断路器非全相继电器误动分析

1故障概况

某500kV变电站运维人员看到监控信号发现某220kV线路开关跳闸，查看光字牌及报文信息，光字牌显示“开关位置不对应”“断路器位置不一致或非全相”“一、二组控制回路断线”“断路器非全相运行”；报文显示：544ms断路器非全相运行发生，581ms一、二组控制回路断线，596ms开关B相分闸、597ms开关C相分闸，600ms开关A相分闸，607ms一、二组控制回路断线消除，719ms断路器非全相运行消除。现场检查开关三相分位且外观正常，SF6气体压力和弹簧储能也正常。

2现场初步检查

2.1保护检查结果

线路保护的第一套光纤纵差（RCS–931A）保护启动，第二套光纤纵差（PSL–603G）保护启动，但均未动作出口。从保护的启动报告上可以得到，保护在开关跳闸过程中并未启动，仅有开关跳闸造成线路保护启动，而且开关动作前线路保护三相电压、电流录波波形均正常。监控主机上的硬接点信号和软报文信号都显示本侧开关非全相运行，说明是断路器本体的非全相保护动作。三相开关在5ms以内先后动作跳闸且保护重合闸未启动，基本上排除了单相偷跳后引起断路器本体非全相继电器动作的可能性。

2.2对断路器本体的检查

检查发现端子箱以及机构箱二次接线状况良好，但汇控箱内二次接线受潮发霉情况严重。汇控柜内有一组加热器和一组驱湿器，进一步检查发现汇控柜内用来起动加热器的温度控制器损坏，导致加热器无法正常投入使用，仅靠一组驱湿器工作。断路器型号为GL314型220kV断路器，现场检查发现开关机构状态与后台监控一致，机构的分合状态和动作检查均未发现异常，控制回路中的辅助开关常开、常闭节点转换正常，说明开关机构动作正常。现场汇控箱内非全相继电器存在测试按钮但无硬隔离防护措施。

3非全相继电器误动作的分析

经过现场的初步检查，分析跳闸原因可能是非全相继电器误动作造成开关三相跳闸。而非全相继电器启动有两个途径：一是继电器的测试按钮受到外力导致闭合；二是继电器得电导致闭合。经查询，当日现场无检修人员进行检修工作，运维人员也未打开汇控箱进行现场工作，而非全相继电器的测试按钮受到震动或其他原因导致闭合的可能性也不大，因此判断是非全相继电器得电导致闭合。于是开始对该断路器的非全相回路进行全面的检查。

3.1对端子排上非全相继电器接线端子的检查

首先检查汇控箱端子排上非全相继电器的正端子，如图1所示。汇控箱内X02子排K07:A1接线为继电器启动线圈正极性端，X02:41接线分别为非全相继电器正电源。K07:A1端子和X02:41端子相互邻近，但两个端子中间隔了一个空端子，符合《火力发电厂、变电所接线设计技术规定》第6.4.7条规定：正负电源之间以及经常带电的正电源与合闸或跳闸回路之间的端子排宜以一个空端子隔开。基本上排除了因端子排上的接线问题而造成非全相继电器误动作的可能[1]。

3.2对非全相继电器本体接线端子的检查

现场检查非全相继电器本体的接线时发现存在K07:A1接线端子与正电源临近且无有效隔离的情况，具体情况如图2所示。非全相继电器K07的11触点接到正电源上，当断路器运行于非全相状态后非全相继电器K07得电，分闸回路中的K07接点延时闭合，从而使出口中间继电器得电并跳开三相断路器。如上图所示，K07:A1为继电器动作线圈正极性端子，连接继电器的端子2，而11触点连接的是端子1，端子1、2相互临近且没有任何隔离措施，违反了安徽省电力公司文件《关于落实两项变电站反事故措施的通知》的规定，断路器机构箱和端子箱内的三相不一致保护接线端子排中，出口继电器（包括时间继电器和中间继电器）的启动回路应与正电位接线端子有效隔离。端子1、2间无绝缘隔断，更没有空端子隔开，这样极易发生短路或者因绝缘降低造成非全相继电器误动作。

