王东升

（利津县供电公司，山东 利津 257400）

1 事故简述

2010－09－21 T 06∶54∶35，110 kV城东变电站电厂并网线815开关“过流保护动作，Ic=12.8A”，并网线与电网解列。几乎同时2号主变“中后备过流Ⅰ时限动作，Ib=38.970 A”，300开关跳闸；“Ⅱ时限动作，Ib=38.970 A”，301开关跳闸；2号主变“差动保护动作，Idb=25.790”，101、901开关跳闸。考虑到电厂并网815线解列后，电厂过高的蒸汽温度、压力对锅炉及汽轮机可能造成大的设备损坏，17 min 10 s后，1号主变101开关手动合闸；14 s 53 ms后，中压侧开关301“偷合”，值班员发现后手动分闸；22 min 40 s 253 ms后，母联300及301开关同时“偷合”，1号主变 “中后备I时限动作”，300保护跳闸。报文显示，300开关每间隔约8 s储能完成后 “偷合”，这样连续跳合10次；301“偷合”4次，手动分闸4次。07∶36∶45 1号主变 “比率差动保护动作，Idb=6.05”，101、301、901保护 跳 闸 ；07∶36∶55显 示“主变轻瓦斯动作”，该站一次接线如图1所示。现场发现302开关柜已被大火完全烧毁，其后柜门2号主变母线进线室开关C相上静触头金属隔板处有短路烧蚀孔洞（图2），手车开关室上端邻接的仪表隔室端子排处也有一处短路烧蚀空洞，内部电缆全部烧毁。主变试验及吊芯检查，B相高、中线圈层间烧毁、扭曲，线圈托板、垫块脱落，A、C相中压线圈遭受短路电动力冲击已严重错位变形。该开关柜型号KYN61-40.5，内置ZN85真空开关，2004年3月生产，2005年7月变电站投入运行。

图1 城东变一次接线图

2 原因分析

2.1 保护动作分析

事故发生后，查看开关故障部位、分析SOE报文及微机保护动作信号，该故障首先由302开关C相上静触头盒处绝缘击穿引发，后贯通相邻B、C相引起三相短路所致。因并网线815过流保护时限为0.3 s，

图2 短路开关柜烧蚀孔洞

比主变低后备时限、中压侧中后备保护时限短，因此并网线815过流保护动作，使并网线与系统解列。此时故障继续存在，进一步引起2号主变中后备保护动作，I时限跳开300开关。从SOE报文分析，当时保护启动300开关跳闸时，0.3 s后开关没有及时分闸，此时达到中后备动作Ⅱ时限，启动2号主变跳302开关成功。由于开关三相短路产生的高温电弧击穿C相上静触头金属隔室挡板后，冲击到后面主变进线铜母排（在主变中压302开关CT主变侧），引起主变差动保护动作，2号主变102、902开关跳闸。

2.2 开关“偷合”分析

本次事故300、301开关之所以能够多次自动“偷合”，是合闸线圈HQ加上正电所致。从图3中可以看出有三条途径可以将正电加在HQ上：

（1）“五防闭锁接点导通”→“就地手合”或“遥合”→通过装置输出正电到开关柜HQ上；

（2）从302开关柜引至300（或301）开关柜的“三取二”二次电缆加上正电到开关柜HQ上；

（3）控制回路两点正接地。

从SOE报文和直流绝缘监视分析，可以排除（1）、（3）原因，下面对（2）进行分析。

302开关柜短路产生的高温不但将柜内分支套管绝缘护套燃烧起火，同时造成了302开关柜仪表隔室端子排处短路击穿，其短路产生的高温将接至端子排上彼此绝缘的二次线引燃并造成相互间短接。因该隔室内存在弹簧储能合闸直流电，因此该正电通过302开关柜“三取二”电缆（从302开关至母联300开关柜电缆、从302开关至301开关柜电缆）加到300开关及301开关合闸线圈HQ上（图3），合闸回路正电源→1QF及2QF常闭接点短接线（考虑变压器并列方式，施工时去掉 “三取二”功能，将图3中1QF、2QF常闭接点短接，二次电缆解开）→302开关至300开关柜“三取二”二次电缆及302开关至301开关柜二次电缆→300、301开关CK→300开关QF常闭接点及301开关常闭接点QF→300开关、301开关HQ→负电源。因301、300开关合闸线圈HQ从302开关柜二次电缆借到正电源，在运行人员合上1号主变101开关后，300、301开关自动合闸。当时302开关柜短路持续存在，引起1号主变中后备Ⅰ时限动作，跳300开关，开关8S弹簧储能完成后，又重新自动“偷合”。当时运行人员发现301自动合闸后，迅速将301开关手动分闸，由于加在301、300开关合闸线圈正电持续存在，因此300、301开关自动合闸，保护启动又跳闸，这样300开关连续跳合10次；301开关手跳4次，自动“偷合”4次，连续短路电流冲击，最终导致1号主变损坏。

