摘要：本文对灵宝换流站断路器分闸故障发生时的现象、故障的处理及进行详细介绍，通过分闸时保护动作信息对故障原因进行分析，提出事故处理措施及改进建议，并总结事故处理经验，对换流站高压断路器现场运行维护具有一定指导意义。
关键词：高压断路器；换流站；故障；保护；非全相运行
1前言
高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备，概括地讲，高压断路器起着两方面的重要作用：第一，控制作用，根据电网运行需要，用高压断路器把一部分电力设备或线路投入或退出运行。第二，保护作用，还可以在电力线路或设备发生故障时将故障部分从电网快速切除，保证电网中的无故障部分正常运行。总之，高压断路器能够开断、关合及承载运行线路的正常电流，也能在规定时间内承载、关合及开断规定的异常电流，如过载电流和短路电流[1]。
发生故障的某换流站高压断路器所连负载为并联电容器，并联电容器为换流站内换流阀运行提供容性无功，该组电容器容量为36Mvar。该换流站内高压断路器所连负载分为交流滤波器、并联电容器、高压电抗器，直流控制保护系统根据直流功率大小自动投切站内高压断路器[2]。
本文通过分析此起断路器分闸故障情况，进一步加深对换流站内高压断路器的认识，并提出了相应的对策以避免同类故障再次发生，也对后期的现场检修工作有着很好的借鉴作用。
2 故障概述
2015年6月19日，某换流站单元Ⅰ在功率调节过程中，无功自动投入3602SC并联电容器后，3602断路器A、C相跳开，B相扔保持合闸状态，后台显示3602断路器状态为黄色（状态不明），后台相继报出零序过流Ⅲ段保护动作告警事件，08时36分，运维人员紧急赶往现场就地按下分闸线圈操作杆后将B相断路器断开。
表1 OWS事件记录
该换流站南瑞OWS出现3602保护跳闸事件后，现场检查发现3602电容器保护装置1、2均动作，动作原因”零序过流Ⅲ段动作”、”零序过流Ⅱ段动作”，330kV#1M母线差动保护1、2失灵开入；同时，3602断路器A相、C相处于分闸位置，B相处于合闸位置，三相油压、SF6气体压力均在正常状态，汇控柜内继电器均未动作。
断路器转检修后，检查发现3602断路器B相辅助开关Q1传动轴脱焊（图1～图3），辅助开关与操作杆连接脱落，辅助开关Q1位置接点用于断路器操作回路，Q1位置无法转换后导致断路器分闸操作回路失效，远方/就地无法进行断路器分闸操作。同时非全相继电器闭合后信号接点闭合导通不良，导致”非全相保护跳闸”信号无法在OWS上正常报出。
图1 故障相断路器Q1连接轴断裂 图2 正常相断路器Q1连接轴
图3 脱落的连接轴 图4 分闸回路原理图
3 基本原理介绍
3.1断路器分闸原理
二次回路：在分闸回路畅通的条件下，分闸线圈接收到分闸命令后励磁，带动分闸一级阀动作，，实现断路器分闸，同时活塞杆带动辅助开关动作，上报位置信号，分闸二次回路原理图见图4[3]。
液压机构：分闸电磁铁动作后，打开分闸一级阀的阀口，分闸放大阀右端失压。工作缸下部原有的高压油与低压油箱连通，压力降为零。这样，工作缸活塞在上部高压作用下向下运动，实现分闸。工作缸活塞下部压力降为零的同时，信号缸活塞左端压力也降为零，活塞在右端常高压推动下向左运动，带动辅助开关转换，切断分闸命令，合闸回路接通[4]。
3.2断路器三相不一致保护原理
为防止因断路器三相位置不一致，导致的断路器误动或拒动事故，断路器采用本体三相位置不一致保护。断路器本体三相位置不一致保护的接线是将A、B、C三相的常开、常闭辅助接点分别并联后再串联，然后起动一个延时时间继电器（该继电器动作电压应大于50%额定电压、小于70%额定电压），当断路器出现三相位置不一致时，经过时间延时，动作起动出口中间继电器，并跳开三相断路器。断路器三相不一致保护原理接线图见图5。
图5 断路器三相不一致保护原理接线图
4故障分析
4.1故障时基本情况
6月19日07时58分，该换流站单元Ⅰ按计划完成功率上升至350MW，08：01：17时无功控制自动投入3602SC电容器，后台报出控制回路断线信号且一直未恢复，2.807秒后3602断路器A、C相分闸，该断路器于年度检修期间进行特性试验合格，投入运行后已进行分合闸操作，均未发现异常。08：01：27时无功自动投入3601SC电容器。
故障录波图显示（图6、图7），3602断路器三相合闸正常，三相电流基本一致，电容器不平衡电流均在正常范围内，一次设备运行正常。
图6 3602断路器合闸录波图
图7 3602 C1电容器不平衡电流
4.2非全相保护动作分析
