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变电站隔离开关误动隐患分析及处理——以宁夏石嘴山市某220 kV变电站为例

更新时间:2016-07-05

0 引言

电力系统在生产和生活过程中发挥着重要的作用,变电站是电力供应的设施之一,是改变电压的场所[1]。变电站是维持整个电网正常运行的基础,必须引起相关调试人员足够的重视,切实做好调试工作,保证变电站调试工作高效完成,为电力的安全稳定发展提供源源不断的电力资源。本文以宁夏石嘴山市某220 kV变电站为例,分析变电站隔离开关误动产生的原因及隐患的处理方法。

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1 隐患描述

宁夏石嘴山市某220 kV新建变电站进入到最后的投运阶段,运行人员在送变电调试人员的配合下进行220 kV GIS所有设备的检查及遥控工作。当操作人员从冷备状态到热备到运行状态再到冷备的操作过程出现了误动现象,即:40226-1B隔离开关合位、40226-3隔离开关合位、40226断路器合位情况下,进行40226断路器分闸操作时发生40226-1B隔离开关分闸误动。

2 隐患原因分析

边断路器40226在遥控分闸时出现40226-1B隔离开关同时分闸的误动现象。隐患发生后,进行隐患分析及排查,对此隐患提出以下可能性原因:(1)二次遥控回路存在问题[2];(2)二次回路存在寄生回路;(3)其他可能性问题。

2.1 二次遥控回路存在问题排查

隐患发生是在遥分40226断路器的过程中40226-1B隔离刀闸同时分闸,因此,首先排查二次遥控断路器回路与40226-1B隔离刀闸的遥控回路是否有连接关系。遥控回路存在问题可能性分为:(1) SCD遥控虚端子勾线错误; (2)断路器遥控分闸回路与隔离刀闸分闸回路有连接点。

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对智能变电站系统集成厂家的40226间隔SCD遥控虚端子的检查,并未发现SCD遥控虚端子勾错位置的错误,因此排除了遥控回路原因(1)的可能性。

同时也暴露出部分厂家生产的接触器以及继电器存在抗干扰能力不足及稳定性较差的缺陷。

图1 刀闸遥控输出节点图

图2 刀闸遥控原理图

2.2 二次回路存在寄生回路排查

分析SCD遥控虚端子勾线,未发现存在错勾现象,断路器遥控分闸回路与隔离刀闸分闸回路没有错接现象,因此提出可能二次回路存在寄生回路的推测,通过实际测量发现在不做任何操作的过程时,图2中圈出的地方存在感应电压。图3所示40226-1B隔离开关远方分闸回路中存在2处短接线,分别是X2-17到X1-2和X1-2到1- 4C2D3。短接线走线路径如图3a所示。

图3 汇控柜内实际接线图

图3a中连接线为X1-2到1- 4C2D3,另一连接线为X2-17到X1-2均有58.3 V的交流电压,因此推测有:(1)存在交直流串电现象;(2)二次回路中存在绝缘破损现象。

对存在交直流串电现象的推测进行验证分析,通过交直流隔离进行验证是否存在串电现象。按照断路器直流控制电源、直流信号电源、交流控制电源、刀闸交流控制电源、断路器单相储能电源等的顺序依次断开,监测测量点的电压变化情况。当断开所有直流电源时,监测的交流电源没有任何变化,当依次断开交流电源时,发现监测电压逐渐减小,当最终断开所有的交直流空开时测量点的电压变为零。从而得出结论,二次回路中不存在交直流串电现象[3],测量点的电压是通过感应而产生的。由于智能控制柜内交流电缆和直流电缆未分开,而且屏柜内部的接线未通完整电缆而是屏间短接线连接,因此不能像电缆做屏蔽接地措施来避免交流感应电,从而导致产生了交流感应电现象,否定了推测存在交直流串电现象。

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因此,判断 40226-1B刀闸误动的原因是40226断路器分闸时强烈震动所引起的。40226-1B刀闸处于GIS的最东面,以及六盘山变电站12月份天气寒冷,地面热胀冷缩现象严重,当40226断路器分闸时,ZJ2接触器震动吸合导致ZJ2接触器自保持接点瞬间闭合,自保持回路电流直接使得ZJ2接触器吸合,而因刀闸三相保持回路是并联接在一起,所以当ZJ2任意一相吸合时三相同时吸合导致40226-1B刀闸三相同时分闸动作。

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图4 隔离刀闸机构内部原理图

2.3 其他可能性问题排查

绝缘破损实际验证不存在,得出二次回路均无任何错线和寄生回路现象[4],相关装置和元器件均正常,以及二次回路绝缘均正常的结论。隐患原因再一次分析,能引发隔离刀闸分闸动作的根本性原因就是接触器ZJ2吸合,如果ZJ2无法吸合,那么隔离刀闸是不会动作的,已经排除回路问题,那么导致ZJ2吸合的直接原因就只有外力。

