110 kV断路器操作电源跳闸发控制回路断线缺陷分析处理

引言

在电力系统中 , 断路器是保证正常供电、切除短路故障的重要元件 ,在整个电力系统中的作用极为重要 ,但也是出现问题最多的设备之一 。为保证断路器可靠动作 ,通常会设置断路器控制回路断线监视回路 ,用来监视断路器跳、合闸回路是否正常。当出现断路器控制回路断线告警时 ,如果刚好有故障发生 ,会出现断路器拒动保护越级跳闸 , 引发大面积停电 ,甚至会造成电力系统瘫痪等事故的发生 , 因此该告警需要尽快处理。本文介绍了一起故障点较罕见的110 kV线路断路器操作电源跳闸 ,后台发控制回路断线告警的缺陷处理案例 ,包括缺陷定位、原因分析、处理方法和防范整改措施等。

1 线路断路器控制回路断线告警现象

某220 kV变电站内的110 kV设备于2010年7月投运 。2021-09- 13T09:30 ,该站某热备用110 kV线路间隔 突发断路器控制回路断线故障告警 ,运行人员检查发现是因为保护屏后断路器操作电源空开跳闸 ,且空开一合就跳开。

2 现场缺陷排查及原因分析

继保人员到站后发现 ,运行人员已将110 kV热备用线路转至冷备用 ,开关分位 ,操作电源空开合上就跳开,后台除控回断线告警、装置告警)PT断线) 、PT失压外,无其他异常告警信号 。经继保人员初步检查 ,在保护屏端子排测量操作电源正负极之间电阻值约为11kQ,电源正负极各自对地绝缘正常 , 电源正负极无交、直流寄生 ,初步判断为操作电源空开故障:更换操作电源空开后 ,依然合上就跳开 , 并且空开可见明显短路弧光 ,由此排除电源空开故障 ,应是开关的控制回路中有短路。下面将依据开关控制回路原理图 ,介绍现场缺陷排查方法 ,并进行缺陷原因分析。

2. 2 现场缺陷排查

110kV线路断路器控制回路原理图如图1所示 。断路器经操作空开1K2由直流母线+1KM、-1KM供电 ,控制回路包括遥控分、合闸 ,手动分、合闸 ,保护跳闸及测控屏分、合位指示 。按照以往处理断路器控制回路缺陷经验 ,故障多发生在户外开关柜等位置 ,可根据断路器操作回路原理图及开关GIS回路图 ,依次展开缺陷排查。

2. 1. 1 缺陷排查位置1:断路器GIS分合闸回路

)1)检修试验班检查 , 断路器储能正常 , 分合闸线圈电阻值正常 ,机构故障概率较小 ,现场先交由继保自动化人员检查。

)2)断路器GIS汇控柜分合闸回路原理图如图2所

示 。由图可以看出 ,断路器分合闸回路均是采用常投不励磁的继电器 , 正常时分合闸回路不存在一通电就动作的接点。检查时 ,在GIS汇控柜端子排做了以下测试:仅解开至保护屏的101回路 , 空开合上立即跳开:仅解开102回路 ,空开合上后不跳开:仅解开101和102回路 ,测量正负极之间电阻约为10 kQ:仅解开107、102回路 ,测量107与102回路之间电阻约为120 Q)该值经检修试验班确认在正常线圈电阻值范围) 。

结论:GIS分合闸回路可能有某个元件故障 ,通电后产生寄生回路 ,导致操作电源正负极短路:产生短路的正电源来自107回路 , 107回路并联了合闸保持和跳位监视回路 ,合闸保持回路此时不应导通 ,跳位监视回路串联有较大阻值电阻 , 正常时跳位监视回路电流很小 , 即便有短路也不至于令空开跳开 ,所以操作箱内部回路可能有故障。

2.1.2缺陷排查位置2:保护屏操作回路

(1)保护屏上开关操作箱回路原理图如图1所示,在保护屏端子排仅解开至汇控柜的130回路,测量合闸保持和跳位监视并联电阻值约为227Q。

(2)检查保护装置型号为kRC一s41AZ,操作插件型号为CwI220V,更换同型号操作回路插件后,空开合上立即跳开。

结论:测量合闸保持和跳位监视回路电阻未发现短路现象,且更换操作回路插件后故障依然存在,所以故障点不在操作箱(两个操作插件同时有故障的概率较低):若操作回路没有故障,则故障点在GIC分合闸回路的可能性也很小,因为产生短路的正电源来自跳位监视回路,而跳位监视回路原则上短路电流很小。但因为短路故障只发生在回路通电的瞬间,未通电时检测不到,未能完全排除GIC分合闸回路的嫌疑,需要进一步进行细致检查。

