论证分析：电压互感器二次回路反充电事故

　　0 引言

　　在各级继电保护运行管理规程中,都明确规定了系统一次设备倒闸操作时,应特别注意防止电压互感器二次回路向一次设备反充电。所谓反充电就是在倒闸操作过程中,由于操作不认真或操作票有误,造成双母线带电的电压互感器二次回路,与不带电的电压互感器二次回路相并联,其后果是使带电的电压互感器二次回路空气开关跳开,继而造成所有运行线路的交流二次回路电压消失。这是因为电压互感器相当于一个内阻极小的电压源,在正常情况下电压互感器二次负载是计量表计的电压线圈和继电保护及自动装置的电压线圈,其阻抗很大、工作电流很小,相当于变压器空载运行,故电压互感器二次空气开关容量很小,一般为1A。假设不带电的电压互感器一次对地阻抗为106Ω,则反应到二次回路的阻抗为Z2=106 /22002 =0.207 Ω(2200为母线电压互感器一次与二次之变比),那么在反充电过程中,会产生很大的电流(I=100/0.207A=483A),将运行的另一组电压互感器二次空气开关跳开,对所有运行的继电保护装置产生影响。如电压互感器二次空气开关跳不开,还会造成人身和设备损坏事故。因此,各类电气人员都需要认真防范电压互感器二次回路反充电事故。

　　1 事故经过

　　某变电站220kV一次接线为双母线带旁路方式,事故前运行方式为正常运行方式,220kV线路1在正母线运行,如图1所示。运行值班人员执行线路1正母线刀闸检修相关操作任务,即220kV线路1开关由正母线运行倒至副母线运行,220kV正母线改为母线检修,在操作至将220kV电压切换开关由“断开”位置切换至“投入”位置,拉开母联开关时,220kV正、副母线电压互感器二次空气开关跳开,220kV保护装置全部交流二次回路失压,并造成了两条220kV线路误动作跳闸。

　　2 原因分析

　　手动进行电压切换有两种方式:一种是切换开关在切换过程中,保护装置将瞬间失去电压,在切换前,应先停用该线路上所有电压保护,这种切换方式不会造成反充电,但需要停用保护,在实际运行中已不使用;另一种是切换开关在切换过程中,保护装置不会失去电压,保护不需要停用,但是两组电压互感器二次回路要并联。

　　电压互感器二次回路并联同样有两种形式,一种是电压切换开关BK由“断开”打至“投入”位置,如图2所示。因母联开关及其两侧刀闸在合闸位置,其相应辅助接点在闭合状态,则切换继电器QJ励磁,其常开接点闭合后,两组电压互感器二次回路电压并联。

　　另一种是双母线运行的开关的两侧母线刀闸同时运行时(刀闸双跨),刀闸辅助接点1G、2G动作,使1YQJ、2YQJ励磁,其常开接点闭合使两组电压互感器短时并联,也可以保证保护装置不失电,如图3所示。

　　这两种形式的电压互感器二次回路并联,必须保证两组电压互感器二次回路都带有正常电压,如果一组带电,一组不带电,则不允许二次回路并联。{page}

　　那么两组电压互感器二次回路并联怎样操作呢?由于正、副母线电压互感器的实际特性不完全一致,致使二次回路电压有压差,如果靠刀闸辅助接点或电压切换继电器的接点来切换二次回路电压,频繁操作可能使其接点烧损,导致接触不良或粘连(接触不良可能造成保护二次回路失压误动,粘连可能造成电压互感器二次回路并联)。而电压切换开关BK接点容量大,不会发生接点烧损现象,二次回路并联后,刀闸辅助接点或电压切换继电器的接点就在等电位上并联,不存在接点烧损或粘连现象,所以在倒母线操作之前,应先将电压切换开关BK由“断开”打至“投入”位置。

