一起断路器故障引起母线失压事故的分析

● 国网四川省电力公司技能培训中心 张婷婷 国网四川省电力公司检修公司 徐家禄 张小军

1 事故案例

1.1 故障前运行方式

某500kV枢纽变电站500kV部分采用3/2接线方式，其中500kV模拟一线及5012、5013开关、500kVⅡ母在运行，其余设备按标准运行方式运行。

1.2 事件经过和检查情况

06时04分，变电站监控事故报警，当值运维人员立即对一、二次设备动作情况检查。监控检查发现500kV 5012、5023、5033、5043、5053、5062 开关在分闸位置，5013开关处于不定态，500kV模拟一线、500kVⅡ母失压。现场运维人员检查一次设备外观无异常，设备SF6压力正常，模拟一线避雷器未动作；5013开关B相在合闸位置，A、C 相在分闸位置，5012、5023、5033、5043、5053、5062 开关在分闸位置。

检查保护室模拟一线1号保护（南瑞RCS-931AMS）：电流差动保护动作、距离加速动作、零序加速动作、单相运行三跳动作，故障选相B相，故障测距201.3km。模拟一线2号保护（南自PSL-602GAS）：纵联零序动作、B相跳闸、后备三相跳闸、保护三跳出口，故障选相B相，故障测距208.09km。故障录波：B相故障，测距195.118km，重合闸未动作；500kV Ⅱ母1号保护（南瑞RCS-915）、2号保护（南自 SGB750）失灵保护动作，跳开 5023、5033、5043、5053、5062 开关。

现场运维人员经检查分析，初步判断为500kV模拟一线线路B相故障，模拟一线5013开关B相拒动，启动500kVⅡ母失灵保护，跳开500kVⅡ母上其他所有开关。

1.3 事故处理过程

07时 24分调度下令拉开 50131、50132刀闸，对5013开关进行故障隔离，07时42分5013开关隔离；08时08分，同期合上500kV模拟一线5012开关，模拟一线恢复送电；08时20分合上500kV 1号主变5062开关，对500kVⅡ母充电正常，08时33分依次同期合上5023、5033、5043、5053 开关，500kV Ⅱ母恢复运行。

2 断路器重复分合闸故障分析

2.1 线路保护动作分析

对线路保护动作及故障录波进行分析，事故发生时的动作情况如下所述。

第一阶段，06时04分，500kV模拟一线线路B相接地故障，500kV模拟一线1号线路保护12ms B相电流差动保护动作，500kV模拟一线2号线路保护41ms纵联保护B跳出口，5012、5013开关保护失灵跟跳B相动作，5012、5013开关B相跳闸，故障切除。

第二阶段，在故障开始大约130ms时，5013开关B相异常合闸于故障，500kV模拟一线1号线路电流差动保护动作、距离加速动作、零序加速动作。500kV模拟一线2号线路保护由于保护启动150ms后故障进入振荡闭锁逻辑，需要振荡开放后才能动作，而振荡开放时故障已切除，所以纵联保护未动作。5012、5013开关保护失灵联跳三相动作，5012、5013开关三相跳闸，大约180ms时线路故障切除。

第三阶段，在故障开始至280ms时，5013开关B相再次合闸，500kV模拟一线1号线路电流差动保护动作、距离加速动作、零序加速动作，500kV模拟一线2号线路保护纵联距离阻抗元件及方向元件满足。由于对侧保护装置有收信无发信，故纵联保护不动作（跳闸位置启动发信需三相位置，条件不满足，此时对侧5021、5022开关仅B相处于跳闸位置），本侧5013开关失灵保护动作，500kV Ⅱ母 1、2 号母差失灵保护动作，5013、5023、5033、5043、5053、5063开关跳闸，而此时5013开关B相仍然在合闸位置。所以，本次事故中，500kV模拟一线1号线路保护动作正确。

2.2 断路器异常合闸情况分析

由保护报文分析可以看出5013断路器存在分合闸跳跃现象，且开关机构防跳跃回路未起作用，经进一步检查5013开关机构发现B相合闸线圈顶针未返回，06时04分模拟一线B相发生雷击闪络故障（模拟一线363#塔B相绝缘子串及均压环上均有明显雷击放电痕迹），线路保护动作跳B相，因合闸线圈顶针卡涩未返回，B相开关在分闸后立即合闸，造成B相开关持续分合闸，分析得出模拟一线B相故障重合闸成功后未返回，处于吸合状态。

在断路器经过4次分合闸行为后，开关液压机构打压超时使得液压降低，闭锁了跳闸回路，开关此时处于合位，保护无法断开开关，故障电流无法切除，导致母线失灵保护动作，切除了故障。

3 断路器分合闸过程解析

3.1 分闸动作过程解析

断路器分合闸示意图见图1。当分闸阀接到分闸命令后动作，切换阀切换到分闸状态，传动杆底部失压，传动杆上部的高压油推动传动杆向下运动，完成分闸操作。

图1 断路器分合闸示意图

3.2 合闸动作过程解析

当碟形弹簧被压缩时，传动杆的密封部位上部始终处于系统的高压，在分闸状态下，传动杆密封部位下部处于低压，压力使传动杆处于分闸状态。当合闸阀接到合闸命令动作，切换阀切换到合闸状态，传动杆底部与高压油相连，此时传动杆的上部和下部都充满高压油，由于压差的作用，传动杆向上运动，完成合闸操作。

本次故障为合闸线圈顶针未返回，当保护发出分闸信号，开关分闸线圈顶针动作，传动杆底部失压，开关分闸。分闸顶针返回后，因合闸线圈顶针保持在合闸位置，传动杆上部和下部都充满高压油，由于压差作用，传动杆向上运动，立即合闸，造成开关频繁分合，直至油泵打压超时，压力耗尽，方才停止分合。现场设备动作情况与保护报文信息基本吻合。

4 断路器故障整改措施

根据故障波形和一次设备动作情况分析，该次故障为500kV模拟一线线路B相接地故障，保护动作逻辑正确，500kV 5012开关、对侧500kV 5021、5022开关B相跳闸后三相跳闸动作行为正确，500kV 5013开关B相跳闸后三相跳闸，其B相经历了跳闸、合闸、跳闸、合闸过程，最终5013开关A、C相分位、B相合位，由母线失灵保护动作切除故障。500kV 5013开关B相机构内合闸线圈顶针未返回，是引发本次事件的直接原因，开关多次跳跃导致压力低闭锁，是引发本次事件的间接原因。

断路器跳合闸故障是电力系统常见故障，而可动部件和跳合闸线圈是断路器常见故障部件，在故障处理中，应围绕易故障部件进行查找，以提高故障处理效率；严格执行运行、检修、试验规程规定的周期和项目，按规定对其进行全面试验、检修，坚持做好运行维护工作，及时发现和处理设备缺陷和故障，全面提高断路器的健康水平。

4.1 加强变电站特殊巡视

GIS开关外观仅能观察开关弹簧储能和液压油情况，而开关线圈顶针需要打开机构箱盖并取下顶针胶帽后方能查看。除了对一、二次设备的外观检查，避雷器动作情况检查，还要进行SF6压力检查，设备结构检查，全面排查同类型液压碟簧操作机构，掌握设备运行工况，及时发现并消除设备隐患。

4.2 完善设备检修检验管理

针对开关类设备制定差异化的检修检验规定，依据状态检修评价规程、厂家说明书，制定各类型号开关类设备的合理检修检验周期和具体的检修检验项目，确保设备的健康水平处于可控状态。