周 立
广东省能源集团有限公司 沙角C电厂 广东东莞 523000
摘要：通过某电厂发生的刀闸带负荷分闸导致的5052、5053开关短引线保护动作事件，提出其刀闸控制回路在设计原理上存在的安全隐患，并制定反措措施。
关键词：保护动作；刀闸控制回路；反措措施；
2019年8月28日凌晨，某电厂500kV出线先由对侧进行停电操作，线路空载运行。电厂侧人员在执行调度逐项令（断开500kV第五串联络5052开关；断开500kV第五串5053开关）过程中，当合上50521、50522刀闸电动机的220V直流动力电源时，50521、50522刀闸突然分闸，5052、5053开关跳闸。
一：保护动作情况
保护动作情况如下：5052、5053开关短引线保护一、保护二动作，故障相为5053开关支路A相，最大故障电流为10.26A(对应一次侧电流为41kA)，5053开关三相跟跳动作，。
（1）短引线保护动作原因分析
当送上50521、50522刀闸操作电动机220V直流动力电源时，50521、50522刀闸在5052断路器仍在合闸运行状态时突然带负荷分闸（500kV出线空载运行时电容电流），导致50522 A相刀闸在分闸过程中起弧，发生接地故障，最大故障电流达到41kA,造成5052、5053开关短引线保护一、保护二动作，5053开关保护三相跟跳动作，跳开5052、5053开关，短引线保护一、二正确动作及出口，快速切除了故障。
（2）动作顺序
故障发展过程如图1所示。
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二：设备情况
500kV开关站为户内SF6气体绝缘全封闭组合电器，采用二分之三接线方式，瑞士ABB公司生产的GIS设备，500kV GIS断路器型号为ELK.SP3-21，额定开断电流为50kA，隔离刀闸型号为ELK-TX/TV。第五串50521、50522隔离刀闸操作闭锁条件如表1所示。
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（1）一次设备检查情况
检测5052开关气室，5053开关气室，50521刀闸气室，50522刀闸气室的SF6气体分解物，各气室分解物检测结果如表2所示。发现5053开关A相气室的SO2为106ppm，H2S为105 ppm，50522刀闸A相气室的SO2为295ppm，H2S为176 ppm ，表明50522刀闸A相气室发生过电弧故障，5053开关A相断路器本体开断过故障电流。
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根据各气室SF6气体分解物的检测结果及故障录波结果分析，确定故障点位于50522 A相刀闸,故障位置如图2所示。
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三：50521、50522刀闸异常分闸的原因分析
通过对50521、50522刀闸二次回路的详细检查，排除刀闸控制回路接线错误、联锁板跳闸出口接点击穿、联锁板功能失效、电缆绝缘下降、直流接地、交流窜入直流、寄生回路等设备原因引起的50521、50522刀闸误分的可能性。从SOE记录可以看到，本次50521、50522刀闸几乎是同时分闸（相差4ms），因此也可以排除停电过程中人为误操作的可能性。
进一步分析50521、50522刀闸分闸控制回路原理图（如图3），发现该控制回路的设计原理存在安全隐患： 50521、50522刀闸分、合闸回路均设计了自保持电路，该自保持电路不受50521、50522刀闸的动力电源开关F2M的控制，在开关断开，刀闸在合闸状态，刀闸动力电源退出的情况下，如进行刀闸分闸操作，将导致分闸自保持回路持续导通，在下一次投入动力电源时，将触发刀闸直接分闸。在正常情况下，控制电源F2、动力电源F2M都合上，该设计不存在安全漏洞。此时即使有人为分闸信号，信号无法通过电气五防逻辑闭锁，无法导致分闸自保持回路持续导通，下面以50521刀闸控制回路为例，结合图3、图4、图5进行分析。
（1）50521刀闸动力电源开关F2M合上