3.3事故结论及处理

经过对该C3–A30继电器的长期跟踪发现其动作电压范围较大，存在30%～50%额定电压区间动作的风险，尽管其30%～50%的额定电压区间动作范围不满足目前《国网十八项反措》的要求[2]，但该C3–A30继电器投运时符合当时的开关设计要求和继电器出厂要求。结合跳闸现象、检查结果得出断路器三相跳闸的原因如下：非全相继电器的动作线圈A1端子与带正电的11触点相邻，由于汇控柜内的加热器回路异常使加热器未正常开启，因此当继电器受潮发霉导致继电器端子和触点之间的绝缘能力下降后，线圈A1端会因为干扰电压而“带电”，而且时间继电器的动作电压范围较大，当干扰电压达到线圈触发值时，致使K07继电器产生误动作，最终导致线路三相跳闸发生。针对这起断路器非全相保护动作跳闸，检修人员立即联系厂家更换性能更加稳定且符合要求的继电器，同时保证出口继电器的启动回路与正电位接线端子间采取有效隔离措施，确保电网设备能安全稳定地运行。

4防范措施

断路器发生非全相运行时，三相对称性被破坏，会出现负序和零序电流并产生过电压，使电网设备受到损害，给电网的安全运行带来了极大的隐患。因此，断路器必须安装非全相保护以防止断路器长期非全相运行，早期采用保护装置中的三相不一致保护，而目前均采用断路器本体中的非全相保护。断路器本体中非全相保护的接线是将三相的常开、常闭辅助接点分别并联后再串联然后起动一个延时时间继电器，不采用零序、负序电流来闭锁保护，再加上220kV及以上断路器一般运行在户外，受外部环境的影响较大，特别是当温度较低、湿度较大时，断路器辅助接点及其引出电缆极易因受潮引起绝缘降低，极易造成非全相保护误动作。为避免今后类似非全相保护误动作事故的发生，本文提出以下防范措施。对站内所有断路器本体机构箱中非全相保护接线端子排进行专项排查，重点检查非全相出口继电器以及中间继电器的正极性端子与正电源端子间是否采取有效的隔离措施，未采取有效隔离措施的应加装绝缘隔片。二次反措规定中，仅对直接作用于出口跳闸的出口继电器动作电压及功率给出了明确要求，对启动出口的时间继电器无相关要求。但通过此次事故表明，断路器非全相保护出口时间继电器动作电压及功率过低，在特殊情况下将严重威胁断路器安全运行，运行单位应将其更换为动作电压为直流额定电压55%～70%，动作功率不低于5W的时间继电器。变电站内定期对温控器和加热器运行情况进行全面排查，在排查过程中若发现凝露、积水，在不影响设备正常运行的情况下，及时对凝露进行处理，并对汇控箱封堵不良进行封堵。在气温变化较大的初春以及初冬时节更要加强对汇控箱的专业巡检，确保温控器和加热器能正常工作。对运维人员加强断路器本体非全相保护原理的培训，使运维人员了解巡视过程中汇控箱中非全相保护的危险点。对存在测试按钮的非全相继电器采取硬隔离防护措施，同时在继电器上张贴“三相不一致继电器，运行中禁动”标识。运维人员在设备验收时必须要对断路器本体中的非全相保护进行专项验收，必须对非全相保护回路进行绝缘测试，并由基建单位提供专项试验报告[3]。相关开关交直流、开关机构、保护回路上有工作可能涉及到非全相继电器时，运维人员应补充安全措施并交待现场作业人员，同时要求专业人员采取措施防止非全相继电器误动作。

参考文献

[1]DL/T5136-2001.火力发电厂、变电所接线设计技术规定[S].北京：中国电力出版社，2001.

[2]国家电网公司.国网十八项反措[M].北京：中国电力出版社，2001.

[3]杨锋.断路器非全相保护误动故障排查及对策[J].供用电,2009，26(3)：36-38.

作者：徐强 李智 汪伟伟 单位：国网安徽省电力公司检修公司