一起500kV接地刀闸自动合闸事件的分析及防范措施

一起500kV接地刀闸自动合闸事件的分析及防范措施

张华东彭斌李书清何凯

国网湖南省电力公司检修公司湖南长沙410015

摘要：在电力系统中高压电气设备进行检修前，为了保证检修人员安全，都要在可能来电的检修设备各侧合上接地刀闸（或挂接地线）。接地刀闸（接地线）在设备停运（检修）时投入，在设备投入运行（送电）前拉开；带接地刀闸（或接地线）送电、带电合接地刀闸（或挂接地线）是电力系统中最严重的恶性责任事故，严重威胁人身和设备安全。因此，电力系统高压设备采用了完善的防误操作措施，来确保接地刀闸和接地线的安全管理，如微机防误、机械闭锁、电气闭锁等。某500kV变电站近期发生过一次接地刀闸自动合闸的事件，引起笔者的思考，对其原因进行了分析，并提出了防范和改进措施。

关键词：接地刀闸、恶性责任事故、防误操作、自动合闸、防范措施

1、事件经过及回顾

某站500kV一次设备采用HGIS（HybridGasInsulatedSwitchgear）组合电气设备，即母线不包括在内的气体绝缘金属封闭开关设备（组合电器），由断路器、隔离开关、接地开关、CT等元件直接联到一起，并全部封闭在接地的金属外壳内，内部充以一定压力的SF6气体作为绝缘和灭弧介质，其优点是母线不装于SF6气室，是外露的，接线清晰、简洁、紧凑，安装及维护检修方便，运行可靠性高。由于GIS设备自身结构的原因，隔离开关与接地刀闸之间无法实现机械闭锁，除了微机防误，其他的防误操作措施主要靠电气防误闭锁实现。该站近期进行了#2主变扩建，在投产送电期间发生了502217接地刀闸自动合闸。新扩建的#2主变相关一次设备接线图如下所示：

图2：综自后台显示的502217接地刀闸自动合闸报文

2、事件原因查找

由于接地刀闸的电气联锁回路只受相邻的隔离开关控制，相互联锁关系如表1所示，与5022断路器分合闸并无直接电气联系，因此，难以解释5022断路器分闸会导致502217接地刀闸自动合闸。现场人员通过故障还原方法再次重现了502217接地刀闸自动合闸的情况。

表1：5022间隔电气元件的电气联锁关系表

现场将502217接地刀闸拉开，合上5022断路器，对其进行多次分合闸，试验结果如下：

1、第一次手动拉开5022断路器，502217接地刀闸未动作；第二次手动拉开5022断路器，502217接地刀闸自动合闸；

2、模拟5022断路器的防跳试验，由保护动作发出三相跳闸命令，当5022断路器分闸之后，502217接地刀闸立即自动合闸；

3、对5022断路器进行分相分闸试验，当A相、C相分闸时，502217接地刀闸不动作，B相分闸时502217接地刀闸会自动合闸。

4、将502217接地刀闸电机电源或控制电源任一拉开，进行5022断路器分闸试验，502217接地刀闸不动作；

尽管重现了接地刀闸自动合闸的现象，但各种试验结果让该事件原因仍显得扑朔迷离，检修人员进一步对502217接地刀闸电机和控制回路进行分析和检测。本期新扩建的500kVHGIS设备型号为ZHW-550，生产厂家为新东北电气集团高压开关有限公司，隔离开关及接地刀闸机构箱与GIS设备本体相连，其电机、控制回路（分合闸线圈）均安装在本体机构箱内，如图3所示。

图35022间隔本体机构箱图

502217接地刀闸机构分合闸控制回路图如图4所示：

图4：502217接地刀闸机构电机及控制回路图

将502217接地刀闸电机电源拉开，在5022断路器分闸时，在断路器汇控柜内对502217合闸回路X3-13端子进行电位监视，发现该端子出现电位，说明合闸控制回路接通，进而502217合闸，怀疑ZJ1常开接点（54、55）接点因5022断路器分闸震动而自动闭合，控制电源走向如图4红色箭头所示，检修人员进而爬上机构本体上对该接点进行检测，发现5022断路器分闸时该接点确实自动闭合，且机构震动非常大。

