一起断路器控制回路直流接地的故障分析

李 智，陈哲昊

(1.国网安徽省电力有限公司检修分公司, 安徽 芜湖 241000;2.国网新源控股安徽响水涧抽水蓄能有限公司, 安徽 芜湖 241000)

1 故障简述

2018年2月5日13时32分48秒，某变电站监控机后台发“2号直流屏XLZLP控母负接地”光字并瞬时复归；13时32分48秒起，监控后台频发“220kV保护室直流分屏Ⅱ段绝缘故障”光字并瞬时复归、“220kV保护室直流分屏Ⅰ段绝缘故障”光字并瞬时复归。13时46分07秒起，监控后台频发“4D81开关SF6压力低报警”光字并瞬时复归。运维人员现场检查情况：官徽4D81开关SF6压力正常，三相读数为0.75/0.73/0.76Mpa(额定值0.75Mpa，告警值0.64Mpa)，现场天气阴，4D81开关B相SF6表计内有水分凝露。对绝缘监测装置进行检查发现：110V直流Ⅰ段正对地绝缘降低，负对地电压抬升至70V左右。直流Ⅱ段母线电压、绝缘均正常。现场检查220kV保护小室直流Ⅰ段母线正对地绝缘降低，正对地48.6kΩ，负对地电压抬升至78.1V。直流Ⅱ段母线负对地绝缘降低，负对地绝缘电阻为31.1kΩ，负负对地电压降低至31.9V。

因直流接地信号是与220kV官徽4D81开关“SF6压力低告警”信号同时发出；运维人员因此而判断直流接地点在4D81开关间隔。现场检查发现220kV官徽4D81开关B相SF6表计有凝露现象，断定故障与该SF6表计有关。试解除4D81测控信号正电源，220kV保护小室直流Ⅰ段监测装置屏显电压及绝缘电阻下降仍然不恢复。向省调申请试拉4D81开关操作电源1，220kV保护小室直流Ⅰ段监测装置屏显电压和绝缘电阻下降不恢复。紧接着又出现110V直流Ⅰ段、Ⅱ段均有接地现象。其中直流Ⅰ段正接地、直流Ⅱ段负接地。情况变的十分复杂。实施安全措施，向省调申请将官徽4D81开关转冷备用。对220kV官徽4D81开关控制回路进行检查。因前期发现B相SF6表计有凝露现象，便优先试解开B相SF6表计接线。解除B相SF6表计接线后直流接地消失，绝缘电阻恢复正常。更换新的SF6表计，经运维人员验收合格后恢复4D81开关运行。

2 官徽4D81断路器控制回路简介

在SF6断路器本体上加装了SF6密度继电器，对SF6断路器起监视、控制和保护作用。并将SF6密度继电器内接点引入断路器的控制回路：当断路器由于某种原因使得SF6气体质量减少、压力变小气体密度降低时发闭锁信号并断开断路器的控制回路闭锁断路器[1]。如图1所示，220kV官徽4D81开关SF6密度继电器为原装德国进口WIKI表，型号为233.52.100，共有3副节点，其中节点1/2接继电器K03、K04属于合闸回路、分闸回路Ⅰ闭锁，节点3/4接继电器K13、K14属于合闸回路、分闸回路Ⅱ闭锁，节点5/6接SF6告警压力低信号回路。三副接点均为常闭接点。

其中，密度继电器B11节点1或5对地绝缘降低导致直流Ⅰ段正对地绝缘降低、负对地电压抬升，节点4对地绝缘降低导致直流Ⅱ段负对地绝缘降低、负对地电压下降。

图1 官徽4D81开关操作回路示意图

2.1 SF6压力低报警分析

在查找故障时出现的情况是“直流Ⅰ段正对地绝缘降低、负对地电压升高，”绝缘监测装置选择支路为4D81开关测控电源，如图2所示；此时运维人员怀疑是B相B11的节点5接地所致。此时，在节点6后如果有另一点接地，将会绕过B11继电器报SF6压力低告警信号。现场采取解除开关机构箱内信号段正端X04-53来隔离故障，但故障隔离后绝缘降低没有恢复，因此判断系统内仍有其他接地点。

