继电器动作时间对保护动作结果的影响

王 玮, 邱星星, 张 浩, 臧 伟, 奚霁仲, 张 震

(国网安徽省电力有限公司超高压分公司, 安徽 合肥 230022)

0 引言

二次回路主要反映一次设备工作状态，控制和调节一次设备，在发生故障时快速切断故障。其中控制回路是切除故障的必经回路，实现对断路器及隔离开关的跳闸、合闸操作[1]。控制回路中要求有防跳回路及压力低闭锁断路器动作的回路。文章通过对防跳回路及闭锁断路器回路中的继电器的动作的相互配合进行分析，深入讨论为何单相流变爆炸会引起失灵保护动作，导致事故范围扩大，对新保护投入运行时的回路验收有重要意义。

1 事故经过

1.1 事故及保护动作情况介绍

2015年8月9日500 kV #1变电站5032开关B相流变顶部爆炸着火，引起500 kV #2变电站500 kV 1号线第一套、第二套线路保护动作，线路所连5013开关B相跳闸，重合不成三跳。5012开关B相单跳单重又跳开，紧接着5012开关A、C相跳开又合上，随后5012开关失灵保护动作跟跳本开关，同时联跳1号主变各侧开关。一次接线图如图1所示。

图1 一次接线示意图

1.2 事故处理

现场检修人员调阅500 kV 1号线保护及动作的开关保护的动作保护，打印相关的故障录波器模拟量及开关量波形图[2]，认为对侧500 kV #1变电站5032开关B相流变本体故障，本侧500 kV #2变电站内保护的动作情况理论上跳开5012、5013开关即可切除故障，与实际现场保护动作的情况不符。检修人员认为需要对500 kV #2变电站500 kV都山线保护及5011、5012和5013开关保护的动作情况进行深入分析，找到问题所在。

2 保护动作情况分析

2.1 开关分合及保护动作情况分析讨论

对于500 kV 1号线路保护，500 kV #1变电站5032开关B相流变故障，500 kV #2变电站1号线路保护判断线路发生B相单相接地故障，即第一次故障。理论上1号线路第一、第二套线路保护电流差动保护动作，5012、5013开关B相单跳单重。图2为故障后动作报文及波形图，分析500 kV 1号线路保护及5012、5013开关保护动作报文及故障录波器波形，线路保护于23 ms差动保护动作，5012、5013开关保护收到跳闸命令后，于61 ms左右开关位置由合到分，并经过相应的重合闸延时后重合闸动作。按华东网调整定原则，边开关0.7 s重合闸延时，中开关1 s重合闸延时，因此5013开关保护重合闸经过0.7 s延时后先动作，于890 ms左右5013开关位置由分到合。由于500 kV #1变电站5032B相流变爆炸时形成的油气通道对1号线A相悬瓶持续放电，5013开关合上运行200 ms左右后，于1 120 ms左右A、B再次发生单相接地故障，即第二次故障，1号线保护再次动作发出三跳命令，5013开关最终保持在三相分位状态。500 kV 1号线路保护与5013开关保护动作情况与故障现象吻合，保护动作正确。

图2 保护动作报告及故障录波图

特殊的是5012开关保护，由于5012开关作为中开关，重合闸延时为1 s，5012开关重合闸落后于5013开关，导致5013开关合上后运行200 ms左右到再次发生两相接地故障，此时500 kV 1号线再次发出三跳命令，同时恰好达到5012开关保护重合闸动作延时，重合闸命令也随后发出，因此，5012开关保护同时收到跳闸命令和合闸命令，5013开关A、C相跳开，B相随后合上。根据线路保护说明书，保护发出的跳闸命令和合闸命令均有展宽，能短时保持[3]。理论上，B相开关合上后由于跳令仍然存在，B相位置由合到分，A、C相虽然合闸命令保持，在防跳回路下A、C相由保护动作跳开后不再重合。实际5012开关位置如波形图所示，B相开关由于跳令的存在于1 260 ms跳开，A、C相开关在跳开后因合闸命令还在于1 293 ms左右合上，与理论相悖，检修人员在下一节对5012开关防跳回路进一步研究。

