一起断路器跳闸故障的原因分析

一起断路器跳闸故障的原因分析

[摘要]随着微机化的发展，大量电力电子元件在变电站二次系统采用，而电力电子元件抵御过电压的能力相对比较薄弱，特别是雷击过电压对变电站二次系统的影响尤为厉害，因此，变电站从一次设备到二次设备对防雷要求均制定了相关技术标准。但是，变电站受雷击影响，造成设备损伤的事件仍然时有发生，本文就一起雷击引起500kv断路器跳闸的故障进行分析，并提出整改意见。[关键词]变电站二次系统断路器操作箱雷击

0引言

500kv某变电站附近有强烈的雷电现象，500kv线路5012、5013开关跳闸，保护装置无动作记录，调度自动化系统及变电站监控系统无任何报警记录。

1故障初步分析

查5012、5013开关操作箱均有跳闸灯亮，证明5012、5013开关跳闸时正电位从操作箱的4d100的保护三跳回路注入，但亦有可能从4d99的手跳回路注入。因为手跳继电器动作后将起动防跳继电器，其常开接点闭合后将形成分闸自保持回路，直到开关分闸后辅助接点变位才断开分闸回路，当分闸脉冲比开关辅助接点动作时间长时，跳闸信号继电器不能励磁，手跳开关不会点亮操作箱的跳闸灯，如分闸脉冲比开关辅助接点动作时间短时，跳闸信号继电器则会励磁，造成手跳开关也点亮操作箱跳闸灯。这一信息初步证明故障时跳闸脉冲从操作箱的4d99或4d100注入，这一端子排以后的

回路不存在造成误跳开关的脉冲。具体回路如图1：

图1 操作箱回路原理图

5012、5013开关操作箱两组跳闸灯同时点亮，是否证明跳闸i、ii回路同时有跳闸脉冲驱动？经查阅开关操作箱的厂家图发现，当跳闸i或跳闸ii回路任一回路动作时，均可通过防跳继电器的两对常开接点形成跳闸i、ii回路的自保持，造成开关操作箱两组跳闸灯亮，因此此信息不能证明是否跳闸i、ii是否同时有跳闸脉冲驱动。

5012开关操作箱三相跳闸灯亮，而5013开关操作箱只有b、c相跳闸灯亮，证明当时a相开关没有跳闸，而造成这一现象的原因极可能是跳闸故障时操作箱收到的跳闸脉冲太短，刚好在操作箱防跳继电器的动作临界值，而由于继电器动作特性存在一定的差异，导致a相防跳继电器没有动作。这一信息证明故障时5012、5013开关操作箱在故障时收到了一个较短的跳闸脉冲。

查阅该线路主i保护、主ii保护、后备保护、断路器保护、远跳保护、短引线保护、高抗保护以及故障录波系统记录均无保护动作信息及装置异常信息。5012开关三相及5013开关b、c相为同时分闸，5013开关a相经开关本体三相不一致保护动作跳闸。

2故障原因初步分析

根据对故障过程所有信息的综合判断，本次故障的原因有了初步的判断：当该线路避雷线遭雷击后，雷电流在变电站该线路高压场地注入地网，开关场地网与继保室地网之间产生电位差，导致继保

室受到雷电波感应电压的干扰，并侵入部分装置的元器件中，造成5012、5013开关操作箱收到跳闸脉冲而跳开5012、5013开关。跳闸脉冲的来源有两种可能：

第一种可能是跳闸脉冲来自保护装置，虽然保护装置没有受到雷电侵入的迹象，但也不能排除保护装置发出分闸脉冲的可能。

第二种可能是跳闸脉冲来自测控屏，因为该线路线测控屏有大量遥信电缆接入开关场中，将产生较高的感应电压，并侵入测控屏内的元器件中。

而对于以上两种假设，制定以下两种检查、试验方案：

2.1跳闸脉冲来自保护装置

如果是保护装置发出的跳闸脉冲，保护装置将有相关的起动、动作记录，而且每套的动作信号均已接入录波器，而录波器内未发现有任何保护动作记录。因此重点检查该线路相关保护三跳的二次回路进行检查，判断是否有从保护二次回路产生跳闸脉冲的可能。（1）5013开关操作箱部分元件特性测试