图2 SF6压力低告警信号回路图

直流Ⅰ段正对地绝缘降低、负对地电压抬升，支路选择096，即4D81断路器操作电源Ⅰ。4D81断路器SF6密度继电器表计进水造成以上现象。对于控制回路1，如图3所示，此时B11继电器正端节点1接地。此时，若负端节点2后再有一点接地，将会绕过B11继电器，使得继电器K03、K04动作，继电器常闭节点K03、K04打开。当断路器处于合闸位置时，合闸回路断路，3TWJ失电，其常闭节点闭合；分闸回路导通，但在K03常闭节点打开后，11HWJ失电，其常闭节点闭合，导致信号回路中控回Ⅰ断线导通，发控制回路1断线告警。

图3 控制回路断线信号回路示意图

此时，断路器将失去第一套跳闸回路，若第二套跳闸回路再出现问题，断路器将有拒动的风险(见图3)。

即使系统未失去第二套跳闸回路，对于其他间隔设备而言，此时直流系统正接地，负母电压抬高，若在分闸线圈正端再出现接地的情况，动作线圈正端接地为0，负端连接负母电压为78V左右，线圈两端产生压差，将会导致误动作事故的发生。

3 经验总结

断路器SF6密度继电器表计进水这种情况在断路器运行中很少出现，但是一旦出现对电力系统运行危害及大。它涉及一控制回路、信号回路、直流系统，会造成断路器误跳、拒跳闸等级失去控制现象[2]，如图4所示。且出现的光字、报文多和乱，往往很难查找和做出正确的判断。就针对本次故障来看：一会发“220kV官徽4D81开关SF6压力低告警”一会发“2号直流屏XLZLP控母负接地”并瞬时复归；监控后台频发“220kV保护室直流分屏Ⅱ段绝缘故障”并瞬时复归、“220kV保护室直流分屏Ⅰ段绝缘故障”。同时间断性出现“控制回路断线”等等。让人一时半会很难弄清原因。

现场当初判断和处理时也走了一些弯路，如：

(1)全站的直流绝缘监测装置其型号、版本号与定值均设定不统一，可能会造成某小室报直流接地，但其他小室绝缘检查正常的情况。本站在2017年5月5日的直流接地故障查找中已暴露出该问题。根据国网公司直流系统运行规范：“直流电源装置在空载运行时，其额定电压为220V的系统，用25kΩ电阻；额定电压为110V的系统，用7kΩ电阻；额定电压为48V的系统，用1.7kΩ电阻。分别使直流母线正极或负极接地，应正确发出声光报警。”咨询厂家，厂家回应定值都设置为7kΩ。但现场定值还需要再统一，7kΩ定值显然偏小了。

(2)对于直流接地，凝露、锈蚀、进水往往是原因所在。后台报文伴随接地同时发生的其他报文往往就是故障指引。针对上述问题，运维班组将开展学习、讨论与整改，并形成直流接地查找具体模板，切实提高应急处置能力。

图4 断路器控制回路图(节选)

4 结束语

二次回路故障是影响变电站安全运行的不稳定重要因素，二次回路故障或故障带来的一些后果在正常运行时很难及时发现或预见[3]，运维人员应重点提高变电站二次回路异常或故障的处理分析能力，避免不必要的事故发生。二次回路的故障、异常处理，必须严格遵守《安规》、调度规程、现场运行规程以及各级技术管理部门有关规章制度、安全措施的规定。在处理过程中，运维人员应沉着果断，认真监视表计、信号指示，并作好记录。对一次设备也要认真仔细检查，正确判断异常设备的范围及性质，同时应密切关注设备异常状况，防止异常设备情况继续发展。