此隐患暴露出新东北一次设备厂家在部分回路的设计及二次元件,如:接触器、继电器等受外力及震动影响较大的元件的安放位置未设计合理,原设计将所有刀闸分、合闸接触器均安放在结构端子箱,优点是节省了电缆,但却直接存在带负荷拉刀闸的严重电网安全隐患。

⑤防浪墙变形缝。为避免防浪墙因温度应力或坝体不均匀沉降而产生裂缝,沿其长度方向每隔15m设一道变形缝,变形缝位置与面板接缝错开,缝内设一道橡胶止水带。

对二次回路中存在的绝缘破损推测进行分析,发现感应电压是存在的,对隐患进行假设分析,假设:由于电缆的所有端子排处均存在交流感应电压,而刀闸控制回路也是交流控制回路,如图4所示。如果隔离刀闸A,B,C三相任何一相控制回路中如图4中矩形框的任意部位有绝缘破损接地现象(之所以推测是因为之前发生过刀闸机构壳体过于锋利导致控制回路电缆接地的隐患)时,都会引起隔离刀闸分闸接触器ZJ2之间形成30~50 V的交流电势差,这样接触器ZJ2一直处于得电半吸合状态,加上40226断路器分闸时震动十分剧烈,导致接触器ZJ2彻底吸合,ZJ2接入电机控制回路的节点如图4中圈出的位置吸合,最终显现出在分40226断路器的同时,40226-1B隔离刀闸同时三相分闸的现象。

3 隐患处理

将所有40226-1B刀闸控制回路外部线全部打开,只保留自保持回路的电源,实际操作断路器,这时刀闸仍然误动,而六盘山220 kV变电站220 kV侧采用的是3/2 GIS接线,刀闸控制接触器均在机构内部端子箱内,端子箱与一次设备依靠在一起紧密接触,于是将机构内部端子箱打开再次进行实际模拟,发现在分40226断路器的时候,断路器分闸的力量十分剧烈,与之相连接的地方均有共振现象,40226-1B刀闸机构端子箱震动十分剧烈。

对原因(2)进行分析,如图1图2所示,采用了推理法进行测试。假定断路器遥控分闸回路与隔离刀闸分闸回路有连接点,如果遥分断路器时,图2方框标注的地方为隔离刀闸手分遥分必须经过的回路节点。用万用表使用交流电压档进行监测,实际模拟40226断路器跳闸,监测此点是否瞬间带电。通过监测发现,此点在不做任何操作时,有30~50 V之间的电压;遥分断路器的过程中,瞬间电压变为58 V左右,接触器的工作电压为220 V,因此不具备动作的电压条件,因此排除了二次遥控回路存在问题(2)的可能性。

对图4中的矩形方框区域以及刀闸控制回路均进行绝缘测试,得出二次回路对地绝缘测试均正,对地电阻65MΩ。得出绝缘破损实际不存在。

针对此隐患提出以下2个处理方式。

3.1 更改接触器安装位置

将机构端子箱内的接触器由原来的东西方向安置更改为上下方式安置后,进行实际测试,发现问题变得更加严重。由原来的一个间隔变为更改后的多个间隔的刀闸均存在断路器分闸时刀闸同时由分到合、由合到分的现象,此方案在被否定。

3.2 将所有接触器由机构端子箱移至户外智能控制柜内

将原有机构端子箱内的接触器全部移至到各个间隔智能控制柜内,将所有的接触器移至智能控制柜时,分合闸接触器相关电缆均更改走向,更改结束后通过大量的试验均未产生刀闸误动现象。

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4 结论

通过设计更改后的方案,经过多次试验验证,隐患再未发生,虽更改后增加了电缆的长度和成本,但从后期运行维护,还是从带负荷拉刀闸的安全隐患上考虑均利大于弊[5]。通过此方案更改后,通过大量的实际分合试验均未出现刀闸误动现象,最终将隐患从根本上解决。

参考文献

[1] 刘家澄.电力安全管理的三项职能[J].电力安全技术,2005(1):32-35.

[2] 高翔.智能变电站技术[M].北京:中国电力出版社,2012.

[3]刘兆林.2011年华东电网高压开关设备运行情沉分析[J].华东电力,2012(10):34-37.

[4]盛明学.户外高压隔离开关常见故障的原因分析与处理[J].高压电器,2010(10): 25-26.

[5]施文耀.配用弹簧液压机构的SF6断路器[M].西安: 西安高压电器研究院有限责任公司,2007.

任国康
《北京工业职业技术学院学报》2018年第2期文献

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