一起小行程开关异常引起变电站10kV母线失压故障的分析

邝玉芳 周小艺 郑卫文

摘要：本文重点分析了中置式高压开关柜VS1（ZN63A）型开关发生拒分引起变电站10kV母线失压故障的原因，提出了针对同型号并采用相同二次接线方式高压开关柜的消缺整改措施，以及今后预防存在类似隐患设备投入电网运行的措施，有效提高配置VS1（ZN63A）型开关中置式高压开关柜的运行可靠性，保证电力系统的安全稳定运行。

关键词：行程开关;母线失压;原因分析;隐患处置及预防

0引言

行程开关又称限位开关或位置开关。它是一种根据运动部件的行程位置而切换电路工作状态的控制电器。行程开关的动作原理与控制按钮相似，在机床、起重设备、电力装置及自动化生产线等自动化装置中应用广泛。在本案例中置式高压开关柜中，微动式行程开关安装在小车开关机构已完成储能行程位置上，当小车开关机构完成储能时，储能部件触压行程开关推杆使触点动作而实现电路的切换，达到控制机构自动储能及在机构未储能时断开开关合闸回路和发出机构未储能信号目的，因此开关机构所配置微动式行程开关是否正确动作对高压开关柜的正常运行带来直接影响。但现实中，行程开关、辅助开关等二次元器件，在电气设备采购技术协议、工程竣工验收，设备日常运维及故障查找中往往被忽视。

一、事件经过及对系统的影响

（一）故障前电网运行方式

某220kV变电站共配置有2台主变，220kV及110kV侧双母结线，10kV侧为单母分段，事件发生前#1主变带10kV 1M母运行，#2主变带10kV 2M母运行，10kV母联500开关热备用，10kV备自投投入。

（二）故障发生经过

2019年3月12日11时33分，该220kV变电站10kV F8馈电线路发生故障，其线路保护装置动作，开关正确跳闸，经延时后自动重合闸启动，F8开关重合于发生永久故障线路上，期间F8馈线保护装置突然失电，F8开关拒分，导致#2接地变保护动作，跳开#2主变变低侧502开关，造成10kV 2M母失压。

（三）缺陷设备信息

拒分开关型号：VS1（ZN63A）

出厂日期： 2006-04-01       投运日期： 2006-11-27

二、开关拒分原因查找及分析

（一）保护动作及现场设备状态

变电站10kV 2M母失压后，现场检查发现10kV F8馈线保护装置黑屏，合闸指示灯亮，开关柜内1DK1保护装置电源空开及开关机构储能电源空开3DK在分位。

#2接地变520开关分闸灯亮，520开关柜保护装置动作信息：000ms整组启动，908ms高压零序过流1时限动作，1209ms高压零序过流2时限动作。

查看变电站后台动作报文如下：

11：33：39：216  F8零序过流Ⅰ段动作

11：33：40：774  F8重合闸动作

11：33：41：735  #2接地变 高压零序过流Ⅰ时限动作

11：33：41：751  备自投放电（闭锁10千伏母线备自投）

11：33：42：036  #2接地变 高压零序过流Ⅱ时限动作

11：33：42：063  #2接地变520开关分

11：33：42：065  #2主变变低502开关分闸

通过上述保护报文及后台报文分析，判断11时33分39秒216毫秒F8馈线线路发生故障，其线路保护零序I段动作，跳开F8开关。经保护重合閘延时1.5秒，在11时33分40秒774毫秒，F8保护重合闸动作，合上开关，但此时线路故障仍然存在，开关成功重合后保护装置电源空开突然发生跳闸，保护装置失电，没有进入保护重合后加速逻辑。故障线路零序电流流过10kVⅡ段母线520接地变的高压侧零序CT，11时33分41秒735毫秒，#2接地变高压零序过流Ⅰ时限动作闭锁10kV备自投，11时33分42秒036毫秒，#2接地变高压零序过流Ⅱ时限动作跳开接地变520开关和#2主变变低502开关。

（二）故障设备详细检查情况

从保护动作记录判断，F8开关拒动是造成变电站母线失压的直接原因，但经现场详细检查和试验，确认F8开关保护装置正常内部无短路，保护装置电源空开及储能电源空开正常，VS1小车开关各辅助元器件、辅助开关等正常，相关二次回路绝缘电阻合格，小车开关处于试验位置状态下保护各项传动操作正常，小车开关本体及机构未发现机械咔涩等异常情况，其开关特性、分合闸电压试验等结果合格，开关储能电机阻值、储能电机速度以及运转工况均正常，绝缘电阻合格，缺陷原因查找未果。

（三）原因分析

从现场检查结果分析，F8馈线的保护装置电源空开和开关操作机构储能电源空开发生跳闸应该在F8开关成功重合闸后，开关机构储能微动式行程开关出现变位时发生，因此故障查找不能忽略串联在开关机构储能电源回路、保护电源回路起切换功能的微动式行程开关本体的工况。

1、现场核对，VS1开关机构已储能位置与三只微动式行程开关关联（型号：LXW20-11M，额定电压：AC-12 16A 380V   DC-12 5A 250V），其现场安装方式见图1，三行程开关从外到内分别被命名为S1、S2、S3，其外形及内部结构见图2，其接点动作状态见图3（以S3接线方式画模拟图）。

