徐静
四川华电泸定水电有限公司 四川 成都
摘要：自动化、智能化作为配电网发展的重要方向，能够从根本上减少停电故障率，缩小停电范围。尤其是在自动化开关投入使用后，能够从配电网状态数据出发快速检测系统异常，实现故障区域断电保护，有效改善了配电网运行效益。但受设备因素、人员操作、自然环境等影响，自动化开关非常容易出现动作不到位、灵敏度不够、设备误动等问题，给正常输配电产生一定的负面影响，需结合实际情况开展针对性监测和维护，以提升其可靠性和稳定性。
关键词：隔离开关；控制回路；故障分析；优化措施
文献标识码：A
引言
500KV变电站是电力系统中非常重要的组成部分，分析500KV变电站的故障有利于掌握变电站的运行规律，杜绝故障的发生。沙角C电厂执行中调令断开500kV第五串联络5052开关、5053开关。当合上50521、50522刀闸电动机220V直流动力电源时，50521、50522刀闸突然分闸，开关短引线保护一、保护二动作5052、5053开关跳闸。
图1故障前运行方式
1500kV变电站开关故障分析
1.1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，设备制造时间为1991年，投运时间为1992年，500kVGIS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隔离刀闸操作闭锁逻辑完好。
1.2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，导致50522A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，快速切除故障。
1.350521、50522刀闸异常分闸的原因分析
分析50521、50522刀闸分、合闸控制回路图，发现该控制回路设计原理存在安全隐患：50521、50522刀闸分、合闸回路均设计自保持电路，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，分析以下情况。
（1）50521刀闸动力电源开关F2M合上。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。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。
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。
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。
（3）比较其它分闸继电器。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。从ABB公司了解的信息,目前ABB公司新设计的控制回路是在其马达回路中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回路，可防止刀闸分、合闸自保持回路误动作。为了间接验证这种推测，2019年9月5日拆下同一时期投用且运行条件相似的分闸继电器进行对比，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。
2改进措施
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，可采用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。改进后，即使是刀闸控制电源和操作电机电源长期投入，也能保障当电机电源回路失电的情况下可避免带负荷拉刀闸。该改进措施适用于500kV升压站内所有隔离刀闸和接地刀闸。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。
3配电网自动化开关故障处理及维护
根据智能诊断系统，人员可以快速确定配电网自动化开关的故障原因，在该基础上对症下药，从而减少快速恢复区域输配电，提升用户用电质量。常见故障处理时可以直接采用系统决策进行针对性处理，而日常维护时则应做好:(1)定期巡检和维护。按照自动化开关性能指标设定日常巡检计划，检查开关外观完好状况、开合情况等，定期开展性能测试。对出现老化的开关要及时更换，损坏开关应及时修复。(2)增加防护保护。在鸟兽出没地区应在自动化开关区域增设隔离网、驱鸟器等;雷电频发区域应设置避雷针、避雷器等;潮湿区域应增设通风扇、干燥剂等。结合不同情况开展相应防护和保护，从根本上改善配电网自动化开关运行质量。
结束语
通过分析本次故障的过程，我们找出了500kV隔离刀闸带负荷拉跳开的原因是由于控制回路的自保持回路存在不合理设计。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，采用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中。我们还将改进措施应用于500kV升压站内所有隔离刀闸和接地刀闸，杜绝事故再次发生。
参考文献
［1］齐昕，张育臣，唐喜，等．基于IEC61850的配网成套开关状态监测系统研制［J］．电力系统保护与控制，2015，43(6):109－114．
［2］陈靖，吴春洋，何麟．基于用电信息采集系统的配网故障诊断技术及应用［J］．安徽电气工程职业技术学院学报，2015，20(1):13－19．
［3］王妮．基于配网自动化系统的线路故障快速定位法［J］．山东工业技术，2016(3):151．
［4］周桐．电网故障自动定位与检测系统［J］．湖南城市学院学报(自然科学版)，2016，25(2):176－177．