针对一起110kV断路器因机构原因偷跳,10kV备自投装置未动作,导致10kV母线失电压的事故,广西电网公司柳州供电局的单国栋在2024年第6期《电气技术》上撰文详细分析10kV备自投装置的动作逻辑及其拒动原因,并结合此次事故提出相应的防范措施,以期为类似事故的处理提供参考。
随着区域电网之间的联系日益紧密,主网架构逐渐加强,配电网的改造增多,新型保护装置得到大量使用,保护装置之间的配合显得尤为重要。备自投装置可以实现电力系统中备用电源的自动切换。当主电源故障或退出运行时,备自投装置能够迅速切换到备用电源,以保证关键电网的供电可靠性。作为一种安全自动控制装置,备自投装置在电力系统中起着重要作用。
1 系统图及设备运行情况
110kV进德站主接线方式为内桥接线,110kV 1M、2M无母线电压互感器(potential transformer, PT),采用线路PT重动后,作为110kV母线电压。低压侧10kV系统为不接地运行方式。110kV进德站一次系统接线如图1所示。
系统运行方式如下:110kV莲成进Ⅰ线进105断路器运行,110kV莲成进Ⅱ线进106断路器运行,110kV分段断路器进100A分位;1号主变10kV侧进91断路器运行,2号主变10kV侧进92A断路器运行,10kV分段断路器进90A热备用。10kV备自投装置方式3、方式4(分段备自投)充电满。
事故发生时,110kV莲成进Ⅰ线进105断路器由于机构问题发生跳闸,10kV 1M母线失电压。10kV备自投装置未动作。
2 检查与试验
2.1 设备检查
事故发生后,专业人员立即进站收集相关信息,发现2023年12月7日14:03:51—17:06:31期间,110kV进德站110kV莲成进Ⅰ线进105断路器多次发控制回路断线信号。经事后检查发现,110kV莲成进Ⅰ线进105断路器控制回路断线是由105断路器跳闸回路的断路器辅助触头动作不到位所致。
17:16:32.768,110kV莲成进Ⅰ线进105断路器机构箱内断路器辅助触头击穿,进105断路器跳闸。
检查10kV备自投装置告警,保护装置充电灯亮,无动作信号及报文;检查装置外观无异常,电压、电流回路无异常,功能及出口压板均在投入状态。
2.2 10kV备自投装置试验分析
10kV备自投装置方式3、方式4(分段备自投)功能一致,以方式3(跳1号主变10kV侧进91断路器、合10kV分段断路器进90A)为例。10kV备自投装置输入输出示意图如图2所示。
此次试验主要模拟带负荷试验和110kV莲成进Ⅰ线进105断路器偷跳两种工况下,10kV备自投装置的动作行为。两种工况下备自投装置动作情况见表1。
表1中相关名词含义如下:电源1,110kV 1M A相电压,经110kV莲成进Ⅰ线进105线路PT重动;电源2,110kV 2M A相电压,经110kV莲成进Ⅱ线进106线路PT重动;进线1电流,1号主变10kV侧进91断路器电流;进线2电流,2号主变10kV侧进92A断路器电流;进线1断路器位置,1号主变10kV侧进91断路器分位;进线2断路器位置,2号主变10kV侧进92A断路器分位。
3 10kV备自投装置拒动分析
3.1 前提条件
从2.2节的现场试验可知,110kV莲成进Ⅰ线进105断路器偷跳时,10kV备自投装置能够动作的条件如下:
1)1号主变10kV侧进91断路器电流满足无电流判据。
2)10kV 1M母线三相失电压。
3)电源1失电压。
显然,110kV莲成进Ⅰ线进105断路器跳闸时,前两个条件均能满足。因此,分析电源1是否失电压成为关键。
3.2 110kV莲成进Ⅰ线进105断路器偷跳后的电压、电流分析
17:16:32.768,110kV莲成进Ⅰ线进105断路器偷跳;17:17:00,10kV 1M母线失电压,17:26:10.866,值班调度员合上110kV分段断路器进100A,10kV 1M母线电压恢复正常。110kV莲成进Ⅱ线进106断路器一直在合位,10kV 2M母线电压保持正常,未失电压。10kV 1M、2M母线电压波形如图3所示。
