电压互感器反充电故障分析及预防措施

时间：2024-07-28

张富超,张世强,芮建勋,顾笑明,王延伸

(河北省送变电有限公司,河北石家庄 050051)

0 引言

电压互感器[12]是变电站、发电厂中必不可少的电力设备,它的主要作用是将一次高电压按一定比例降为二次低电压,为站内保护装置、测量装置、计量装置等二次设备提供电压信息,同时起到隔离一次高压设备与二次设备,保证人身和设备安全的作用。工程现场发生的电压互感器故障多是由于运行中的电压互感器二次侧向不带电的一次侧反充电造成的。电压互感器反充电[36]可能会导致运行中的电压互感器二次空气断路器跳闸或熔断器熔断,使采集电压的保护装置失去电压,从而很可能引起相关保护装置的误动;如果电压互感器二次空气断路器没有跳开,还可能损害设备或危及人身安全。因此分析电压互感器反充电故障原因并提出有效的预防措施具有重要的意义。

结合一起典型误合二次电压并列开关造成电压互感器反充电故障,通过分析后台监控机报警信息、故障波形图以及二次电压并列回路,找出造成电压互感器反充电故障的原因,并提出有效措施预防反充电故障的发生。

1 二次电压并列回路

电压互感器的二次侧电压用于保护、测量等装置使用,当某段母线上电压互感器检修或退出运行时,使用该段母线电压互感器二次电压的保护、测量、计量等装置仍需要运行,此时,需将电压互感器二次电压并列,实现该段母线上的运行设备从另一段母线上正在运行的电压互感器获取电压的目的[7-8]。

NSR-383T-A6电压并列装置的电压并列回路原理如图1所示,1G 为I号母线电压互感器隔离开关常开辅助触点,2G 为II号母线电压互感器隔离开关常开辅助触点,MLDL 为母联断路器常开辅助触点,1GL 为母联间隔I号母线隔离开关常开辅助触点,2GL 为母联间隔II号母线隔离开关常开辅助触点。

图1 电压并列直流回路原理示意

当母联间隔I号母线隔离开关、II号母线隔离开关合位、母联断路器合位即I号母线与II号母线并列运行时,其隔离开关辅助动合触点1GL、2GL、MLDL闭合,此时将并列开关1-7QK 置于手动并列位置,其⑤、⑥触点闭合,双位置磁保持继电器5ZJ8绕组励磁,其对应的动合触点5ZJ8闭合,继而使电压保持继电器5ZJ1-5ZJ6励磁,相应动合触点闭合,从而实现I号母线电压和II号母线电压的并列。将并列开关1-7QK 置于手动解列位置,3、4触点闭合,双位置磁保持继电器5ZJ8绕组失磁,其对应的动合触点5ZJ8打开,从而实现I号母线电压和Ⅱ号母线电压的解列。将并列开关1-7QK 置于遥控位置,其1、2触点闭合,用于实现远方电压并列,但现场一般不用此功能,如果需要实现电压并列功能要求就地手动操作。

如图2所示,以A 相电压为例,当II号母线电压互感器2YH 检修或退出运行,I号母线电压互感器1YH 运行时,由II号母线电压互感器提供二次电压的保护、测量装置如仍需要运行,此时,需进行电压并列操作。I号母线电压互感器1YH运行,电压重动回路中的I号母线隔离开关常开触点闭合,电压保持继电器4ZJ1-4ZJ4励磁,触点4ZJ1-1闭合;II号母线电压互感器2YH 检修或退出运行,电压重动回路中的II号母线隔离开关常开触点断开,电压保持继电器4ZJ5-4ZJ8失磁,触点4ZJ5-1断开。此时合母联间隔I号母线隔离开关1GL、II号母线隔离开关2GL、母联断路器MLDL,实现一次母线,I号母线与II号母线并列运行,然后操作人员将并列开关1-7QK 置于手动并列位置,触点5ZJ1-1闭合,则I号母线A相电压经1YHA/1YHa/1ZKKa/4ZJ1-1/5ZJ1-1/2YMa,使II号母线二次电压小母线2YMa带电,以供II号母线保护、测量、计量等运行装置二次电压。

图2 电压并列交流回路原理示意

2 电压互感器反充电故障

某500 k V 新建变电站在投运过程中,进行220 k V 母联212转冷备用操作时,IA 号母线、IIA号母线电压互感器端子箱、电压二次空气断路器全部跳闸,造成220 k V 电压等级二次设备失压,保护装置电压互感器断线报警。

