一起220 kV断路器合闸故障分析与处理

马 凯，蒲道杰，胡义涛，高 燃，束 畅

(国网安徽省电力有限公司检修分公司，安徽 合肥 230009)

断路器既能够在正常情况下接通和断开回路，也可以在发生故障时由保护装置发出命令切除故障回路或者在瞬时故障消除后接通回路恢复送电，因此其具有控制和保护双重功能。断路器手动或自动合闸后，手动合闸按钮或自动装置触点发生粘连时，如果断路器合闸于永久性故障，会导致断路器发生不断跳闸、合闸的现象，为了防止出现此类“跳跃”现象，目前大多数断路器厂家都会设置防跳继电器，并将其常闭节点串入合闸回路中[1]。由于断路器中二次元件多、回路多，如果接线设计不合理或继电器参数选取不当，可能会产生寄生回路[2]。断路器一旦发生分合闸故障，将严重影响供电设备的安全、可靠运行[3-7]。

1 设备故障经过

某500 kV变电站220 kV设备采用SF6全封闭组合电器(GIS)，生产厂家为中电装备恩翼帕瓦(山东)高压断路器有限公司。220 kV肥常2815断路器生产型号为MFPT-250-50L，制造时间为2011年12月，投运日期为2012年5月，其铭牌如图1所示。该220 kV GIS的主接线形式为双母双分段，共有2条主变进线间隔，10条出线间隔，2个母联间隔和2个分段间隔。事故发生前，220 kV肥常2815断路器接在220 kVⅠB母上运行，运行电压为228.74 kV，A、B、C三相电流为269.5 A、262.5 A、249.6 A，线路输送功率P=102.7 kW，Q=13.4 kvar。

图1 220 kV肥常2815断路器铭牌参数

2017年9月9日7:48，该500 kV变电站220 kV肥常2815线路C相接地故障跳闸，两套保护均正确动作，重合闸正确动作，重合不成加速三跳，其动作保护报告如图2所示。

图2 线路保护动作报告

断路器跳闸后，技术人员迅速开展一、二次设备检查，检查重点为一次设备外观及断路器实际位置，保护、故障录波动作报告及操作箱、测控等装置及打印故障报告。经检查现场一、二次设备正常；监控后台有“断路器第一组控制回路断线、断路器第二组控制回路断线、光纤闭锁保护(RCS902A)装置异常、光纤纵差保护保护(RCS931A)装置闭锁、线路无电”异常信号。当值人员检查保护复归后无异常指示灯及信号，与省调监控核对确认(双方均有当时的调度录音) C相线路故障消失后，认为“控制回路断线”为辅助节点配合问题误发信号，试送成功后会自动消失。9:26，省调监控后台合闸，C相合闸成功，A、B相合闸失败，非全相动作三相跳闸。9:45，运行人员拉开220 kV肥常2815断路器控制电源空气开关，A、B、C三相跳闸开入全部变为跳位，“控制回路断线”信号复归。调阅220 kV肥常2815断路器的位置变换信号如图3所示。

图3 220 kV肥常2815断路器位置变换信号

2 故障查找

220 kV肥常2815断路器试送不成功后，技术人员在事故现场开展检查，详细过程如下。

a. 现场检查断路器本体SF6压力、储能、外观及机构箱内部均正常。

b. 现场就地分合断路器正常，测试非全相保护功能正常。

c. 开展断路器动作特性试验，试验结果如表1所示，各项试验数据正常。

表1 220 kV肥常合闸电阻及动作试验数据

d. 分别模拟A、B、C单相瞬时接地故障，保护单跳单重，保护、操作箱及断路器正确动作。

e. 对故障情况进行模拟，首先把非全相压板投上，断路器三相处于合位，模拟C相单相故障重合闸后加速三跳操作。接着再进行三相合闸，A、B相合不上，C相合上，2 s后非全相动作跳开C相，故障模拟现象与现场实际故障过程一致。

检查二次回路发现A、B相跳位监视回路09A、09B及合闸回路07A、07B无负电返回，A、B相合闸回路不通。而C相正常，跳位监视回路09C及合闸回路07C电位为-57 V。进一步检查发现A、B相防跳继电器一直处于自保持状态，合闸回路中防跳继电器常闭节点1-4断开，测量防跳继电器1端(线圈A1端)电压是-2 V左右，8端(线圈A2端)电压是-65 V，线圈两端压差为63 V，合闸及防跳回路见图4。

图4 合闸及防跳回路

f. 对A相断路器防跳继电器试验，A相断路器在合位，同时有跳合闸命令时，A相断路器跳开，防跳继电器动作且不复归。

g. 现场拉合操作电源后，断路器三相防跳继电器复位，再次对断路器进行分合闸检查无异常。

3 原因分析

从现场检查现象分析，断路器单相故障单跳单重然后加速三跳后，A、B相防跳继电器自保持不复归，导致A、B相合闸回路切断，是省调监控遥合闸不成功的直接原因。

220 kV肥常2815断路器在“单跳单重—加速三跳”动作过程中，三相断路器的合闸命令和分闸命令同时存在，时间逻辑见图5。相对保护启动时间，“重合闸出口动作时间”为872 ms，“重合闸出口返回时间”为993 ms，“跳闸出口动作时间”为976 ms。