2.3 开关燃火原因分析

由于302开关动静插头位于触头盒内，其通风性、散热性差。若操作时存在动静插头接触不良、插头偏心等原因将导致接触电阻增大→局部发热→接触电阻再增大→扩大发热面积恶性循环，发热越来越严重，持续高温导致静触头盒绝缘材料劣化，绝缘性能下降，最终造成开关柜崩烧。

该开关柜安装了加热除湿装置，目前最常用的办法是在电缆室、断路器室各安装一个梳状铝合金加热板和湿度传感器，自动或人工启动加热板利用空气散热，能否起作用是个问题。雨天时，温度低且湿度大的空气遇到开关母排及动静触头接触部位时，易发生凝露现象，引起放电发热。设计技术角度上，由于考虑开关柜内部带电导体电压等级高、空间距离限制因素，为满足带电体间的绝缘要求，采取了对柜内导体表面包裹绝缘护套增强绝缘能力的方法。由于材料原因（国内产品与国外的差距）长期发热，导致绝缘护套老化变硬，绝缘进一步下降，形成恶性循环，长期绝缘电老化、热老化等累积效应触发短路发生。故障前，该站存在35 kV开关设备放电现象怀疑由此引起。

302开关柜不满足GB3906、DL/T404、DL/T593等技术标准要求，是直接导致本次事故的主要原因。按照技术要求，其开关柜内部护套等元件应具备阻燃、耐受短路产生热效应的防火条件。由于302开关柜内绝缘护套起火蔓延，不但使邻接的开关柜烧毁，而且引燃二次电缆将正电持续加到300、301开关，导致设备遭受多次短路冲击，使事故进一步扩大和加剧。

图3 300开关操作回路原理图

2.4 开关柜缺陷分析

按照技术标准要求，内部短路故障产生的热膨胀冲击应使母线室、主变进线室压力释放挡板打开，后柜门观察窗玻璃应具有与金属柜门同等机械强度，保护人员安全。整个故障过程中，存在压力释放挡板没有打开，后柜门观察窗玻璃已严重击碎缺陷。其原因为该开关柜存在后柜门制造结构及材料缺陷所致。事故统计资料表明，在其它变电站运行的该厂家开关先前已发生两次因产品质量不合格导致的设备故障。为此，公司对该厂生产的入网开关进行了技术改造，并采取禁止该厂参加公司设备招标措施。

《继电保护和安全自动装置技术规程》规定：各级电压的断路器应尽量附有防止跳跃的回路。由于302开关柜缺少自身防跳跃继电器，当短路故障时，300、301开关既有跳闸脉冲信号，又同时存在“三取二”二次电缆引来的合闸脉冲信号，是能够多次跳合导致主变烧毁的主要原因。该站使用保护装置的防跳跃功能，缺少开关柜自身防跳跃功能。保护装置内部防跳跃继电器（图3中TBJI及TBJV）作用：当保护跳闸或手动/遥跳时，TBJI继电器线圈启动→TBJI常开接点闭合自保持→TBJV继电器线圈启动→如果同时有合闸脉冲，TBJV常开接点自保持、合闸回路中TBJV常闭接点断开→合闸线圈HQ没有正电不能合闸，保证了跳合闸脉冲同时存在时，仅分闸，不能合闸，避免了分合跳跃发生。以上分析可以看出，保护装置自身防跳跃继电器仅对装置中存在合闸脉冲起作用，如遇到本次事故中“三取二”二次电缆正电直接加到开关柜HQ上不起作用。这也是省集团公司“反措”规定“保留开关柜防跳跃继电器，去掉保护防跳跃继电器”的根本原因。

2.5 保护装置功能不完善分析

运行人员在控制盘手动分合中压侧控制二次开关时，SOE报文中仅有手跳信号，但缺少手合信号。图3遥跳或手跳分闸回路中，有一个“STCDB”重动继电器，有其发出“手跳”信号。因合闸回路中没有相应继电器，因此报文中缺少“手合”遥信。

301开关最后一次自动合闸时，运行人员曾将装置二次控制开关手动拉开，使装置失压，但报文中没有“装置故障”遥信。《继电保护和安全自动装置技术规程》规定：对继电保护和自动装置，应有经常监视操作电源的装置，监视装置应通过自动化系统向远方传送信号。事后检查发现，反映该信号的装置硬接点“BSJ＋、BSJ-”由于没有开出信号接线，导致报文中没有该信号。

2.6 保护设置分析

由于故障点位于中压母线处 （图1），815开关承受短路电流达到了51.2 kA，比其额定短路开断电流40 kA大许多，危害性大。从保护电网、开关及母线角度，应将定值0.3 s改为0 s为宜（表1）。当保护范围内发生短路时，应迅速将并网线跳闸解列，切除小电源点，减少短路电流，“舍小保大”，优先保证电网、设备安全。

