电压互感器投退时保护误动的原因及对策

陈志勇

(南宁铁路局南宁供电段，工程师，广西 南宁，530003)

在南昆线电气化铁路牵引变电所使用的保护中，主变高压侧（110kV侧）的后备保护、主变低压侧（27.5kV侧）的后备保护、动补电容低电压保护、动力变缺相保护的电压参数，均取自27.5kV侧的同一台电压互感器（A相用3TV，B相用4TV）上。当3TV或4TV出现故障或二次回路出现断线、接触不良等情况时，均会引起保护动作。自2008年南昆线牵引变电所全部完成变电所保护大修以来，连续出现了几起因保护投退不成功引起的断路器保护动作跳闸故障，扩大了故障停电范围，影响正常供电，干扰铁路运输秩序。

1 原因分析

1.1 保护投退操作过程繁琐易导致误操作 以退出主变110kV侧“过流I段”保护为例，其保护装置投退操作界面，如图1所示。

图1 保护装置投退操作界面

操作过程如下：

1）在主变高后备保护装置（WBH－72C）主界面按“确认”键；

2）选择“运行操作菜单”；

3）按“确认”键；

4）选择“操作”键；

5）按“确认”键；

6）提示输入密码，按“确认”键；

7）选择“压板投退”；

8）按“确认”键；

9）按“↑”或“↓”选择相关保护名称；

10）选中保护名称后，按“←”、“→ ”进行修改。“√”表示投入、“×”表示退出；

11）修改后按“确认”键；

12）出“是否确认修改”，按“确认”键确认修改；

13）一直按“退出”键，直到返回到保护装置主界面；

14）再次重复以上步骤进入查看核对。

以上的14个步骤仅仅是在1个保护装置对1个保护进行投退的操作过程。如需要退出多个保护时，就要到不同的装置重复以上步骤，操作稍微不慎都有可能造成断路器保护动作跳闸。如2008年7月8日百色变电所102QF跳闸；2009年8月4日平林变205QF（5号变断路器）跳闸；2009年11月13日册亨变电所4TV爆炸退出运行后201ΒQF跳闸，都是在投退保护过程中出现失误，未能成功修改保护，而引起保护动作所致。

1.2 设计缺陷导致误动

1.2.1 互感器无备用引发误动 南昆线除南宁南、百色2个变电所有备用27.5kV电压互感器外（A相有2台，B相有2台），其余7个变电所主变二次侧（27.5kV侧）每相只有1台电压互感器。变电所主变二次侧系统接线，如图2所示。

图2 变电所二次侧系统接线图

从图2可知，A相27.5kV电压互感器二次电压同时供给运行主变110kV侧低电压启运过流Ⅰ段保护、27.5kV侧A相低电压启动过流Ⅰ段保护、动力变缺相保护、A相并（动）补低电压保护。只要27.5kV电压互感器发生故障或二次回路发生断线、接触不良时，就可使断路器保护误动作。如2005年9月12日那桐变电所3TV开裂，引起2#主变高压侧保护装置过流I段保护动作；2005年9月21日龙广变电所3TV爆裂，引起205QF缺相保护动作；2009年11月13日册亨变电所4TV爆炸，引起205QF缺相保护动作跳闸等。

1.2.2 主变高压侧后备保护接线方式不科学 南昆线除南宁南变电所外，其余变电所牵引变压器高压侧（110kV侧）后备保护的“低电压启动过流保护”所用的低电压，均采用低压侧的α相和β相电压。如主变低压侧电压互感器故障失压，不能及时退出保护，遇到大电流时将引起主变高压侧断路器跳闸，造成全所停电，扩大停电范围。

1.3 变压器互感器管理不到位

1.3.1 互感器绝缘介损检测不到位 一是在实际检测中使用不同厂家的测试设备，型号不一致，精度和误差也不一样。虽然每次测试的结果和标准值相比较，都能满足预防性试验规程的规定，但给以后对历年数据的分析带来困难和不准确性，无法摸清设备特性、绝缘状况及变化规律。二是因绝缘试验受环境温度、湿度以及设备绝缘的清洁度和表面泄漏的影响较大，对同一设备在不同的温度下测试结果均不一样。三是当测试介质损失角正切值tgδ时，未测量tgδ＝f（U）的曲线，未观察分析tgδ是否随电压而上升来判断绝缘内部是否有分层、裂纹等缺陷。

1.3.2 电压突变引起互感器炸裂 电气化铁路负荷不稳定，电压波动大，瞬时变化快，时低时高，即使电压互感器检测结果正常，但因老化等因素，在电压突变的情况下极易引起炸裂。如2009年11月13日册亨变电所4TV发生爆炸故障，就是因B相母线电压高达35.76kV，瞬间高幅值过电压击穿绕组绝缘造成匝间短路引起过电流，使电压互感器绝缘介质迅速气化膨胀，引起电压互感器爆炸。

1.4 值班人员对故障应急处理能力不强 处理能力不强的主要表现：一是在故障处理时简化程序。当变电所发生电气设备故障时，值班员不够沉着冷静，容易出现慌乱，匆忙之中遗漏和简化操作程序。如在操作到“√”（投入）或“×”（退出）时，按“确认”键后未等弹出“是否确认修改”对话框，就直接按“退出”键回到主界面，等同没有确认修改，导致保护修改结果失败。二是对设备不熟。值班人员在操作保护投退时粗心大意，没能做到对每一步操作进行核对确认。三是互控不到位。因为业务不熟，虽然是1人操作1人监护，当操作出现失误，监护人未能及时发现，互控形同虚设。

