电力系统中开关二次重合现象分析

徐文成

(吴桥县电力局 输变电工区，河北 沧州 061800)

电力系统发生的故障大多属于暂时性故障，如树枝落在导线上引起的短路，大雾、雷雨引起的绝缘子表面闪落，通过鸟类的身体放电等。发生这类故障时，若继电保护能迅速断开电源，则故障点的电弧即可熄灭，绝缘即可恢复，故障随之自行消除。因此自动重合闸在高压输电线路上得到了极其广泛的应用。这对于提高供电的可靠性会带来极大的好处。但是，当自动重合闸动作，重合于永久性故障时，电力系统将再次受到短路电流的冲击，可能会引起电力系统振荡。继电保护应再次动作，使开关断开。开关在短时间内连续2次切断短路电流，这就恶化了开关的工作条件。根据实际情况的种种需要，同时考虑到运行的经验，对输电线路的自动重合闸，其中很重要的一点，就是“不允许多次重合”。即当重合闸动作，重合于永久性故障，开关再次跳开时，就不应再重合。因为，如果重合闸多次重合于永久性故障，将使系统多次遭受冲击，同时可能损坏开关，从而扩大事故。常规重合闸为防止两次重合，都用一个电容器构成一次合闸脉冲元件，电容器有一个15 s左右的充电时间。微机保护在采样中断服务程序中，设置了一个计数器，每次中断计数器加1，以此模拟一次合闸脉冲元件的电容器放电。桑园196线路发生永久性故障，出现了开关在跳开、重合又加速跳开后二次重合现象。

1 当时运行方式及事故经过

2010年7月13日18时55分46秒，桑园196线路发生永久性故障，LFP-941保护零序I段、接地阻抗I段动作出口，切除故障后，重合闸动作，在故障后约2 s，196线路遭遇第二次故障，此时保护装置还处于后加速“后记忆”时间内，196开关加速跳开，以上动作全部正确。在开关加速跳开后，压力降至合闸闭锁，196控制盘上红绿灯都不亮。经值班员检查，打压直流电源保险松动，使机构油泵电机失去电源。20时47分，恢复保险，压力打至正常压力，准备试送。在压力恢复正常的同时，196意外的合上，线路恢复运行。

故障时一次系统运行方式：110 kV的I，II母并列运行，196开关上110 kV的II母运行。

二次相关压板投入情况：196线路保护跳闸压板投入，重合闸出口压板投入。

2 现场信号及有关数据

微机保护报告1显示：故障发生在18时55分46秒，发生后B相单相接地故障，L01、Z1保护出口，888 ms重合闸出口，2 261 ms后加速出口，故障电流消失。

微机保护报告2显示：在20时47分53秒重合闸第二次出口。

3 原因分析

针对这一不正常的现象，我们进行了认真的检查和分析。具体实验方法是：首先将开关机构压力打至正常值，断开机构打压回路电源。用试验台模拟线路永久性故障情况，保护装置带开关传动。使开关在跳开，重合又加速跳开后，机构压力下降到闭锁合闸的压力值。此时跳闸回路、合闸回路均断开，控制屏上的红、绿灯都不亮。重新给上机构打压回路电源，经过一段时间，使机构压力恢复到正常值。当压力达到满足合闸的压力值时，合闸回路接通，重合闸再次动作，开关发生二次重合。

根据以上试验中出现的情况，我们分析认为：

1)开关能二次重合，说明开关加速跳开后的外部实际条件满足了重合闸充电的3个条件：①控制把手在合后位置。②跳闸位置继电器TW J的开接点没有闭合。③外部没有其他闭锁重合闸的开关量接入。

2)开关加速跳开后，若TW J动作，其常开接点可靠闭合，使得保护装置内的开关量TW J=1，此时重合闸应该无法充电，开关不会出现二次重合现象。

图1 控制回路图

3)由于在实际情况中，重合闸在开关加速跳开后确实能够充电良好，这一点可以说明回路存在缺陷(如图1所示)，导致在开关加速跳开后，实际条件满足了重合闸充电的条件。

4)由于此时开关的控制把手还在合后位置，同时外部没有其他闭锁重合闸的开关量接入，所以跳闸位置继电器 TW J接点必然没有闭合。

基于以上的分析，在仔细校验了跳闸位置继电器后，发现此继电器动作良好，接点闭合情况良好。所以此时判断重合闸二次充电，是因为开关加速跳开后TW J未能正常带电动作造成的。我们又一次认真核对了故障当时外围回路的实际情况：①故障发生后，运行值班人员一直未复归控制盘上的开关把手，使得KK在合后位置；②故障前，开关机构的打压保险松动，压力处于较低的数值，导致故障跳闸时压力降至合闸闭锁，不对应启动重合闸位置接点，采用的是跳闸位置继电器常开接点，开关在加速跳开后，由于机构压力达到闭锁合闸压力，此时合闸回路并未接通，跳闸位置继电器未动作，使得TW J开接点没有闭合；③压力闭锁回路未设计，使得HYJ开接点没有闭合。

基于故障时的实际情况满足了LFP-941保护装置的重合闸充电条件，并且时间持续了近2 h。运行人员恢复保险，机构压力值由闭锁合闸压力值上升到允许合闸压力值这个过程所用时间远远大于重合闸充电时间20 s，在开关机构压力恢复正常前重合闸已经充好了电。

在压力恢复正常的同时，合闸回路接通(开关在分位)。实际情况满足了重合闸不对应启动的条件：①开关把手在合后位置；②TW J动作(开关在分闸位置)。

以上条件满足了LFP-941装置的重合闸不对应启动的动作条件，造成开关意外合上。

4 解决方法

1)原设计中无专门压力闭锁重合闸回路，利用机构内压力接点5CK启动中间继电器，延时200 ms闭锁重合闸，如图1所示。该回路正常工作。可以断定该回路在压力降至分闸闭锁时能有效起作用，使重合闸放电。

2)在不对应启动重合闸回路中，在原来跳闸位置继电器常开接点两端并上开关辅助接点。从而使不对应启动回路不受机构压力限制。真正做到了开关与控制把手不对应时可靠启动。

5 防范措施

1)提醒运行值班人员养成开关跳闸后首先复归把手的习惯。这是运行事故处理的常识。

2)值班员加强对全站各种保险的重视程度，不能只重视控制、保护、交流电压保险而忽视其它保险。

3)重视压力闭锁重合闸回路，5CK接点随清扫预试定期传动。

[1]李晓明.现代高压电网继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]河北省电力设计院.110 kV 线路保护控制图[Z].石家庄：河北省电力设计院，2000.

[3]沈诗佳.电力系统继电保护及二次回路[M].北京：中国电力出版社，2007.