電壓互感器投退時(shí)保護(hù)誤動(dòng)原因及對策

1、電壓互感器投退時(shí)保護(hù)誤動(dòng)原因及對策陳志勇（南寧鐵路局南寧供電段，工程師，廣西南寧，530003）摘 要：針對南昆線電氣化鐵路牽引變電所27.5KV電壓互感器故障及保護(hù)投退中存在的問題，分析了斷路器保護(hù)動(dòng)作的原因，提出相應(yīng)的防范措施，確保電氣化鐵路運(yùn)輸?shù)恼９╇?。關(guān)鍵詞：南昆線；牽引變電所；保護(hù)裝置；保護(hù)投退；電壓互感器；測量；壽命管理在南昆線電氣化鐵路牽引變電所使用的保護(hù)中，其中主變高壓側(cè)（110KV側(cè)）的后備保護(hù)、主變低壓側(cè)（27.5KV側(cè)）的后備保護(hù)、動(dòng)補(bǔ)電容低電壓保護(hù)、動(dòng)力變?nèi)毕啾Ｗo(hù)這四個(gè)保護(hù)的電壓參數(shù)均取自27.5KV側(cè)的同一臺(tái)電壓互感器（A 相用3TV，B相用4TV）上。當(dāng)3TV或4

2、TV出現(xiàn)故障或二次回路出現(xiàn)斷線、接觸不良等情況時(shí)，均會(huì)引起保護(hù)動(dòng)作，自2008年南昆線牽引變電所全部完成變電所保護(hù)大修以來，連續(xù)出現(xiàn)了幾起因保護(hù)投退不成功引起的斷路器保護(hù)動(dòng)作跳閘故障，擴(kuò)大了故障停電范圍，影響正常供電，干擾鐵路運(yùn)輸秩序。1 原因分析1.1 保護(hù)裝置保護(hù)投退操作過程繁瑣易導(dǎo)致誤操作以退出主變110KV側(cè)“過流I段”保護(hù)為例，下圖是保護(hù)裝置投退操作界面（如圖一）：操作過程如下：圖一：保護(hù)裝置投退操作界面圖在主變高后備保護(hù)裝置（WBH72C）主界面按“確認(rèn)”鍵。選擇“運(yùn)行操作菜單”。按“確認(rèn)”鍵。選擇“操作”鍵。按“確認(rèn)”鍵。提示輸入密碼，按“確認(rèn)”鍵。選擇“壓板投退”。按“確認(rèn)”鍵

3、。按“”或“”選擇相關(guān)保護(hù)名稱。選中保護(hù)名稱后，按“”、“ ”進(jìn)行修改?！啊北硎就度?、“×”表示退出。修改后按“確認(rèn)”鍵。彈出“是否確認(rèn)修改”， 按“確認(rèn)”鍵確認(rèn)修改。一直按“退出”鍵，直到返回到保護(hù)裝置主界面。再次重復(fù)以上步驟進(jìn)入查看核對。這僅僅是在一個(gè)保護(hù)裝置對一個(gè)保護(hù)進(jìn)行投退操作，就多達(dá)14個(gè)步驟，如需要退出多個(gè)保護(hù)時(shí)，就要到不同的裝置上重復(fù)以上步驟，稍微操作不慎都有可能造成斷路器保護(hù)動(dòng)作跳閘，如2008年7月8日百色變電所102QF跳閘、2009年8月4日平林變205QF（5號變斷路器）跳閘、2009年11月13日冊亨變電所4TV爆炸退出運(yùn)行后201QF跳閘，都是在投退保護(hù)過

4、程中出現(xiàn)失誤，未成功修改保護(hù)，引起保護(hù)動(dòng)作的情況。1.2 設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致誤動(dòng)1.2.1 互感器無備用引發(fā)誤動(dòng)。南昆線除南寧南、百色變電所兩個(gè)變電所有備用27.5KV電壓互感器外（A相有兩臺(tái)、B相有兩臺(tái)），其余7個(gè)變電所主變二次側(cè)（27.5KV側(cè)）每相只有一臺(tái)電壓互感器，下圖是變電所主變二次側(cè)系統(tǒng)接線圖（如圖二）：圖二：變電所二次側(cè)系統(tǒng)接線圖即A 相27.5KV電壓互感器二次電壓同時(shí)供給運(yùn)行主變110KV側(cè)低電壓啟運(yùn)過流段保護(hù)、27.5KV側(cè)A相低電壓啟動(dòng)過流段保護(hù)、動(dòng)力變?nèi)毕啾Ｗo(hù)、A 相并（動(dòng)）補(bǔ)低電壓保護(hù)。只要27.5KV電壓互感器發(fā)生故障或二次回路發(fā)生斷線、接觸不良時(shí)，就可使斷路器保護(hù)誤動(dòng)作