2.1 故障前情况

故障发生前,该站的运行方式如下。

1)主变压器设备区:4号主变压器500 k V 侧套管至电压互感器之间引线打开,220 k V 侧204断路器间隔运行,4号主变压器66 k V 侧运行;2号主变压器500 k V 侧套管至电压互感器之间引线打开,220 k V 侧202断路器间隔冷备用,2号主变压器66 k V 侧冷备用。

2)500 k V 设备区:500 k V 所有设备间隔均处于冷备用状态。

3)220 k V 设备区:IA、IIA、IB、IIB 母线并列运行,出线256 在IA 号母线运行,204 断路器在IIB号母线运行。

4)66 k V 设备区:4 号主变压器66 k V 侧运行,66 k V IIB号母线电压互感器运行。

5)直流系统:1号充电机带直流I段母线运行及1组蓄电池运行,2号充电机带直流II段母线及2组蓄电池运行,3号充电机热备用;系统运行正常,简化电气主接线如图3所示。

图3 电气主接线示意

2.2 故障经过

2020年8月27日,该变电站执行“某变压器220 k V侧投切2号主变压器试验”阶段的第一步“220 k V IIA号母线由运行转冷备用”,3时19分接相关电力调度控制中心调令,当3时59分断开220 k V IA、IIA号母线母联212断路器时,监控发现220 k V IA号母线电压消失、220 k V 256出线间隔电压互感器断线,该线路两套保护装置运行异常。

2.3 故障处置措施

1)监控发现异常后,立即暂停操作,与现场操作人员联系,经过现场人员检查发现220 k V IA号母线、220 k V IIA 号母线电压互感器二次空气断路器发生跳闸,4时14分值班长将该情况汇至调度控制中心与地方供电局局调。

2)4时31分,现场调试人员试合IA号母线电压互感器二次空气断路器,220 k V IIA号母线电压恢复正常(IIA号母线由于224、212断路器在断开位置,处于无电状态,二次电压同样处于无电状态)。

2.4 故障原因分析

查看监控后台告警信息发现,断开212母联断路器后,公用测控装置上送“IA/IIA号母线电压并列复归”报警信号,继续查找更早的报警记录发现,在进行合212母联断路器操作时,测控装置曾上送过“IA/IIA号母线电压并列”报警信号,初步怀疑故障发生前,电压二次回路一直处于并列状态。

分析故障录波装置记录的故障波形,如图4所示,图4中实线截取的是212母联断路器断开时刻,虚线截取的是212母联断路器辅助触点变位时刻。进一步分析该图发现:当断开断路器212时,IIA 号母线三相电压消失,说明IA 号母线和IIA 号母线分列运行,一次主接线不再满足并列条件,观察此时的212母联断路器分位开关量还未变位,说明212母联断路器辅助触点还没有转换到位,即在分开断路器212的瞬间二次回路仍保持并列条件,二次设备触点变位滞后于一次设备状态转换,从而发生电压互感器二次侧向不带电的一次侧反充电故障。

图4 故障录波装置记录的故障波形

现场查看电压并列开关处于“遥控并列”位置,但这并不能真实反映二次电压回路的真实状态,需结合电压并列回路原理图(图1),利用万用表在电压并列屏屏后测量电压并列回路中的1-7QD6端子电位为-115 V,而不是0 V,说明5ZJ8触点处于导通状态,进一步证明二次回路确实一直处于并列状态。

综上所述,该故障发生的原因是:将并列开关1-7QK 置于手动并列位置后,继电器5ZJ8动作绕组励磁,其动合触点5ZJ8闭合,然后将并列开关1-7QK 置回中间位置即遥控并列位置,此时由于5ZJ8为双位置磁保持继电器,动合触点5ZJ8仍是闭合状态。当IA、IIA 号母线并列运行时,即母联断路器212、1GL、2GL均在合位,此时电压并列回路导通,实现了IA、IIA 号母线二次电压的并列。当执行“220 k V 侧投切2号主变压器试验”阶段的第一步“220 k V 2号母线由运行转冷备用”操作后,分开220 k V IA、IIA 号母线母联212断路器,IIA 号母线三相电压消失,即IIA 号母线电压互感器一次绕组失电,但是串联于IA、IIA 号母线二次电压并列回路中的MLDL 触点还没有转换到位,仍是导通状态,此时,IA 号母线二次电压将通过IA、IIA 号母线二次电压并列回路使IIA号母线电压互感器二次绕组继续带电,继而反送到一次绕组,产生较大的短路电流[9],导致电压二次空气断路器跳闸。