将继电保护测试仪调整至输出空接点状态，其接点一端接入+55v 直流电源，另一端接至5013开关手跳回路的出口端子，从9ms~25ms 调整测试仪输出空接点的保持时间，输出不同脉宽的正电源跳闸脉冲，检查5013开关的动作情况。

根据以上试验数据，结合故障时的各种信息，可推断出故障发生时的跳闸脉冲时间为11—12ms。如脉冲时间小于11ms，则开关无法动作，如脉冲时间大于12ms，则导致三相开关同时动作。而脉冲

时间为11—12ms时正好出现b、c相跳闸而a相不跳闸的现象，与故障时一致。可推断出故障时产生的跳闸脉冲宽度正好为11—

12ms。且证明双位置继电器的起动时间较手跳继电器要长。

（2）5011开关操作箱部分元件特性测试

采用与5013开关同样的测试方法可知，5011开关操作箱的手跳继电器可靠动作时间为13—14ms，当跳闸脉冲小于13ms时，开关不能动作。

（3）保护回路检查结果

各套保护至5012、5013断路器保护屏操作箱跳闸出口的电缆均为跳闸回路专用（并无与其他回路共用一条电缆的现象），且为保护室内保护屏间联系的短电缆（各条电缆两端屏蔽层均可靠接地），电缆安放路径不经过高压场地。保护二次回路与跳闸有关的部分均为110v电源，受干扰误发跳闸脉冲的可能性较小。

2.2跳闸脉冲来自测控装置

如跳闸脉冲为测控屏产生，则遥控模块光隔的pn节上串入直流高压脉冲导致出口继电器动作的可能性较大。但当高电压串入该插件时，部分芯片很有可能已损坏，而经厂家检测后确认插件所有元器件正常。这就需要对插件进行高电压串入工作电源的试验。

上述5011、5012、5013操作箱手跳回路特性测试发现：在5011、5012、5013操作箱手跳回路中当有11ms-12ms直流高压脉冲时将导致5012开关3相全跳闸，5013开关b、c相跳闸，双位置继电器动作，与事故现场开关现象一致；当有13ms-14 ms直流高压脉冲时

5011开关跳闸。

根据上述对5011、5012、5013操作箱手跳回路特性测试的结果，制定遥控模块检测方案。

a、在遥控模块出口继电器励磁电源两极（光耦第5管脚与继电器第1管脚）加入15-20ms的直流高压脉冲，并将遥控模块跳闸出口节点接入故障录波监测，试验遥控模块的出口继电器是否动作。

b、在口继电器励磁电源两极（光耦第5管脚与继电器第1管脚）连接一个0.01μf/3kv电容，重复a实验，检测是否可以过滤直流高压脉冲。

遥控模块电路如图2

试验发现在5012开关、5013开关遥控回路光耦的pn结（4，5

两点）上有15-20ms的直流高压脉冲时遥控模块的出口继电器动作，导通控制回路，向操作箱手跳回路发出11ms-12ms的直流高压脉冲，当电压消除后光偶恢复，无器件损坏，所有器件可正常工作。而且5012开关、5013开关遥控模块继电器动作的脉冲电压有离散现象。在口继电器励磁电源两极（光耦第5管脚与继电器第1管脚）连接一个0.01μf/3kv电容，不能过滤直流高压脉冲。

3实验室测试

在disa910测控箱（现场运行设备同型号）装置电源输入端加入不同类型的干扰源，在遥控板+12v，vcc及7407芯片10脚走线用示波器观察所产生的信号，遥控板电路如下：

3.1电快速瞬变脉冲群抗扰度实验