图5 合闸、分闸命令同时存在

现场故障情况是C相单相故障，单相重合于故障，加速三跳；保护装置发重合闸命令时(三相同时发出)，2815断路器A、B相在合位，其辅助断路器21-22节点闭合，合闸脉冲到来时，防跳继电器TFA立即带电、TFA常闭辅助节点1-3闭合(自锁)、1-4断开(动作时间50 ms)，将A、B相合闸回路断开；当A、B相断路器接到分闸命令后，断路器分闸(分闸时间<30 ms)，延时20 ms后，串入监视回路的断路器常闭辅助节点65-66闭合(跳位监视回路接通)，此时防跳继电器TFA的常开节点1-3尚未断开，跳位监视回路与防跳回路串通，导致防跳继电器再次带电，切断合闸回路，导通回路见图6。

图6 防跳继电器通过监视回路导通

当肥常2815断路器A、B相在合闸状态时，经“重合闸—加速跳闸”动作过程后防跳继电器与跳位监视回路接通，导致防跳继电器带电，合闸回路断开。肥常2815断路器C相能正常合闸的原因为：C相本身在分位，必须断路器先合上，防跳继电器才动作，不会闭锁合闸；跳位监视回路与防跳继电器接通时间比A、B相要短1个断路器合闸过程时间。

该型断路器合闸时间小于100 ms、分闸时间小于30 ms(见图1)，断路器辅助断路器与主触头动作时序见图7，常开辅助节点比主触头延迟闭合7 ms、提前断开4 ms。常闭辅助节点比主触头提前断开43 ms、延迟闭合20 ms。

图7 断路器辅助节点与主触头动作时序

经查阅防跳继电器信息如下：线圈额定规格DC110 V、19 mA，电阻值5.75 kΩ，动作电压70%以上(77 V)，复位电压10%以下(11 V)，动作时间50 ms以下，复位时间30 ms以下。跳闸位置监视继电器TWJ阻值为10 kΩ，动作电压60 V。按此阻值比，防跳继电器通过跳位监视回路自保持时线圈TFA分压40.15 V。跳位监视回路见图8。

经查阅该断路器出厂试验报告，该断路器具体合闸时间为98 ms，分闸时间为28 ms，结合保护动作报告、断路器辅助断路器与主触头动作时序，防跳继电器辅助节点动作时间，综合分析推断保护延时时间为15 ms，A、B相与C相动作时序见表2，该表动作时序详细说明了A、B相合闸回路被防跳回路断开、C相合闸回路不受影响的逻辑。

表2 220 kV肥常2815断路器三相动作时间逻辑表

图8 线路间隔控制回路图

4 整改措施

查明合闸故障原因后，在断路器转检修前，当值人员再遇到该类断路器重合闸失败加速三跳情况时，要断开操作电源复归防跳继电器，否则断路器不能合闸。将该条意见写进运行规程中，并明确告知运维人员。后续220 kV肥常2815断路器转检修时，对该断路器的防跳回路进行整改，可参考以下2种方案。

方案1：更换防跳继电器，在跳位监视回路中增加防跳继电器的一对常闭接点(见图9)。

图9 整改方案1

方案2：对机构内部接线进行改造，将原供合闸用的防跳继电器常闭接点串入跳位监视回路(见图10)。

图10 整改方案2

5 结束语

本次故障是在线路单永故障时，经“重合闸—加速跳闸”动作过程后，非故障相断路器防跳继电器与跳位监视回路接通，导致防跳继电器带电，其串入合闸回路的常闭节点断开，合闸回路断开。虽然没有引起其他扩大事故，但也给正常的生产运行造成重大影响，是一起非常严重的设备隐患。为了吸取经验教训，防止类似故障发生，下一步对该隐患开展断路器二次回路排查。

参考文献：

[1] 颜华敏，顾国平，陆敏安，等. 一起断路器防跳回路异常分析及改造[J]. 电力系统保护与控制，2010，38(12):138-140.

[2] 邱 涛，井雨刚，杜绍辉. 断路器两套防跳回路配合问题探讨[J]. 山东电力技术，2012，38(12):138-140.

[3] 李正红，文小平. 一起220 kV断路器单相拒合故障分析及防范措施[J]. 电力自动化设备，2011，31(5)：145-151.

[4] 杨俊锋. 一起GIS断路器控制回路故障的分析与处理[J]. 高压电器，2009，45(6)：158-160.

[5] 林智敏，李庆凯，蔡恒滨，等. 一起GIS断路器合闸故障分析与处理[J]. 高压电器，2012，48(2)：99-101.

[6] 段 剑，张立群，甑 利，等. 一起 500 kV断路器故障的分析和治理[J]. 高压电器，2010，46(7)：90-92.

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