电压互感器反充电故障分析及预防措施.pdf

收稿日期:2 0 2 2 0 6 3 0作者简介:张富超(1 9 8 6-),男,工程师,主要从事继电保护调试工作。电压互感器反充电故障分析及预防措施张富超,张世强,芮建勋,顾笑明,王延伸(河北省送变电有限公司,河北 石家庄 0 5 0 0 5 1)摘要:针对一起由于误合二次电压并列开关引起的电压互感器反充电故障,介绍二次电压并列回路原理,结合后台监控信息和故障录波器故障波形图进行故障原因分析,认为误合二次电压并列开关以及二次设备触点变换与一次设备状态改变不同步是该故障发生的主要原因,并提出具体的预防措施。关键词:电压互感器;并列开关;反充电中图分类号:TM 7 7;TM 4 5 1 文献标志码:B 文章编号:1 0 0 1 9 8 9 8(2 0 2 3)0 3 0 0 5 6 0 4AA nn aa ll yy ss ii ss aa nn ddPP rr ee vv ee nn tt ii vv eeMM ee aa ss uu rr ee ssoo ffVV oo ll tt aa gg eeTT rr aa nn ss ff oo rr mm ee rrRR ee vv ee rr ss eeCC hh aa rr gg ii nn ggFF aa uu ll ttZ HANGF u c h a o,Z HANGS h i q i a n g,RU I J i a n x u n,GUX i a o m i n g,WANGY a n s h e n(H e b e iP o w e rT r a n s m i s s i o n&T r a n s f o r m a t i o nC o.,L t d.,S h i j i a z h u a n g0 5 0 0 5 1,C h i n a)AA bb ss tt rr aa cc tt:I nr e s p o n s e t oav o l t a g e t r a n s f o r m e r r e v e r s ec h a r g i n gf a u l t c a u s e db ym i s-c l o s i n gs e c o n d a r yv o l t a g ep a r a l l e l s w i t c h,t h ep r i n c i p l eo ft h es e c o n d a r yv o l t a g ep a r a l l e lc i r c u i t i si n t r o d u c e d.B a s e do nt h eb a c k g r o u n dm o n i t o r i n gi n f o r m a t i o na n dt h ef a u l tw a v e f o r md i a g r a mo f t h e f a u l t r e c o r d e r,t h e f a u l t c a u s e a n a l y s i s i s c a r r i e do u t.I t i s f o u n d t h a t t h em a i nr e a s o n f o r t h i s f a u l ta r et h em i s-c l o s i n go f t h e s e c o n d a r yv o l t a g ep a r a l l e l s w i t c ha n d t h e a s y n c h r o n o u s c h a n g eo f t h e c o n t a c t p o i n t o f t h e s e c o n d a r ye-q u i p m e n t a n dt h es t a t ec h a n g eo f t h ep r i m a r ye q u i p m e n t.F i n a l l y,s p e c i f i cp r e