1.5 保护装置显示屏不合理 主控室保护屏上的保护装置显示屏太小、亮度不够、能见角度小，在操作时站在显示屏的正面看得清楚，位置稍偏就看不清，给在一旁的监护人员造成不便。安装位置较高，最上方的保护装置高1.8m，特别是百色变电所达到1.9m。矮个子要垫起脚尖操作，站立不稳，严重影响操作效率，延误故障处理时间。

2 对策及建议

2.1 优化操作程序及界面 一是优化操作程序。将投退操作程序中的繁琐环节进行清理，如按“↑”或“↓”选择相关保护名称等环节进行清理，联系厂家修改程序，实现每个投退环节自动弹出选择保护名称，而不用按“↑”或“↓”来实现，以减少操作的繁琐性。二是建议修改投退保护操作界面。把经常使用的保护菜单置于操作界面第一层，对一个保护的投退操作，步骤越少越好，平时不常用的和不需要的保护放到后面或取消。

2.2 技术改造弥补设计缺陷

2.2.1 增设备用互感器 在变电所高压室预留的高压分间，增加2台27.5kV电压互感器，A相、B相各1台（如图3所示）。这样在主变2次侧（27.5kV侧）每相母线各有2台电压互感器，互为备用，加强供电运行连续性、可靠性和稳定性。当其中1台有故障时，能够迅速投入另1台电压互感器，加快故障处理效率，缩短故障停电时间。

图3 改造后变电所二次侧系统接线图

2.2.2 修改主变高压侧后备保护接线方式 将主变高压侧后备保护（低电压启动过流保护）所用的低电压，改为从高压侧电压互感器采取电压，以避免电流大时引起主变高压侧断路器跳闸的发生，缩小停电范围。

2.3 强化对电压互感器的管理

2.3.1 提高检测精度 一是对电压互感器的测量使用同一测试设备，并在相似的气候环境下进行测量。二是在进行与温度和湿度有关的各种试验（如测量直流电阻、绝缘电阻、tgδ等）时，应同时测量被试品的温度及周围空气的温度和湿度（进行绝缘试验时，被试品温度不应低于+5℃，户外试验应在良好的天气进行，且空气相对湿度一般不高于80%），并将测试结果换算到同一温度下进行比较，看结果是否和初次值有明显下降等。三是通过测量介质损失角正切值tgδ＝f（U）的曲线（见图4），来判断绝缘内部是否有分层、裂纹等缺陷。

图4 介质损失角正切值tgδ的曲线图

由tgδ＝1/ωСR看出，良好绝缘的tgδ不会随试验电压的升高而变化，如曲线1。若绝缘产生分层或由于其它原因而使绝缘中含有气隙，则在电压升高到某一值时，空气隙击穿，引起较大的损耗，且随着电压的升高而急剧上升，此时的tgδ随电压升高也迅速增加，如曲线2。若将电压回降，由于电压作用时间的增长，气体放电增强，使得电压回降时的tgδ比升高时的tgδ大，气体放电将停止，曲线又重合，这样就形成了曲线的闭环状。tgδ＝f（U）开始转折点的电压U，即为局部放电的起始电压，这时若绝缘受潮或严重劣化，则测量到的tgδ就随着电压升高而增大，由于介质发热，温度升高的原因使tgδ增加，如曲线3。当电压回降时，绝缘的温度已比较高，tgδ已增大，不能再回到原来的数值，因此tgδ=f（U）的曲线呈开口环状。因此，测量tg δ＝f（U）的曲线是判断绝缘的好方法[1]。

2.3.2 对27.5kV电压互感器实施寿命管理 电气化铁路因机车产生的电压突变及谐波等因素，目前尚无解决办法。对电压互感器炸裂的问题，建议采用寿命管理制，对电压互感器规定运行年限，到达规定使用年限立即给予更换。

2.4 强化业务培训 随着生产技术的不断发展，新技术新设备的不断投入使用，给检修试验和变电所值班人员提出了更高的要求。因此，提高职工的应急处理能力也是必须的手段之一。一是提高应急处理能力。搜集已发生的典型故障案例，对各类故障进行分析并制定有针对性的防范措施。以此为教材，对值班员进行有针对性的应急处理培训；二是强化职工业务能力。通过开展各工种岗位技能练兵竞赛活动及技术比武等方式，让职工有机会在一起研讨技术，取长补短，并在新设备投入使用前，联系厂家专业人员授课，派检修和值班人员到施工现场跟班学习，以熟悉设备性能。

2.5 适应及逐步解决显示屏不合理问题 对既有保护屏过高的问题，可配备小板凳，便于小个子值班员操作，并建议扩大保护装置显示屏面积，使用高清晰度的液晶屏，便于值班员操作时观察。同时，结合设备更新改造及新变电所投入使用等工作，要求新设计的保护装置高度不大于1.5m。

3 结束语

牵引变电所是电气化铁路的心脏，保护装置又是保护牵引变电所电气设备正常运行的主要部件，设备质量可靠程度和保护投退的成功与否，关系到牵引供电系统的安全。南昆线因27.5kV侧电压互感器故障及保护投退问题引起的几起断路器保护动作，对铁路生产运输正常秩序造成了很大的影响，只有采取有针对性的改进措施，才能保证电气化铁路正常运行。

[1]何其光，陈蓉平.电力及牵引变电所试验[M].北京：中国铁道出版社，1994.