2.2 继电器动作时间配合对保护动作的影响

从2.1节内容看，理论上当5012开关保护同时收到跳闸命令和合闸命令后，在防跳回路的作用下，5012开关断开后不再合上，但实际动作情况为5012开关B相跳位、A、C相合位，检修人员查阅5012开关操作回路图，如图3所示，发现合闸回路和防跳回路中负电均须经过继电器KB4的常闭节点。5012开关B相经重合闸后又跳闸，在短时间内进行合-分，压力降低导致压力闭锁合闸继电器KB4动作，KB4线圈带电，KB4常闭节点打开，合闸回路和防跳回路均断开。在B相开关打压过程中，压力闭锁合闸继电器KB4复归，防跳回路继电器(A相KF1、C相KF3)带电。检修人员考虑防跳回路之所以未起作用，可能由于压力闭锁合闸继电器KB4和防跳继电器KF1、KF3相关节点动作时间未配合好。现场实际上，当压力闭锁合闸继电器KB4复归后，其常闭节点立马闭合，防跳继电器KF1、KF3线圈带电，但是其常闭节点断开、常开节点闭合有延时，因此合闸回路瞬时导通、防跳回路未及时启动，在合闸命令下，5012开关A、C相合上。最终，5012开关在B相在1 260 ms跳开、A、C相在1 293 ms合上。

图3 5012开关操作回路图

2.3 失灵保护动作原因分析

500 kV #1变电站5032开关B相流变故障后，虽然对侧开关在60 ms左右已跳开，但是流变爆炸形成的油气通道持续对1号线A相横担放电，在1 658 ms形成第三次故障，即A、B相接地故障，1号线路保护动作三跳，5013开关在第二次故障由跳开后一直保持在分位状态。5012开关保护在经过第一次、第二次故障，B相开关状态在61 ms跳开、经过1 s延时后于1 116 ms重合、随后在1 260 ms跳开，短时间内经历了“分—合—分”，B相开关压力迅速降低至闭锁压力值，闭锁A、B、C三相开关分闸回路，造成了5012开关A、C相未跳开。此时第三次故障已经发生，A相存在故障电流，且A相开关在保护动作后由于分闸回路被闭锁未跳开，满足失灵保护动作条件，5012开关失灵保护动作，最终跳开相邻5011开关以及1号主变各侧开关。

检修人员为进一步验证开关在短时间内进行“分—合—分”，是否分闸回路就被闭锁，在现场对5012开关进行模拟试验：对B相开关进行“分闸—合闸—分闸”试验后，立刻对A、C相发出保持分闸命令，A、C相开关被闭锁分闸，A、C相未跳开，需要打压15 秒左右A、C相才跳开，试验结果与5012开关动作分析相符。

3 事故反思及二次回路验收经验

3.1 事故反思

通过上述内容分析，考虑现场设备的实际运行工况下，对于500 kV #1变电站5032开关B相流变故障引发的三次故障，1号线路保护及相应的开关保护动作情况均正确。但是检修人员认为通过调整各继电器节点动作时间的配合，使得防跳回路在各种故障下均能起到作用，就可以避免像这次故障，即5012开关合闸和跳闸命令同时存在、且5012开关本身短时间内进行分—合—分情况，最终因为开关没有分开导致失灵保护动作，造成停电范围扩大。

3.2 二次回路验收经验

本次事故停电范围扩大，就是由于压力低闭锁合闸继电器KB4和防跳继电器KF1、KF3线圈动作后，其辅助触点闭合、断开的时间未配合好，最终导致失灵保护动作。目前防跳回路的验证常采用合位防跳，将开置于合位，按住合闸按钮并保持，再用保护动作模拟跳闸，开关跳开后不再合上则防跳回路完好，但这种回路验证无法防止出现的故障。检修人员认为后续可采用分位防跳试验，在开关分位状态，按住合闸按钮同时按住分闸按钮，开关合上后立即跳开，保持分位不跳跃，则表明防跳回路完好。这种防跳回路，可以避免防跳继电器动作时间与其他继电器以及开关辅助触点配合造成的防跳失效。对于本次故障，若采用分位防跳验证，则可以发现压力低闭锁合闸继电器KB4、防跳继电器KF1、KF2辅助触点配合不好的问题。

4 结语

文章讨论了继电器动作时间配合对继电保护动作结果的影响，配合不合理将造成事故范围扩大。由于控制回路中不同功能回路常串入继电器的辅助触点，辅助触点的断开或闭合受继电器动作时间控制。为使控制回路正常运行，电网发生故障时能有选择性地切除故障，在后续现场验收工作中，需要对回路中继电器的性能进行验证，使继电器动作时间相配合，正确发挥继电保护装置的防线作用。