v e n t i v em e a s u r e sa r ep r o p o s e d.KK ee yyww oo rr dd ss:v o l t a g e t r a n s f o r m e r;p a r a l l e l s w i t c h;r e v e r s ec h a r g i n g0 引言电压互感器12是变电站、发电厂中必不可少的电力设备,它的主要作用是将一次高电压按一定比例降为二次低电压,为站内保护装置、测量装置、计量装置等二次设备提供电压信息,同时起到隔离一次高压设备与二次设备,保证人身和设备安全的作用。工程现场发生的电压互感器故障多是由于运行中的电压互感器二次侧向不带电的一次侧反充电造成的。电压互感器反充电36可能会导致运行中的电压互感器二次空气断路器跳闸或熔断器熔断,使采集电压的保护装置失去电压,从而很可能引起相关保护装置的误动;如果电压互感器二次空气断路器没有跳开,还可能损害设备或危及人身安全。因此分析电压互感器反充电故障原因并提出有效的预防措施具有重要的意义。结合一起典型误合二次电压并列开关造成电压互感器反充电故障,通过分析后台监控机报警信息、故障波形图以及二次电压并列回路,找出造成电压互感器反充电故障的原因,并提出有效措施预防反充电故障的发生。1 二次电压并列回路电压互感器的二次侧电压用于保护、测量等装置使用,当某段母线上电压互感器检修或退出运行时,使用该段母线电压互感器二次电压的保护、测量、计量等装置仍需要运行,此时,需将电压互感器二次电压并列,实现该段母线上的运行设备从另一段母线上正在运行的电压互感器获取电压的目的78。N S R 3 8 3 TA 6电压并列装置的电压并列回路原理如图1所示,1 G为I号母线电压互感器65V o l.4 2N o.3 河北电力技术 第4 2卷 第3期J u n.2 0 2 3 HE B E IE L E C T R I CP OWE R 2 0 2 3年6月隔离开关常开辅助触点,2 G为I I号母线电压互感器隔离开关常开辅助触点,ML D L为母联断路器常开辅助触点,1 G L为母联间隔I号母线隔离开关常开辅助触点,2 G L为母联间隔I I号母线隔离开关常开辅助触点。图1 电压并列直流回路原理示意当母联间隔I号母线隔离开关、I I号母线隔离开关合位、母联断路器合位即I号母线与I I号母线并列运行时,其隔离开关辅助动合触点1 G L、2 G L、M L D L闭合,此时将并列开关1 7 Q K置于手动并列位置,其、触点闭合,双位置磁保持继电器5 Z J 8绕组励磁,其对应的动合触点5 Z J 8闭合,继而使电压保持继电器5 Z J 1-5 Z J 6励磁,相应动合触点闭合,从而实现I号母线电压和I I号母线电压的并列。将并列开关1 7 Q K置于手动解列位置,3、4触点闭合,双位置磁保持继电器5 Z J 8绕组失磁,其对应的动合触点5 Z J 8打开,从而实现I号母线电压和号母线电压的解列。将并列开关1 7 Q K置于遥控位置,其1、2触点闭合,用于实现远方电压并列,但现场一般不用此功能,如果需要实现电压并列功能要求就地手动操作。如图2所示,以A相电压为例,当I I号母线电压互感器2 YH检修或退出运行,I号母线电压互感器1 YH运行时,由I I号母线电压互感器提供二次电压的保护、测量装置如仍需要运行,此时,需进行电压并列操作。I号母线电压互感器1 YH运行,电压重动回路中的I号母线隔离开关常开触点闭合,电压保持继电器4 Z J 1-4 Z J 4励磁,触点4 Z J 1 1闭合;I I号母线电压互感器2 YH检修或退出运行,电压重动回路中的I I号母线隔离开关常开触点断开,电压保持继电器4 Z J 5-4 Z J 8失磁,触点4 Z J 5 1断开。此时合母联间隔I号母线隔离开关1 G L、I I号母线隔离开关2 G L、母联断路器ML D L,实现一次母线,I号母线与I I号母线并列运行,然后操作人员将并列开关1 7 QK置于手动并列位置,触点5 Z J 1 1闭合,则I号母线A相电压经1 YHA/1 YH a/1 Z KK a/4 Z J 1 1/5 Z J 11/2 YM a,使I I号母线二次电压小母线2 YM a带电,以供I I号母线保护、测量、计量等运行装置二次电压。