1．在5052开关在合闸状态、50521刀闸在合上状态，此时操作拉开50521刀闸，由于刀闸分闸的联锁条件不满足，联锁板无分闸指令输出，50521刀闸分闸继电器K21A1、K21A2、K21A3继电器不会动作，50521刀闸无法拉开。
2．在5052开关在分闸状态、50521刀闸在合上状态，此时操作拉开50521刀闸，由于刀闸分闸的联锁条件满足，联锁板有分闸指令输出，50521刀闸分闸继电器K21A1、K21A2、K21A3继电器动作，50521刀闸正常拉开，不会导致带负荷拉刀闸，对系统不会造成任何不良影响。当50521刀闸拉开后，刀闸常开辅助接点（25、26）打开，分闸继电器K21A1、K21A2、K21A3自动返回，不会自保持。
（2）50521刀闸动力电源开关F2M断开
1．在5052开关在合闸状态、50521刀闸在合上状态，此时操作拉开50521刀闸，由于刀闸分闸的联锁条件不满足，联锁板无分闸指令输出，50521刀闸分闸继电器K21A1、K21A2、K21A3继电器不会动作，50521刀闸无法拉开。
2．在5052开关在分闸状态、50521刀闸在合上状态，此时操作拉开50521刀闸，由于刀闸分闸的联锁条件满足，联锁板有分闸指令输出，50521刀闸分闸继电器K21A1、K21A2、K21A3继电器动作，但是由于50521刀闸电机没有动力电源，50521刀闸不会拉开，50521刀闸常开辅助接点（25、26）一直闭合，则分闸继电器回路长期自保持。即使合上5052开关， 50521刀闸联锁板输出的分闸指令也仍然长期存在，而当再次送上50521刀闸动力电源F2M时，50521刀闸会自动分闸，可能造成带负荷拉刀闸的严重后果。
通过以上分析可以看出，当刀闸的动力电源断开后，若开关在热备用状态，由于某种意外原因造成刀闸的分闸继电器动作，则刀闸的分闸指令将一直自保持，当再次送上刀闸动力电源后存在带负荷拉刀闸的安全隐患。
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为了间接验证这种推测，拆下同一时期投用且运行条件相似的分闸继电器K21A1（用于50521刀闸）和K54A3（用于505217地刀）进行对比（如图6所示），发现K21A1继电器线圈偏深，说明50521刀闸的分闸继电器极可能处于带电状态并自保持了比较长的时间。
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从目前对50521、50522刀闸异常分闸的原因分析来看，50521、50522刀闸的分闸继电器在本次500kV 沙东乙线停电操作前一直处于带电并自保持状态，疑似在5052开关热备用状态、50521刀闸、50522刀闸电机动力电源退出情况下，存在意外原因导致刀闸控制回路中的自保持回路持续导通。
四：反措措施
（1）针对隔离刀闸分、合闸控制回路中的自保持回路存在的设计功能不完善问题，反措解决方案是在刀闸操作电动机回路上设置电压型中间继电器，把继电器的常开接点接入刀闸的控制电源回路。当刀闸的控制电源开关投入、动力电源开关断开时由于中间继电器失电，其常开接点打开，刀闸的控制电源回路被切断。这种情况下，即便开关在热备用状态，由于某种意外原因，误动刀闸的分闸按扭，刀闸分闸继电器也不会动作，可防止开关合闸时，再次送上刀闸动力电源，刀闸自动分闸的情况，避免带负荷拉刀闸。
（2）国内外刀闸的出厂设计均以刀闸电源保持投入进行考虑，如采取刀闸操作电源长期退出的措施，表面上依靠人工投退电源可避免刀闸误分合，但实际影响原有信号监控，且经常性投退操作电源对复杂控制回路的影响无法充分辨识，存在可能导致继电器损坏、接点导通等原因引起刀闸自动分合闸的情况。建议参考国外普遍采用刀闸操作电源常态投入的做法，保持刀闸控制电源、动力电源常态化投入，由于电气五防的存在，在开关合闸情况下，即使人员错误进行分合刀闸操作，因控制回路逻辑闭锁也不会产生实际后果，而在开关分闸的情况下，即使人员误分合刀闸，也不会带负荷拉合刀闸，防止对系统安全稳定造成严重影响。
五：总结
在停电反措整改中，通过采用在刀闸操作电动机电源回路上设置电压型中间继电器，把继电器的常开接点接入刀闸的控制电源回路中，完善了控制回路，解决了带负荷拉刀闸的安全隐患，对同类型设备回路的隐患整改提供了一定的改造经验。