一起断路器偷跳事件的原因分析

一起断路器偷跳事件的原因分析

摘要：本文就某电厂500kV开关站中间断路器的偷跳事件，结合后期试验录波阐述控制直流回路一点接地时，由于长电缆分布电容造成的断路器偷跳，给出改造建议并提出防范此类事故发生的几点措施。同时提供一种断路器偷跳时查找故障的思路。

关键词：断路器偷跳；直流一点接地；长电缆；分布电容；防范措施

断路器偷跳，即断路器误跳闸，是指一次系统未发生故障，断路器在没有操作、没有继电保护及安全自动装置动作的情况下的跳闸。统计显示断路器偷跳事件在全国各省区时有发生，严重影响到发电厂以及电力系统的安全运行。

1 事件描述

某电厂500kV开关站采用一个半接线。2012年9月，5022开关发生三相跳闸，经核实确认系统无故障，运行人员未操作，现场无人员试验及检查（即无相关工作票），继电保护装置无动作信号，操作箱断路器分位指示灯亮，故障录波屏电压、电流无异常，直流监测系统有直流正母线接地报警信号（大约4S，对地电阻0.93k）。5022开关保护屏在跳闸时刻出现“合后继开入：由合变分”的开入量报告。

2 原因调查

1、 查看断路器保护柜未发现任何动作报文，保护跳闸灯未亮，且故障录波屏没有电压、电流异常，确定此次跳闸非电气故障量引起的保护跳闸。

2、 5022开关保护屏在跳闸时刻出现“合后继开入：由合变分”的开入量报告。查图纸分析断路器操作箱1ZJ继电器动作，导致手跳继电器STJ动作，继而导致断路器跳闸（示意图见图1）；现场核实一次设备无故障，排除一次设备故障偷跳的可能性。

3、打开操作箱，检查能够引起跳闸回路的板件无放电灼伤痕迹，且绝缘良好；考虑到如果保护装置内部跳闸板件存在问题误发出跳闸指令，则保护跳闸指示灯必定会亮，排除保护装置相关板件故障引发跳闸原因。

4、原因调查放在直接作用于断路器跳闸线圈的回路，能够引起跳闸的回路图见图1。

图1 操作箱手跳回路简化示意图

经核实无人为手动跳闸操作，对该回路进行解线测量绝缘，绝缘合格（满足反措要求），检查电缆两侧屏蔽层皆接地且屏蔽结果满足反措要求。排除跳闸回路原因。

图2 有分布电容时断路器手跳中间继电器回路简化示意图

5、检查其他回路没有寄生回路。

6、排除以上原因，结合直流接地报警信息，调查重点集中在能够引起断路器手动跳闸回路的外电缆。

查看电缆手册，手跳接点距开关站保护柜距离大约700m.根据《继电保护和电网安全自动装置检验规程》规定：所有直流继电器的动作电压(按整组性能考虑,如外串电阻则包括接入电阻后的动作值)不应超过额定电压的70%,而其下限不得低于 50% 额定电压。现场额定直流电压118V左右，而测得的1ZJ继电器的动作电压为62V（整组动作值）与59V

非常相近。

控制电缆的对地分布电容和线芯间分布电容随着电缆长度增加而增加，当电缆长度足够长，分布电容足够大，由于电容效应，在接地时如果有其他干扰窜入，此时即使满足反措规定的继电器动作电压大于50%额定直流电压，仍然有可能会造成1ZJ继电器的动作。

分析如下：

对于较长电缆，对地电容较大，且微机保护装置中继电器常采用干簧继电器或者小型密封继电器，为避免干扰提高微机保护的动作可靠性，在二次回路中往往加入容量较大的抗干扰电容，同时也加大了二次回路的对地电容。二次回路对地电容简化示意图如图2所示。

以110V直流电为例，正常运行时，由于直流监测系统，正母线电压为+55V，负母线电压为-55V。

发生直流正母线一点接地时，正母线电压为0，负母线电压跃变为-110V，由于电容电压不能突变，测试点处电压保持-55V，此时1ZJ两侧的压差大约为55V，实际中由于考虑压降，直流系统最高允许超过额定值的10%，即121V。因此，正极接地瞬间，出口继电器上的压差理论值最高可到到60.5V。之后随着负母线对电容的充电，测试点的电压由-55V向-110V变化。

经测试1ZJ跳闸继电器（整组动作值）动作电压62V，电流5.75mA，动作功率0.36W左右，若发生直流一点接地时又有其他窜扰很容易造成1ZJ的误动，造成断路器跳闸。

3 试验模拟

带5022开关间歇模拟直流正母线一点接地，录波器录取1ZJ继电器上的压差。多次模拟试验均未造成5022开关的跳闸，电压波形基本一致，选取一个见图3.电压差峰值可达60V，电流3mA左右，与所分析相一致。由于电缆分布电容受温度、湿度等环境因素影响，且长电缆在敷设过程中与动力电缆的窜扰也是随机的。试验未造成5022开关跳闸属正常。

4 解决方案与防范措施

直流一点接地造成断路器的误动作原因有很多，但是本质是由于电缆对地电容的存在，产生电容电流，在继电器上产生大于继电器动作的压差，最终造成断路器误动作。

对于此次直流一点接地造成的断路器偷跳事件，后期该厂在改进时，提出在原有跳闸回路中加装大功率中间继电器（动作电压在70%额定电压，动作电流100mA左右）的方案，改造示意图如图4。但加装中间继电器势必会影响到真正跳闸时保护动作的快速性，笔者不提倡。且所加装大功率继电器动作电压偏高，一定程度上影响继电器在直流电压降低时的可靠动作以及正常工作情况下的快速动作。

除提高出口继电器动作电压、功率，加装大功率中间继电器之外，在防止此类事件发生时还可从以下方面进行：

（1）随着发电厂、变电站的设计规模不断变大，在进行二次设计时应注意尽量减少电缆长度，以减小电缆对地电容；

（2）采用抗干扰能力强而无抗干扰电容的微机保护装置，以减小二次回路的对地电

容；

（3）在施工过程中应严格要求规程敷设电缆，动力电缆与控制电缆分层敷设，避免干扰；

（4）加强对电缆沟等易受潮设备的检查，防止因电缆受潮引起直流接地的发生；工作时按照规范，避免人因造成直流接地。

参考文献：

[1] 李玉海等 电力主设备继电保护的理论实践及运行案例[M].北京：中国水利水电出版社，2009年。

作者简介：

孙旭威（1988—），男 ，学士， 助理工程师 ，辽宁红沿河核电有限公司，现从事继电保护工作。