图2 电压并列交流回路原理示意2 电压互感器反充电故障某5 0 0k V新建变电站在投运过程中,进行2 2 0k V母联2 1 2转冷备用操作时,I A号母线、I I A号母线电压互感器端子箱、电压二次空气断路器全部跳闸,造成2 2 0k V电压等级二次设备失压,保护装置电压互感器断线报警。2.1 故障前情况故障发生前,该站的运行方式如下。1)主变压器设备区:4号主变压器5 0 0k V侧套管至电压互感器之间引线打开,2 2 0k V侧2 0 4断路器间隔运行,4号主变压器6 6k V侧运行;2号主变压器5 0 0k V侧套管至电压互感器之间引线打开,2 2 0k V侧2 0 2断路器间隔冷备用,2号主变压器6 6k V侧冷备用。2)5 0 0k V设备区:5 0 0k V所有设备间隔均处于冷备用状态。3)2 2 0k V设备区:I A、I I A、I B、I I B母线并列运行,出线2 5 6在I A号母线运行,2 0 4断路器在I I B号母线运行。4)6 6k V设备区:4号主变压器6 6k V侧运行,6 6k VI I B号母线电压互感器运行。5)直流系统:1号充电机带直流I段母线运行及1组蓄电池运行,2号充电机带直流I I段母线及2组蓄电池运行,3号充电机热备用;系统运行正常,简化电气主接线如图3所示。75V o l.4 2N o.3 河北电力技术 第4 2卷 第3期J u n.2 0 2 3 HE B E IE L E C T R I CP OWE R 2 0 2 3年6月图3 电气主接线示意2.2 故障经过2 0 2 0年8月2 7日,该变电站执行“某变压器2 2 0k V侧投切2号主变压器试验”阶段的第一步“2 2 0k VI I A号母线由运行转冷备用”,3时1 9分接相关电力调度控制中心调令,当3时5 9分断开2 2 0k VI A、I I A号母线母联2 1 2断路器时,监控发现2 2 0k VI A号母线电压消失、2 2 0k V2 5 6出线间隔电压互感器断线,该线路两套保护装置运行异常。2.3 故障处置措施1)监控发现异常后,立即暂停操作,与现场操作人员联系,经过现场人员检查发现2 2 0k VI A号母线、2 2 0k VI I A号母线电压互感器二次空气断路器发生跳闸,4时1 4分值班长将该情况汇至调度控制中心与地方供电局局调。2)4时3 1分,现场调试人员试合I A号母线电压互感器二次空气断路器,2 2 0k VI I A号母线电压恢复正常(I I A号母线由于2 2 4、2 1 2断路器在断开位置,处于无电状态,二次电压同样处于无电状态)。2.4 故障原因分析查看监控后台告警信息发现,断开2 1 2母联断路器后,公用测控装置上送“I A/I I A号母线电压并列复归”报警信号,继续查找更早的报警记录发现,在进行合2 1 2母联断路器操作时,测控装置曾上送过“I A/I I A号母线电压并列”报警信号,初步怀疑故障发生前,电压二次回路一直处于并列状态。分析故障录波装置记录的故障波形,如图4所示,图4中实线截取的是2 1 2母联断路器断开时刻,虚线截取的是2 1 2母联断路器辅助触点变位时刻。进一步分析该图发现:当断开断路器2 1 2时,I I A号母线三相电压消失,说明I A号母线和I I A号母线分列运行,一次主接线不再满足并列条件,观察此时的2 1 2母联断路器分位开关量还未变位,说明2 1 2母联断路器辅助触点还没有转换到位,即在分开断路器2 1 2的瞬间二次回路仍保持并列条件,二次设备触点变位滞后于一次设备状态转换,从而发生电压互感器二次侧向不带电的一次侧反充电故障。图4 故障录波装置记录的故障波形现场查看电压并列开关处于“遥控并列”位置,但这并不能真实反映二次电压回路的真实状态,需结合电压并列回路原理图(图1),利用万用表在电压并列屏屏后测量电压并列回路中的17 Q D 6端子电位为-1 1 5V,而不是0V,说明5 Z J 8触点处于导通状态,进一步证明二次回路确实一直处于并列状态。