二次回路故障引起开关跳闸的风险分析和预控*

甘 雯，徐国华，邵 越

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

二次回路是变电站的重要组成部分，其正常与否直接影响到一次供电的安全可靠性.二次回路故障可能会引发一系列的问题，甚至造成保护及开关的误动、拒动，给电网带来巨大的风险.本文讨论一起因SCX－12J型操作箱内继电器接点问题引起的开关误跳事故及该事故对电网安全带来的不利影响.为避免或降低该类事故的发生对电网安全和供电可靠性造成的风险，有必要从二次回路的改进、日常维护等方面着手，提前做好防范和预控，同时也有必要对各项措施的可行性进行分析，找到行之有效的方案.

1 故障背景及概述

1.1 故障前系统运行方式

故障前，220 k V变电站A变、B变、C变、D变均全接线、全保护运行（见图1所示），M电厂经220 k V系统并网；A变的220 k V与M电厂、B变、C变220 k V母线联络，110kV系统与B变、D变的110kV以充电运行的方式联络.正常时，A两台主变负荷为163.9 MW（容量2＊150 MVA），供P变、K变分别为15.5 MW、21.8 MW；B变负荷97 MW（容量1＊180 MVA），D变113 MW（量容2＊150 MVA）.

1.2 故障经过

某一时刻，当地监控显示A变＃2主变220 k V开关跳闸，＃1主变负荷达163.9 MW，超＃1主变限额135 MW.现场检查发现，＃2主变220 k V开关分闸，＃2主变110kV、35 k V开关运行正常，二次保护无任何报文信号，只有“＃2主变CST31ACT断线”告警信号.主变无任何异常，220 k V及110kV故障录波器无录波数据，仅有启动信息.由于主变超限，当值调度运行人员立即通过遥控操作将A变到B变及D变的110kV联络线充电方式改变，转移出K变及P变负荷37.3 MW，迅速控制主变越限，防止＃1主变因长期过负荷跳闸造成事故的再扩大.

1.3 故障原因

检修人员对各现场一、二次设备逐一检查、试验，最终断定此次故障由SCX－12J操作箱内部一组防跳回路继电器接点（TBJ4）粘连引起.SCX－12J操作箱二次回路的原理如图2所示.防跳回路由跳闸保持继电器（TBJ）常开接点（TBJ4）、跳闸线圈继电器（TXJ）、TBJ及短接线AB（压力闭锁回路短接线）组成，正常时TBJ4常开，回路断开，开关不会动作，但当TBJ4粘连闭合时，跳闸保持回路接通，最终造成开关误动跳闸，并引起另一台运行主变过载，超1.2倍稳定限额.

图1 系统主要联络接线图

图2 SCX- 12J系统主要图

2 开关误跳风险分析

因开关种类繁多，本文的开关误跳风险分析只考虑重要供电线路和主变开关跳闸的情形.电网分层分区后，220 k V及以上电压等级构成环网网架，110kV及以下电压等级以220 k V厂站为中心构成辐射型网架，且重要用户均满足双电源供电要求，因此110kV及以下电压等级的线路或主变开关误跳造成的影响较小，而220 k V厂站作为重要的负荷授电中心，若开关误跳则可能造成严重的影响.本文着重分析220 k V等级线路和主变开关误跳的风险.

图3为某一区域部分电网网架图，实线为220 k V网架，虚线为110kV网架，D变为500 k V变，A、B、C变为220 k V变.对于任一220 k V线路开关误跳，如AB线跳闸，不会影响其它厂站A、B、C的正常供电.

220 k V单主变厂站若主变高压侧开关误跳，如图3中的B变，则有B变及所供110kV变电所E、F、G、H、P全停，造成片区大面积停电.

图3 电网网架示意图

220 k V双主变厂站，尤其是主变老旧、容量小、过载能力差的厂站，若其中一台主变高压侧开关误跳，极易造成另一台主变的过载.如图1所示的潮流为春季某一正常天气的潮流，当夏季用电高峰时，A变负荷历史高峰达210 MW，超单台主变限额的1.6倍，而A变主变设备陈旧，夏季高温允许的短时过载能力为1.2倍，若此时一台主变220 k V开关跳闸，会造成另一回主变严重过载，极易发生再跳闸的连锁故障，导致事故范围的扩大，使电网面临巨大的经济损失和供电压力.