（1）S1行程开关接入的二次回路

S1行程开关只应用了一对常开接点，在机构储能后闭合，是合闸回路接通的必要条件;其接触、对地绝缘是否良好，只影响到开关合闸回路和开关控制电源。

（2）S2行程开关接入的二次回路

S2行程开关只应用了一对常闭接点，串联在储能电机电源回路中，在机构储能后断开，停止储能电机的运转;其接触、对地绝缘是否良好，只影响到储能电机的运转和储能电源开关。

（3）S3行程开关接入的二次回路

S3行程开关常闭（机构储能后断开）、常开接点（机构储能后接通）分别接入保护装置弹簧未储能告警信号回路和弹簧已储能位置信号灯回路，即分别接入到保护装置电源空开所控制回路和储能电源空开控制回路。（见图6、7）

从图6可见，开关机构未储能时，正电+HM通过1DK1（保护装置电源空开）再通过行程开关S3的常闭接点36、26端子（未储能时接通），再经过811电缆进入保护装置开入，再通过保护装置出来经过1DK1（保护装置电源空开），最后接入负电，保护装置报“弹簧未储能”信号。

从图7可见，开关机构储能后，正电+HM通过3DK（开关储能电源空开），经过电缆871再到已储能灯BD再经过电缆874，再经过行程开关S3的常开接点24、34端子（储能后接通），再经过电缆872再经过3DK（开关储能电源空开）再到负电-HM，已储能灯BD点亮。

（4）行程开关解体检查

从上述S1、S2、S3三行程开关所接入的二次回路来看，只有S3牵涉到保护装置电源及开关机构储能电源回路，因此将行程开关S3拆下并进行解体检查。

将S3解体后发现，行程开关34端子所连接静触头及26端子所连接静触头的触点位置均有明显电弧烧蚀痕迹，动触头对应位置也出现明显电弧烧蚀痕迹，同时在塑料壳体相应位置也有电弧烧蚀时留下的印记（见图8）;检查行程开关动静触头均采用铜质材质，触点处采用了镀银处理，符合规范要求。

（5）缺陷原因分析

从S3行程开关解体结果来看，在11时33分40秒774毫秒，F8保护重合闸动作后，开关机构能量释放，行程开关S3的推杆复位，动触头从接通常开接点34、24端子触点（已储能灯光信号回路）跳转至通常闭接点36、26端子触点（弹簧未储能告警信号回路）时，行程开关动触头弹簧发生变形或因触头触点粘连等异常情况，导致S3行程开关34端子与26端子两接点接通（见图9），使保护装置正电+BM与电机储能负电-HM形成短路，最终导致保护装置电源空开以及开关储能电源空开发生跳闸（见图10）。

三、暴露问题

（一）VS1（ZN63A）型小车开关机构所配置的LXW20-11M型微动式行程开关，其常闭、常开接点共用一动触头，且触头间距小（只有2mm），存在行程开关内常闭、常开接点回路间跨接隐患。

（二）二次回路设计不合理，保护装置回路与开关机构储能回路同接入一微动式行程开关，增加保护回路短路、接地及保护装置误（拒）动及误（拒）发信等风险。

（三）已储能指示灯回路设计不合理，指示灯应安装在行程开關后端即负电源端，并在回路中接入限流电阻，以防电器元件内部异常时回路发生短路。

四、隐患处置及预防

经核查，电网内有大量配置VS1型小车开关的高压开关柜在运行，其运行时间很多已超过12年，柜内微动式行程开关等二次元器件已开始老化，发生同类故障的概率逐步增大，为防止同类事件的发生，应对保护、储能回路同接入一微动式行程开关（LXW20-11M型）的中置式高压开关柜进行整改。具体方案如下：

（一）应急处置方案

将已储能指示灯安装在行程开关常闭接点后（见图11），当再出现同类短路故障时，已储能指示灯将串联在短路回路中，从而不会因行程开关内部短路造成保护装置电源空开跳闸情况。分析如下：

1、已储能指示灯改接在行程开关接点后，若再出现同类事件时（即S3行程开关34与26两接点短接），情况如下：

此时回路串联了已储能指示灯，回路电流为额定电流，保护装置电源空开及机构储能电源空开不会发生跳闸，若接点一直无法恢复正常，则保护装置不会发出“弹簧未储能”信号。

2、若S3行程开关24与36两接点发生短接，储能电源正电会进入保护装置，保护装置报“弹簧未储能”信号，保护装置电源空开及开关机构储能电源空开均不会发生跳闸。

从上述分析情况可以知道，将已储能指示灯改接到S3行程开关常闭接点后能有效避免行程开关内部故障造成保护装置电源空开跳闸情况发生。

（二）彻底处置措施

1、存量设备处置措施

将S3行程开关更换为常闭、常开接点完成独立封装结构的微动式行程开关，或增加一行程开关，将开关未储能保护信号回路与开关机构已储能指示灯回路完全区分开，彻底消除安全隐患。

2、新增设备处置措施

针对基建工程、技改工程，在设计审查、物资采购（签订采购技术协议时）时，提出必须将高压开关柜保护装置回路与其它二次回路完全分开要求，并在设备到货、竣工验收中严格把关，确保按要求落实到位。

五、结论

行程开关、辅助开关等二次元器件的结构、质量及配置方式将直接影响到电力设备的工况和电网的安全稳定运行;但因其价值低、数量多、厂家杂、型号繁多，往往在设备采购、竣工验收、运维检修及故障原因查找中被忽视，因此建议相关部门在修编设备技术规范时对二次元器件提出详细、明确的技术参数要求，确保采购产品质量。同时，设计单位在开展设计时应详细核对厂家提供的二次图纸，二次元件结构和性能，确保设备控制、保护回路的安全可靠。

参考文献

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