综上所述,该故障发生的原因是:将并列开关1 7 QK置于手动并列位置后,继电器5 Z J 8动作绕组励磁,其动合触点5 Z J 8闭合,然后将并列开关1 7 QK置回中间位置即遥控并列位置,此时由于5 Z J 8为双位置磁保持继电器,动合触点5 Z J 8仍是闭合状态。当I A、I I A号母线并列运行时,即母联断路器2 1 2、1 G L、2 G L均在合位,此时电压并列回路导通,实现了I A、I I A号母线二次电压的并列。当执行“2 2 0k V侧投切2号主变压器试验”阶段的第一步“2 2 0k V2号母线由运行转冷备用”操作后,分开2 2 0k VI A、I I A号母线母联2 1 2断路器,I I A号母线三相电压消失,即I I A号母线电压互感器一次绕组失电,但是串联于I A、I I A号母线二次电压并列回路中的ML D L触点还没有转换到位,仍是导通状态,此时,I A号母线二次电压将通过I A、I I A号母线二次电压并列回路使I I A号母线电压互感器二次绕组继续带电,继而反送到一次绕组,产生较大的短路电流9,导致电压二次空气断路器跳闸。3 预防措施基于上述由于误合电压并列开关导致电压互85V o l.4 2N o.3 河北电力技术 第4 2卷 第3期J u n.2 0 2 3 HE B E IE L E C T R I CP OWE R 2 0 2 3年6月感器反充电故障案例,提出以下预防措施。1)母线转冷备用时,应先断开该母线电压互感器二次电压空气断路器,然后分开母联断路器,最后分开母线电压互感器一次侧隔离开关。2)新上母线充电试运行时的操作顺序与母线转冷备用时的操作顺序相反,在进行母联断路器合闸操作前,现场就地查看二次电压并列开关位置,必要时可通过测量相应接线端子电位进行确认,确保其处于电压解列位置。3)当合母联断路器并列运行时,需检查后台监控机是否上送“母线电压并列”信号,如果上送“母线电压并列”信号,此时严禁断开母联断路器,需查清电压并列的原因,消除异常信号后方可继续操作。4)鉴于N S R 3 8 3型电压并列装置的并列开关位置处于“遥控位置”时,很难确认电压二次回路是否处于并列状态,建议取消该类型并列装置并列开关的“遥控位置”,即正常运行时,将并列开关切至“解列位置”,仅当电压二次回路需要并列时,才将并列开关切至“并列位置”。4 结束语分析了一起由于误合电压并列开关导致电压互感器反充电的故障,从规范站内运维人员操作等方面,提出了行之有效的预防措施,要求运维人员具有较为丰富的运维经验且严格执行操作规程。下一步将考虑从技术方面,提出通过改进母联断路器操作回路,实现防止电压互感器反充电故障的可靠预防措施。参考文献:1 张兵海,孟凡超,苏艳宾,等.发电机电压互感器一次熔断器熔断引起停机的故障分析J.河北电力技术,2 0 1 4,3 3(2):1 3,1 5.2 尚 柳,张韶光,王 煊,等.电压互感器递进式二次核相流程的研究J.河北电力技术,2 0 2 1,4 0(1):4 9 5 2.3 史雷敏,吴 占,闫 素,等.变电站P T二次电压反充电问题分析与讨论J.河南电力技术,2 0 1 7(4):4 2 4 4.4 阮永丽.变电站母线P T异常处理停电方式优化方案分析J.电力安全技术,2 0 1 2,1 4(3):3 5 3 8.5 徐勇军.基于两套P T并列装置造成的P T二次反充电分析及整改措施J.电工技术,2 0 1 6(1 2):1 0 0 1 0 2.6 杨先议.电压切换继电器同时动作导致倒闸过程中出现P T二次反充电J.电子测试,2 0 1 9(1 2):1 0 1 1 0 2,1 0 8.7 郭占伟,魏晓强,肖志刚,等.电压切换回路故障分析J.继电器,2 0 0 6,3 4(2 2):8 1 8 3.8 张 廷.电压互感器切换回路改进J.继电器,2 0 0 3,3 1(2):6 1 6 3.9 吴建辉,李孟超,孙军鹏.两起电压互感器反充电引起的思考J.电力系统保护与控制,2 0 1 0,3 8(1 3):1 2 4 1 2 5,1 2 9.