3、原因分析

至此，502217接地刀闸自动合闸问题终于找到了根源：502217接地刀闸能够合闸应满足两个条件，一是502217联锁条件满足，二是合闸回路必须导通，当5022断路器处于冷备用状态即50221、50222隔离开关为分闸位置时，502217接地刀闸动作的联锁条件满足，当5022断路器分闸时，由于断路器及HGIS机构震动较大，造成502217接地刀闸B相合闸线圈中合闸保持接点ZJ1（53、54）自动闭合，控制电源经由JP1：15端子到ZJ1（53、54）到S1（27、28）到ZJ1合闸线圈，使合闸线圈励磁，从而启动502217接地刀闸电机回路，导致502217接地刀闸B相自动合闸，如上图4所示；

与此同时，控制电源通过ZJ1（53、54）经由常闭的ZJ2（61、62）到达JP1：13端子，从而使得5022断路器汇控柜内A相（X3-13）、C相（X3-53）合闸回路接通了控制电源，导致502217接地刀闸A、C相自动合闸，如图5所示：

图5：502217接地刀闸三相合闸回路导通图

由于502217接地刀闸B相机构内继电器接点松动，B相机构分闸引起的震动对其影响最大，而A、C相与B相隔有一段距离，对B相的震动较小，所以单独对5022断路器进行A、C相分闸时，502217接地刀闸不动作。因为机构的震动导致合闸控制回路导通，而又由于震动的不确定性，并不是5022断路器每次分闸都会导致继电器接点ZJ1（54、55）闭合，导致部分试验结果具有偶然因素（如有时5022断路器分闸时，502217接地刀闸未自动合闸），容易混淆对故障原因的正常判断。

4、改进及防范措施

（1）对502217接地刀闸B相机构箱内控制回路中的ZJ1（53、54）常开接点松动是本次异常出现的直接原因，因此必须对其进行更换，现场将其更换为另一对正常接点后再对5022断路器进行多次分闸试验，再未出现502217接地刀闸自动合闸的现象。

（2）现场并不能完全确认该类型的继电器触点是否还会在机构分合闸震动时自动闭合，因此在设备运行时将#2主变间隔所有GIS设备相关隔离开关和接地刀闸的电机电源、控制电源拉开，只有在进行停送电倒闸操作时才合上，操作完成后及时断开，防止误动。

（3）要求生产厂家对该类型的刀闸机构操作回路进行改造，将隔离开关、接地刀闸分合闸回路及分合闸线圈移至断路器汇控柜内，降低机构本体震动造成的影响。该站一期500kV组合设备的刀闸操作回路即是如此，一方面可增强可靠性，另一方面便于二次回路的维护与检修。

（4）考虑接地刀闸只有在断路器或线路转检修时才会合上，如果拒动，可以对其进行检修，不会造成较大影响，而如果运行时误动则会造成非常严重的后果，因此在设计时可将操作回路接点改为两幅接点串接，降低误动的可能。

5、结语

断路器分闸时机构本体震动造成接地刀闸自动合闸，该问题具有较强的隐蔽性和不可预见性，验收时较难模拟。一是因为断路器不闭锁接地刀闸分合操作，故一般验收接地刀闸联锁回路时仅改变隔离开关的位置进行测试；二是正常倒闸操作顺序不会造成该异常发生，送电期间5022断路器故障跳闸时，502217接地刀闸未自动合闸；三是要模拟该异常情况，需5022间隔测控装置信号回路完好、接地刀闸电机控制电源正常合上、接地刀闸在分位、隔离开关等外部联锁条件无闭锁等多个条件同时满足，在实际进行的验收项目中很少开展针对该异常是否存在的专项验收；因此在设备订货时，要求厂家将一次设备操作回路置于断路器汇控柜内而非机构箱内才能从源头上避免机构震动造成设备误动。

参考文献

[1]张全元.变电运行现场技术问答，北京，中国电力出版社，2009年2版

[2]林惊涛，杨晓俊，庄凌凌，500kVHGIS的特点及应用，《云南电业》，2006，（10）

[3]雷兵，夏拥，500kVHGIS隔离开关控制回路设计变更浅析，《高压电器》，2009，45（1）：107-108