08：01：17：530，3602断路器合闸瞬间，B相辅助接点Q1传动轴脱焊，辅助断路器Q1接点信号未转换，仍保持在分闸位置，同时A、C相位置已转换到合闸位置，断路器三相位置不一致，导致断路器本体非全相保护动作发出3相跳闸指令，08：01：20：337A、C相正常断开（图8），保护动作正确。由于B相辅助接点仍处于分闸位置，导致B相断路器操作回路处于断开（失效）状态，因此期间后台一直存在”控制回路断线”信号，最终造成3602断路器B相分闸故障。
图8 3602断路器非全相运行
4.3 零序过流保护动作分析
录波图（图9）表明，08：01：20非全相保护将A、C相断路器跳开后，B相仍维持在合闸位置，此时B相负荷电流即为零序电流，其值达到0.31A，达到电容器零序保护Ⅱ段（0.16A，延时6s跳闸）、Ⅲ段（0.24A，延时6s跳闸）动作条件，保护于08：01：26：410跳闸，同时向母线保护开出失灵信号，保护动作正确。期间母线电压对称性良好，其复合电压闭锁条件未开放（失灵保护延时250ms），母线保护失灵未出口。
图9 A、C相跳闸后零序电流
4.4 OWS无非全相保护跳闸事件分析
断路器转检修后，模拟3602断路器非全相状态，3602断路器三相正常合闸后（辅助开关与操作杆连接脱落），非全相动作继电器K5正常动作，A、C相断路器分闸正常，B相断路器未动作，后台未报出”3602断路器非全相动作”事件。手动5次按下非全相动作继电器K5，后台仅报出1次事件，测量该继电器33：34接点电位无变化，表明接点接触不良。非全相继电器接点故障导致”三相不一致跳闸”告警未在OWS上报出。
5 故障后处理措施
（1）根据现场设备情况，结合设备制造厂家意见，现场对3602断路器B相连接轴脱焊部位进行了补焊处理，焊接后对断路器进行5次分-合闸试验，确保动作结果正常；
（2）更换故障非全相动作继电器K5，更换后模拟断路器非全相运行状态，确保继电器动作正常，事件报送正常；
（3）就地/远方条件下，对断路器进行分合闸及非全相动作试验，确保试验结果均正常。
6 结论
6.1 运行中发生非全相运行时的异常处理方法
（1）对于可进行分相操作的高压断路器发出”三相不一致”报警信号时，运维人员应立即通过遥信遥测信号及就地位置检查断路器三相的分合闸位置，如果断路器只跳开一相，应就地操作立即合上，如合不上应将断路器拉开；若是跳开两相，应立即将断路器未跳开相拉开，确保设备的不能长时间非对称运行。相关操作应在调度员指挥下进行。
（2）如果断路器三相位置不一致信号、控制回路断线信号不能复归时，应继续检查断路器二次回路中的位置中间继电器是否卡涩，触点是否接触不良，断路器机构箱内辅助开关的转换是否正常等。
6.2 重点运维及相关反措
（1）该站断路器已连续运行10年，传动部件存在卡涩、老化现象。对该换流站站单元Ⅰ全部断路器机构的传动轴焊接点、压力管道焊接点进行认真排查，对存在问题的部件进行更换或处理，避免此类故障再次发生。。积极和设备生产厂家沟通，对传动轴部件进行升级改造，提高产品运行的可靠性。
（2）在年度检修期间对断路器闭锁继电器、跳闸继电器进行传动[5]，确保信号上送正常。另外，由于元器件老化严重，对单元Ⅰ运行时间超过十年的二次中间继电器、接触器进行更换，确保断路器运行的可靠性。
（3）断路器相关保护动作后，对保护录波图及现象进行认真梳理、分析，确保相关保护动作的准确性、灵敏性。三相不一致保护可以选择是否经零序电流元件闭锁，以此来提高相关设备运行的可靠性。
参考文献：
[1]徐国政，张节容，钱家俪，黄瑜珑.高压断路器原理和应用.北京：清华大学出版社，2000.
[2]国网河南省电力公司检修公司.灵宝换流站运行规程－设备概况.2013
[3]中南电力设计院.西北与华中联网背靠背换流站工程竣工图设计-电气二次部分.2005年8月.
[4]河南平高电气股份有限公司.LW10B-252、363/Y3150-40六氟化硫断路器安装使用说明书.OPG.412.343.2004
[5]国家电网公司企业标准.输变电设备状态检修试验规程.Q/GDW1168-2013
作者简介：
王群锋（1986-），男，工程师；研究方向：特高压交直流运维检修管理。
杨义勇（1984 -）男，工程师；研究方向：特高压交直流运维检修管理。
论文作者:王群锋1,杨义勇2,朱鹏飞1
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：断路器论文; 动作论文; 高压论文; 故障论文; 回路论文; 继电器论文; 电容器论文; 《电力设备》2018年第34期论文;