本文责任编辑:王丽斌(上接第1 0页)的静态分析方法,判断系统薄弱节点、关键支路相关信息。参考文献:1 孔维政,杨 威.面向现代化农业的综合能源系统构建模式初探J.电气时代,2 0 2 0(8):3 2 3 3.2 商 颖,高 璐,姚秉琛.碳中和赋予农村能源转型新内涵J.资源节约与环保,2 0 2 2(6):1 4 2 1 4 5.3 程浩忠,胡 枭,王 莉,等.区域综合能源系统规划研究综述J.电力系统自动化,2 0 1 9,4 3(7):2 1 3.4 张晓辉,刘小琰,钟嘉庆.考虑奖惩阶梯型碳交易和电热转移负荷不确定性的综合能源系统规划J.中国电机工程学报,2 0 2 0,4 0(1 9):6 1 3 2 6 1 4 2.5 蒋超凡,艾 欣.面向工业园区的综合能源系统协同规划方法研究综述J.全球能源互联网,2 0 1 9,2(3):2 5 5 2 6 5.6 陈 伟,路 源,何 欣,等.计及风光就地消纳的设施农业产业园区综合能源系统多目标优化调度方法J.电力建设,2 0 2 1,4 2(7):2 0 2 7.7 付学谦,周亚中,孙宏斌,等.园区农业能源互联网:概念、特征与应用价值J.农业工程学报,2 0 2 0,3 6(1 2):1 5 2 1 6 1.8 王维洲,刘福潮,杨建华,等.基于可时移农业负荷的光伏智慧农业大棚微型能源网优化调度J.中国农业大学学报,2 0 1 8,2 3(6):1 6 0 1 6 8.9 Z HUXY,Z HANXY,L I AN G H,e t a l.T h eo p t i m a l d e s i g na n do p e r a t i o ns t r a t e g yo fr e n e w a b l ee n e r g y-C C H Pc o u p l e ds y s t e ma p p l i e d i nf i v eb u i l d i n go b j e c t sJ.R e n e w a b l eE n e r-g y,2 0 2 0(1 4 6):2 7 0 0 2 7 1 5.1 0 L UOFZ,S HAOJP,J I AOZ,e t a l.R e s e a r c ho no p t i m a l a l-l o c a t i o ns t r a t e g yo fm u l t i p l ee n e r g ys t o r a g e i nr e g i o n a l i n-t e g r a t e de n e r g ys y s t e m b a s e do no p e r a t i o nb e n e f i ti n c r e-m e n tJ.I n t e r n a t i o n a l j o u r n a l o f e l e c t r i c a l p o w e ra n de n e r-g ys y s t e m s,2 0 2 1,1 2 5(2):1 8.1 1 WAN GYL,WAN GYD,HUAN GYJ,e t a l.P l a n n i n ga n do p e r a t i o nm e t h o do f t h er e g i o n a l i n t e g r a t e de n e r g ys y s t e mc o n s i d e r i n ge c o n o m ya n de n v i r o n m e n tJ.E n e r g y,2 0 1 9,1 7 1(3):7 3 1 7 5 0.1 2 陈柏翰,冯 伟,孙 凯,等.冷热电联供系统多元储能及孤岛运行优化调度方法J.电工 技术学报,2 0 1 9,3 4(1 5):3 2 3 1 3 2 4 3.本文责任编辑:王洪娟95V o l.4 2N o.3 河北电力技术 第4 2卷 第3期J u n.2 0 2 3 HE B E IE L E C T R I CP OWE R 2 0 2 3年6月