1号主变10kV侧进91断路器电流波形如图4所示,具体时序与10kV 1M母线电压情况一致。
综上所述,满足3.1节动作条件1)和2)。
110kV 1M、2M母线电压波形如图5所示,17:16:32.768—17:26:10.866,110kV 1M A相电压保持正常,不满足10kV备自投装置动作条件3),10kV备自投装置拒动。
17:50:21.882,值班调度员断开110kV莲成进Ⅰ线进1053刀开关,110kV 1M母线失电压,如图5所示。以上分析各动作时序如图6所示。
综上所述,10kV备自投拒动原因为:电源1电压不满足失电压条件。因此,需要对其电压二次回路做进一步检查。
3.3 二次电压回路检查
110kV莲成进Ⅰ线进105电压重动回路如图7所示,接入10kV备自投装置电压回路如图8所示。110kV莲成进Ⅰ线进105线路PT重动后,作为110kV 1M母线电压,10kV备自投装置电源1电压即取自重动后A630Ⅰ。110kV莲成进Ⅱ线进106线路PT重动后,作为110kV 2M母线电压,10kV备自投装置电源2电压即取自重动后A640Ⅰ。
110kV 1M母线电压、110kV 2M母线电压能否正常、电源1和电源2电压是否正常,均取决于重动回路中的断路器辅助触头。
3.4 断路器辅助触头检查
经检查,110kV莲成进Ⅰ线进105断路器机构箱内SA37与SA39(常开触头)、SA32与SA30(常闭触头)接入线路PT重动回路。
110kV莲成进Ⅰ线进105断路器分闸后,常开触头打开,常闭触头闭合。此时,若常闭触头未闭合或闭合不到位,未能使图7中1ZJ1~1ZJ8复归线圈励磁,1ZJ1~1ZJ8常开触头仍然闭合不返回,即110kV 1M母线和电源1电压保持正常。此时,10kV备自投装置不动作。
现场拆除110kV莲成进Ⅰ线进105断路器辅助机构(105断路器在分闸位置),使用万用表电阻挡测量常闭辅助触头SA32和SA30,电阻无穷大;测量另一副常闭辅助触头SA34和SA36,电阻为2.8Ω。因此,可判断常闭触头SA32和SA30未闭合,无法使双位置线圈励磁,导致电源1仍然有电压,10kV备自投装置不动作。110kV莲成进Ⅰ线进105断路器辅助结构如图9所示。
3.5 操作过程中的问题
12月6日08:53:55.954,值班调度员操作断开110kV莲成进Ⅰ线进105断路器,未报110kV 1M母线失电压信号。此时,110kV莲成进Ⅰ线进105断路器常闭触头SA32和SA30已出现故障,未能正常闭合;08:58:37.767,110kV莲成进Ⅰ线进1053分闸,图7中1ZJ1~1ZJ8双位置线圈励磁,报110kV 1M母线失电压信号,电压波形如图10所示,具体操作时序如图11所示。
3.6 10kV备自投装置未放电说明
10kV备自投装置放电条件为:在无外部闭锁开入时,两组10kV母线均失电压。仅一组10kV母线失电压或电源1、电源2失电压,10kV备自投装置不放电。
4 故障原因及整改措施
通过以上分析可以得出:110kV莲成进Ⅰ线进105断路器常闭辅助触头SA32、SA30,在105断路器分闸时,未能使双位置继电器1ZJ1~1ZJ8励磁,导致电源1电压存在,是10kV备自投装置拒动的根本原因。提出整改措施如下:
1)若不使用10kV进线备自投方式,断开电源1、电源2电压空气开关。
2)将10kV备自投装置定值“线路电压1、线路电压2检查”控制字整定为0。
3)加强对变电站二次设备及自动装置的专业巡检。
4)断开110kV莲成进Ⅰ线进105断路器或110kV莲成进Ⅱ线进106断路器,对10kV备自投装置进行实际试验,验证断路器辅助触头是否存在异常。
5 结论
结合此次事故,应充分考虑非正常运行工况下,相同型号的备自投装置可能存在的拒动问题。进行保护装置试验时,需考虑各种可能工况,以保证保护装置动作的可靠性和选择性,从而确保电网安全、稳定运行。