一起500kV断路器偷跳事件的故障分析

一起500kV断路器偷跳事件的故障分析

石健

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局广东广州510405）

摘要：本文分析了一起较特殊的500kV断路器偷跳事故原因的排查和处理过程。首先对故障现象进行了简要描述，并根据SER信号对事故过程进行分析，随后对断路器偷跳过程中未发“断路器控制回路断线”SER告警信号原因进行了进一步深入分析，排除了断路器控制回路故障导致断路器偷跳这一因素，对解决类似故障和设备隐患排查起到了一定的借鉴作用。

关键词：断路器；偷跳

1事件描述

2012年11月27日08时12分，某换流站500kV593交流滤波器运行时开关593跳闸，后台监视系统显示593交流滤波器保护系统2中断路器三相不一致保护[1]跳闸，无其他保护动作。由于当时该站直流线路功率较低，交流滤波器尚有冗余，此次断路器[2]事故未影响直流功率输送。

2现场检查情况

2.1断路器本体检查

该换流站交流滤波器场500kV开关采用德国西门子3AP2-FI型断路器，运行状况良好，此前并未发生过开关故障。事故发生后，现场检查593开关三相处于分位，检查断路器本体外观、SF6气体压力以及弹簧储能等未见异常。

2.2保护装置检查

该换流站小组交流器配备两套小组交流滤波器保护屏，其中保护屏1包含交流滤波器保护装置SDR101-A和交流滤波器开关操作继电器箱，保护屏2包含冗余的交流滤波器保护装置SDR101-A以及交流滤波器开关保护装置WDLK-863。

事故发生后，现场检查593交流滤波器保护系统保护装置报文为“三相不一致保护”，断路器操作箱“B相跳闸Ⅰ”、“C相跳闸Ⅰ”“B相跳闸Ⅱ”、“C相跳闸Ⅱ”红灯亮，“A相跳闸Ⅰ”、“A相跳闸Ⅱ”、红灯均未亮。

3事故分析

3.1SER信号及二次装置检查分析

对SER信号及故障录波进行分析后可知，此次事故的发生顺序为：593开关投入→593开关合位信号发生→593开关分位信号发生→593开关三相不一致保护动作→小组保护跳593开关。

正常情况下，当08:12:39.647时，593产生分位信号，若操作箱分闸回路动作，将会产生回路监视告警信号”CBCLOSEANDTRIP1/2CIRCUITSUPERVISION”。此次事故中，593开关由合位转为分位时并未产生该信号。

该换流站500kV开关分合位信号经过改造后为开关三相位置节点均在合位产生开关合位信号，单相位置节点在分位产生分位信号。因此开关A相由合闸位置变为分闸位置后，开关分位信号[8]上送正常。

根据图纸可知，回路监视告警信号CBCLOSEANDTRIP1/2CIRCUITSUPERVISION的产生与开关操作箱内的TWJ、HWJ的状态有关。当小组滤波器保护屏内的TWJ、1HWJ、2HWJ均不励磁时，才会产生CBCLOSEANDTRIP1/2CIRCUITSUPERVISION信号。

当开关在合位时，TWJ回路中位置节点S1LA断开，TWJ不励磁，其辅助节点在合位；当开关在分位时，TWJ回路中S1LA节点闭合，若回路有正电位时，TWJ不励磁，其辅助节点在合位，若回路中无正电位，TWJ励磁，其辅助节点在分位。

当开关在合位时，HWJ回路中位置节点S1LA合上，若分闸回路无正电位，HWJ励磁，其相应的辅助节点断开；当有正电位时，HWJ两端电位差变小，HWJ不励磁，其辅助节点合上。而当开关到分位时，HWJ回路中位置节点S1LA断开，HWJ不励磁，其辅助节点合上。

综上所述，当开关在合位时，若控制回路有正电位，将导致TWJ和HWJ继电器均不励磁，将会产生回路监视告警的SER信号”CBCLOSEANDTRIP1/2CIRCUITSUPERVISION”。

根据上述分析可知，593开关A相跳开并非由于操作箱及二次回路异常导致。

3.2一次设备检查分析

3.2.1分合闸线圈情况检查

对500kV593交流滤波器开关593进行了分、合闸电磁铁动作电压及分、合闸时间特性试验。试验结果表明分合闸动作电压试验进行数次分合均未重现该故障，因此可以排除分闸线圈故障的可能性。

3.2.2断路器机构机械部分检查

西门子断路器弹簧机构的示意图如图1所示：

图1西门子断路器弹簧机构

在断路器合闸过程中，合闸弹簧（18.4）释放能量，通过传动机构驱动触头合闸的同时，为分闸弹簧（18.11）储能。合闸完毕的同时，分闸弹簧已储能完毕，断路器具备了分闸的条件。此时，机构内部由分闸启动器（18.9）顶住分闸弹簧，使分闸弹簧无法释放，断路器保持在合闸位置。

若分闸启动器在合闸后松脱无法卡住分闸弹簧，则分闸弹簧的能量释放，断路器跳开。因此，怀疑此次事故故障点发生在断路器机构机械部分。

4结论及改进建议

断路器偷跳的原因可分为两种，一是控制回路故障，二是断路器本体机构故障。此次事故中，通过详细分析事故过程中的SER监控信号，排除了控制回路故障导致断路器偷跳这一原因。同时，通过分析断路器的机械结构，得出了此次断路器偷跳故障的原因是由于分闸启动器在断路器合闸后滑脱，无法顶住分闸弹簧，造成断路器合闸后偷跳。

虽然此次断路器故障的发生属于金属机械结构滑脱所致，偶发性大，但是通过此次事故原因的排查过程，可以对断路器的日常运维工作提出以下几点建议：

1）密切关注断路器分合过程中的监控信号。断路器的监控信号对断路器本体以及控制回路的状态有着清晰的指示。故障信号的出现都有信号出现的必然性，都可以指示出一定的故障。此次断路器故障，通过分析SER信号，即可迅速排除控制回路的故障，从而将故障范围锁定为断路器本体故障。日常运行维护中，若断路器监控信号异常，则应重点分析。

2）重点巡视断路器本体储能弹簧、连接部件等结构。日常运行维护中，可通过巡视分合闸弹簧储能压力，分合位指示标志等来判断断路器机械部件运行是否正常。其中，分合位指示标志应重点关注，某变电站HGIS设备合闸不到位，通过观察发现分合闸指示标志不到位从而指示出机械结构的故障。

3）恶劣天气应加强巡视。大雨、雾霾等恶劣天气下，断路器本体运行有可能会出现绝缘支柱闪络、控制箱受潮等现象。运维人员应在恶劣天气来临时，检查一次设备本体和控制柜，防止密封机构出现受潮、进水等现象。

参考文献

[1]曹继丰.高压直流输电现场实用技术问答[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]李建基.高压断路器及其应用[M].北京：中国电力出版社.

[3]王伯翰.高压开关机械故障的监测与诊断［J］.高电压技术，1993，19(6)：30-34.

[4]赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004.

作者简介

石健，男，河南省安阳人，大学本科学历，助理工程师职称，现于中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局从事变电运行工作。