性大停电事故机理研究综述．2018．

[2]余建华．浅谈断路器和隔离开关异常引发调度风险分析.2018.