综上所述，当前电网网架结构下，220 k V线路开关误跳一回，对供电可靠性的影响不大，而220 k V厂站无论是单变还是双变若主变开关发生误跳均可能造成大面积停电，给电网安全运行埋下巨大隐患，需要对这两种情况进行风险预控.

3 预控

二次回路故障引起开关跳闸风险的预控方法很多，如改进二次回路、加强日常维护、合理安排运行方式等.在二次回路改进方面，由于重要的二次回路如防跳回路多由厂家根据典型设计方案来实现，因此这一措施难以落实；在日常维护方面，可以通过加强继电保护检修试验中对保护控制出口回路的检验及控制回路中间继电器的动作特性和触点检测、加强继电保护全寿命周期管理、及时更换超过使用年限的二次设备等手段有效降低二次回路异常的概率，但因厂站日益增加，二次回路日益庞大，日常维护工作量巨大，使得这一措施的实施难度大且不能完全杜绝该类事故的发生.本文从提高一次供电可靠性角度出发，提出了通过运行方式的合理安排及安全自动装置的加装方法来降低、避免开关误跳带来的风险.

3.1 单变厂站预控

以220 k V单主变站为例，典型接线如图4中A变所示，通过2回220 k V线路与B变、C变联络，110kV与D变联络（线路名为AD），方式为D变充电至A变，B／C变为220 k V或以上电压等级，D变为220 k V电压等级.当A变＃1主变220 k V开关误跳，A变有全停风险.此时，若在A变110kV侧加装备用电源自动投入装置，则可以避免该风险.备自投方式为AD线开关1备用A变＃1主变110kV开关.

A变加装110kV备自投装置后，再发生＃1主变220 k V误跳时，110kV母线失压无流，110kV备自投动作，跳开＃1主变110kV开关，合上AD线1开关，A变110kV恢复供电，由D变转供，避免了A站全停，降低了电网的经济损失，35k V侧若有重要负荷，也可考虑采用加装35 k V备自投的方法来实现不间断供电.

图4 220 kV单变典型接线示意图

3.2 双变厂站预控

对于双主变重载厂站（见图1），进行负荷核算，若双主变负荷之和超过单台主变规定的允许短时过载倍数，必要时改变厂站中、低压侧的供电方式，以减轻其中一条供电线路或一台主变跳开时另一条线路和另一台主变的供电压力，降低开关误跳引起的设备严重越限，防止事故的再扩大.

（1）从短期来考虑，方式安排1：可以将重载220 k V变的110kV／35 k V改分列方式，停用某些110kV变、35 k V变的备自投装置.此时，若发生一台主变开关误跳，由于停用备自投的110kV变、35 k V变一半负荷没有切至另一台主变，所以另一台主变不会过载.该方法通过牺牲部分110kV变、35 k V变的可靠性来防止220 k V变全停导致的大面积停电.方式安排2：重载220 k V变110kV分列方式，由220 k V变之间的110kV联络线转供部分负荷.以图1中A变为例，历史高峰负荷达210 MW，短时过载能力为1.2倍单台主变限额（162 MW），考虑开关误跳风险，将方式安排为：110kV侧分列运行，通过B变或D变的110kV联络线路转供A变110kV正母或副母一部分负荷（如75 MW），A变＃1、＃2主变供另一段110kV母线及35 k V母线.此时，若发生A变一台主变误跳闸，由于事先通过110kV联络线转供了一部分负荷（75 MW），A变另一台主变不会过载（135 MW），仍可正常可靠供电.该方法可以完全避免开关误跳的风险，但前提是转供的220 k V厂站轻载.

（2）从中期来考虑.可以加装负荷联切装置，当一台主变开关误跳时，联切部分非重要负荷，防止另一台主变过载跳闸造成全停风险.

（3）从长期考虑.应尽快实现重载220 k V变的扩容、增容，才能从根本上避免开关误跳产生的风险.

4 结语

二次回路故障若引起开关（尤其是主要供电电源或主变高压侧开关）误跳，有可能造成变电站的全停和正常设备的损坏，使电网承受巨大的风险.由于二次回路的改进实施难度大，日常二次设备维护不能完全杜绝开关误跳事故的发生.为此，本文提出运行方式合理安排等一次预控的方法.实践证明，此方法可以有效降低和避免二次回路引起的开关误跳风险，为电网可靠供电提供了保障.