2.1.1缺陷排查位置1:在保护屏进一步排查断路器GIC回路

(1)在保护屏端子排仅解开跳位监视的厂家线,空开合上后不跳开:

(2)在汇控柜端子排依次解开合闸、防跳、分闸、储能、气压低闭锁回路的电源正端,并尝试合操作电源空开,发现仅在解开合闸回路时,空开可以合上不跳开:

(1)通过短接接点、按下继电器测试按钮使其动作等方法令相关回路导通,测量GIC分合闸回路操作电源正负极间电阻,电阻阻值变化正常:

(4)通过手动合闸合上断路器,断路器合位时,空开合上后不跳开。

结论:故障点很隐蔽,只发生在回路通电的瞬间,未通电时难以检测到,是一个动态缺陷:未通电时测量不到短路电阻值,可能是因为故障回路中存在有二极管特性的元器件,现场的测试手段不能完全排除操作回路和GIC回路的嫌疑,再进一步的检查可能需要厂家介入配合:故障与跳位监视回路有较强的联系,还应检查与TwJ动作有关联的回路。

2.1.4缺陷排查位置4:测控屏位置指示

(1)在保护屏端子排仅解开至测控屏的跳位指示灯回路(116回路),操作电源空开合上后不跳开:

(公共端)至G二(绿灯)端子之间的电阻阻值接近0,判断绿灯已烧毁,导致回路短路。

结论:分位指示灯故障,通电后发光二极管正向击穿,导致操作电源正负极之间短路,操作电源空开跳闸。

2.2缺陷原因分析

根据2.1节的缺陷排查结果,分析缺陷原因如下:如图5所示,开关位置指示灯采用的是操作电源,当分位指示灯因故障短路时,回路通电瞬间TwJ动作接点闭合,操作电源正负极直接接通短路,从而导致操作电源空开跳闸:不通电时TwJ不动作,指示灯回路不导通,所以用万用表检测不出回路是否有故障。

3缺陷处理及整改措施

针对测控屏位置指示灯故障导致开关分位时正负电源短路,进而导致控制电源空开跳闸发控制回路断线的情况,采取了以下处理方法:(1)拆开并更换测控屏分合闸把手的指示灯部件:(2)在断电情况下,对接线以及整个控制回路摇绝缘,确保绝缘正常:(3)检查相关安全措施和二次回路是否已恢复正常状态。

更换指示灯部件后,断路器操作电源空开可正常合上不再跳开。检查变电站后台无异常告警信号,后台遥控分合闸断路器正常,通电观察20min,故障不再发生,可判断回路无其他故障点,缺陷得以消除。

本次缺陷处理过程中,按照以往的经验依次对操作电源空开、GIS分合闸回路、操作箱回路进行仔细排查,依次排查通常情况下最可能发生故障的回路,均未能准确定位故障。而该站将开关操作电源用在位置指示回路,指示灯短路时将操作电源跳开,导致TwJ失电、接点断开,用万用表检测不出回路是否有故障,导致该故障回路存在隐蔽性。

本次发现的断路器控制回路异常主要由设计图设计不合理造成,施工设计图的设计除在原理上需保证正确外,还应符合现场的实际应用条件和要求。该缺陷暴露出未采用变电站典型设计会增加断路器分合闸回路故障的风险,且故障时不易被发现。由于该站运行年限较久,整改涉及停电间隔多,因此将此问题记录备案并加强巡视维护,后期结合技改项目批次整改。

4结语

变电站开关控制回路断线是电力检修工作中常遇到的缺陷,及时有效的消缺对电力系统的安全稳定运行具有重大意义。本文针对一起故障点较罕见的110kV断路器操作电源跳闸发控回断线的缺陷,详细介绍了整个缺陷排查与处理的过程和方法,具有较好的工程借鉴意义。