故障时，2号主变中后备保护动作Ⅰ时限1.3 s跳300开关，因短路点不在保护范围内（图1），然后Ⅱ时限1.6 s跳开302开关，将故障隔离。当时通过300、301开关短路电流为38.97 kA，持续时间达1.6 s，而开关额定短路开断电流仅为31.5 kA。假如主变中压侧增加一套限时速断保护，动作值与中压馈线限时速断动作值配合，时限比线路时限0.3 s高0.3 s，整定为0.6 s。这样当中压母线短路时，既满足保护范围的选择性、快速性，同时与1.6 s相比缩短短路电流持续时间1.0 s，将可减轻短路对设备造成的损害。

表1 保护设置一览表

3 采取的措施

对设备线夹、穿墙套管、主变套管、母线套管、开关柜触头盒易发热部位安装在线温感器，根据设定温度自动报警，实现在线监测并进行状态检修。

夏季时，开关柜存在负荷大、室内温度高，内部通风散热差，易造成护套老化、变硬、绝缘性能下降现象。特别雨季，发热元件表面产生的凝露很容易造成开关内部元件放电。在高压开关室内安装空调、除湿机设备，降温及降低空气湿度。

开关柜招标技术协议中，要求柜内导体采用的绝缘护套材料应为通过型式试验的合格产品，使用寿命应不少于20年，防止发热变硬老化。进出线套管、机械活门、母排拐弯处等场强较为集中的部位，采取倒角打磨等措施，防止尖端放电发生。柜体观察窗要求应使用机械强度与外壳相当的内有接地屏蔽网的钢化玻璃遮板。玻璃遮板应安装紧固，位置应满足观察需要等技术要求。

将“三取二”二次电缆从开关柜中抽出，防止产生寄生回路。

开关柜内安装开关防跳跃继电器（图4中K0继电器），其作用：当开关在合闸状态时，开关常开辅助接点闭合，此时如同时出现手合/遥合、重合闸脉冲或通过二次控制电缆给开关柜合闸回路开入正电，将启动K0线圈动作，与其线圈相连的K0常开辅助接点实现自保持，使得与合闸线圈HQ相连的常闭接点K0断开，开关不能合闸，实现了防跳跃功能。同时在保护装置操作板上将图4中的TBJV常闭接点用连线焊接短接 （图中TBJV常闭接点虚线部分），则保护装置防跳跃失效。满足了反措“保留开关柜防跳跃，去掉保护防跳跃功能”的要求。图4中分闸“绿灯”回路若不进行相应改造，将存在开关在合闸时，合位“红灯”、分位“绿灯”同时亮的现象。为此必须将保护装置板上的TWJ线圈负端P4-5与合闸回路P4-4分开，单独接开关的一副常闭接点，如图4中“绿灯”虚线部分。图3中“绿灯”亮，其作用是监视合闸回路的完好性及表明开关在 “分闸位置”；改造后，“绿灯”亮仅是表明开关在“分闸位置”。合闸回路中如果存在未储能CK断开、开关常闭接点QF断开、手车试验/工作位置不到位等，报文将显示“控制回路断线”告警及“运行灯”变色信号，这也是改造前后的主要区别。

为便于报告分析的真实完整性，积极与厂家进行技术沟通，要求装置内增加“手合”重动继电器，产生“手合”信号。同时对装置硬接点“BSJ”用外部接线开入其他测控装置，上传“装置故障”遥信告警信号，便于装置失压时引起值班人员注意。

图4 300开关操作回路改造原理图

4 结语

由于开关柜招标技术协议中引用的国标、电力行标较多，订货方往往对协议中应采用的最新标准、规范引不起足够重视，一旦设备出现质量索赔，将使订货方处于不利位置。

开关柜内部涉及的元器件较多，同类型产品，不同的厂家价格悬殊较大。这就要求技术协议中不但应列细必做型式试验的元件及对技术细节方面的特殊要求，而且也要对内部元件的具体生产厂家做出要求，防止厂家打擦边球，钻技术协议漏洞。目前，国标低于行标，生产厂家为节约成本，往往采用国标，这点应引起足够重视。

二次回路与一次回路相比较而言，回路中元件点多面广，接线错综复杂，设计及施工中存在的隐形缺陷很难发现，将对电网的安全可靠运行埋下事故隐患和难以预测的后果，也是运行管理中难点和重点所在。强化二次回路的施工工艺及交接试验、验收等环节的技术管理工作，显得尤为突出。

目前，设备生产厂家良莠不齐，部分厂家实行内部元件外购拼装而成，其产品在安全可靠、性能优劣方面，用户很难控制和甄别。设备选购时，要综合考虑市场占用率、品牌知名度、用户满意度，生产规模等因素，优先采用合格的厂家产品，确保电网、设备、人身安全。