　　在这起事故中,实际操作操作是先将母差保护方式切换,热倒母线,再将电压切换开关从“断开”位置切至“投入”位置,母联开关改冷备用,电压互感器改冷备用。

　　从以上分析可以看出,电压切换开关BK应在热倒前投入“投入”位置,在倒排结束、母联开关断开之前投至“断开”位置,但值班员在倒排后将电压互感器二次回路并联,此时拉母联开关,正母线电压互感器失电,由于母联开关辅助接点断开要滞后于母联开关,也就是在母联开关辅助接点断开之前,正母线电压互感器已经失电,这样就造成副母线电压互感器通过二次回路对正母线电压互感器反充电,由于电流非常大,副母线电压互感器二次回路空气开关跳开,造成两条母线二次回路电压全部失去,致使220kV线路跳闸(因交流失压时,有区外故障,保护启动,导致保护误动出口跳闸)。

　　3 防范措施

　　1)从技术上讲,双母线接线方式下线路保护用电压的取用一般有两种方案,一种是取自母线电压互感器,一种是取自线路电压互感器,下面进行简单分析。

　　首先,传统的母线电压互感器,每条线路所配备的电压二次回路复杂,给运行管理带来不便。根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》的要求,220kV及以上电压等级的微机型线路保护应遵循相互独立的原则按照双重化配置,两套保护之间不应有任何电气联系,每套保护的交流电压、交流电流应分别取自电压互感器和电流互感器的互相独立的绕组,同时断路器和隔离开关的辅助接点,切换回路以及其它保护配合的相关回路亦应遵循相互独立的原则按双重化配置。

　　其次,在小方式时,电压互感器测量精度无法满足要求,电压互感器设备厂家文件规定:“电压互感器实际所带负荷一定在电压互感器额定容量的 (25%~100%)范围内时,才能保证测量精度。在实际工程设计中,一般按本母线上可能出现的最大负荷来选择额定容量。在变电站的实际运行中,本母线所带的线路(变压器)数量,并非一定在最大负荷对应的数量。在小运行方式时,本母线实际所带线路(变压器)数量可能小于对应额定容量的25%情况,这时就无法确保电压互感器的测量精度,这是母线公用电压互感器方案难以避免的缺陷。

　　对于取自线路的专用三相电压互感器来讲,电压二次绕组自供自足、自成系统,与外界无联系,接线简单,单元性强,不需要电压并列装置和电压切换装置,基本上不存在电压二次回路反充电的可能。而且电压互感器负荷恒定不变,设计选择的电压互感器二次额定容量,能确保测量精度。

　　在电气设计中,考虑线路配置三相电压互感器,从经济上比较,两者投资相差不大,推荐220kV线路采用装设三相电压互感器,这种互感器可以有效避免二次回路反充电事故。

　　2)双母线切换回路中采取的措施

　　一是当控制两组母线电压的切换继电器同时动作时,应发出信号。在发出信号期间,运行值班人员严禁断开母联开关,以防止电压互感器二次回路反充电。当切换继电器工作不正常,1YQJ、2YQJ处于失磁状态,应发出“交流电压回路断线”信号,此时运行值班人员应立即将与电压有关系的保护退出运行, 在保护回路电压恢复正常后,才允许将保护装置从新投入运行。

　　二是运行值班人员投入检修后电压互感器二次回路空气开关时,应测量空气开关下口,确认下口不带电后,方可投入电压互感器二次回路空气开关,否则有可能造成电压互感器二次回路反充电。

　　三是在倒母线操作时要规范操作顺序,在将一条母线线路全部倒至另一母线后,应首先拉开母线压变二次回路空气开关,其次才能拉开母线压变刀闸。

　　四是隔离开关辅助接点控制的1YQJ、2YQJ电压继电器,在断电时应保证可靠失磁复归。同时,其触点容量应保证在电压二次回路故障通过短路电流时,不致发生粘连现象,以防止造成通过电压互感器二次回路反充电。目前,使用的操作箱一般采用自保持的电压切换继电器,目的是确保一次刀闸辅助接点接触不良的情况下,保护装置不会失压。但同时在复归圈动作不可靠的情况下,若继电器自保持,则电压互感器将出现二次回路并联现象。因此,在继电器校验完毕后要求继电保护人员测量两组带自保持的1YQJ、2YQJ电压继电器,确保只有一组电压切换继电器动作。