5、。如近期發(fā)生了2005年9月12日那桐變電所3TV開裂引起2#主變高壓側(cè)保護(hù)裝置過流I段保護(hù)動(dòng)作，2005年9月21日龍廣變電所3TV爆裂引起205QF缺相保護(hù)動(dòng)作，2009年11月13日冊亨變電所4TV爆炸引起205QF缺相保護(hù)動(dòng)作跳閘等。1.2.2 主變高壓側(cè)后備保護(hù)接線方式不科學(xué)。南昆線除南寧南變電所外，其余變電所牽引變壓器高壓側(cè)（110kV側(cè)）后備保護(hù)的“低電壓啟動(dòng)過流保護(hù)”所用的低電壓均采用低壓側(cè)的相和相電壓，如主變低壓側(cè)電壓互感器故障失壓，不能及時(shí)退出保護(hù)，遇到大電流時(shí)將引起主變高壓側(cè)斷路器跳閘，造成全所停電，擴(kuò)大停電范圍。1.3 對變壓器互感器管理不到位1.3.1 互感器絕緣介損

6、檢測不到位。一是因在實(shí)際檢測中因使用不同廠家的測試設(shè)備，各種型號也不一致，各種儀器的精度和誤差也不一樣，雖然每次測試的結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)值相比較都能滿足預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程的規(guī)定，但是給以后歷年數(shù)據(jù)分析帶來困難和不準(zhǔn)確性，無法摸清設(shè)備特性、絕緣狀況及變化規(guī)律；二是因絕緣試驗(yàn)受環(huán)境溫度、濕度以及設(shè)備絕緣的清潔度和表面泄漏的影響較大，對同一設(shè)備在不同的溫度下測試結(jié)果是不一樣的；三是當(dāng)測試介質(zhì)損失角正切值tg時(shí)，未測量tgf( U )的曲線，未觀察分析tg是否隨電壓而上升，來判斷絕緣內(nèi)部是否有分層、裂紋等缺陷。1.3.2 電壓突變引起互感器炸裂。電氣化鐵路負(fù)荷不穩(wěn)定，電壓波動(dòng)大，瞬時(shí)變化快，時(shí)低時(shí)高，即使電壓互感

7、器檢測結(jié)果正常，但因老化等因素，在電壓突變的情況下極易引起炸裂。如2009年11月13日冊亨變電所4TV發(fā)生爆炸故障，就因當(dāng)時(shí)B相母線電壓高達(dá)35.76KV，瞬間高幅值過電壓擊穿繞組絕緣造成匝間短路引起過電流，使電壓互感器絕緣介質(zhì)迅速汽化膨脹，引起電壓互感器爆炸。1.4 值班人員故障應(yīng)急處理能力不強(qiáng) 一是在故障處理時(shí)簡化程序，當(dāng)變電所發(fā)生電氣設(shè)備故障時(shí)，值班員不夠沉著冷靜，容易出現(xiàn)慌亂，匆忙之中遺漏和簡化了操作程序，如在操作到“”（投入）或“×”（退出）時(shí)，按“確認(rèn)”鍵后未等彈出“是否確認(rèn)修改”對話框再按“確認(rèn)”鍵，就直接按“退出”鍵回到主界面，沒有確認(rèn)修改，導(dǎo)致保護(hù)修改結(jié)果失敗；二

8、是對設(shè)備不熟，值班人員在操作保護(hù)投退時(shí)粗心大意，業(yè)務(wù)技能不熟，存在沒能做到對每一步操作進(jìn)行核對確認(rèn)，互控不到位等情況。因?yàn)闃I(yè)務(wù)不熟，雖然是一人操作一人監(jiān)護(hù)，當(dāng)有一人出現(xiàn)失誤，另一人也未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，互控形同虛設(shè)。1.5 主控室保護(hù)屏上的保護(hù)裝置顯示屏不合理。主控室保護(hù)屏上的保護(hù)裝置屏太小，亮度也不夠，能見角度小，安裝位置較高，最上方的保護(hù)裝置有1.8米高，百色變電所達(dá)到1.9米高，矮個(gè)子操作困難。在操作時(shí)站在顯示屏的正面看得清楚，稍偏位置就看不清，給旁邊監(jiān)護(hù)人員監(jiān)控不方便。矮個(gè)子要墊起腳尖操作，站立不牢靠，嚴(yán)重影響操作效率，延誤故障處理時(shí)間。2 對策及建議2.1 優(yōu)化操作程序及界面減少操作繁瑣一

9、是優(yōu)化操作程序，將投退操作程序中的繁瑣環(huán)節(jié)進(jìn)行清理，如“按“”或“”選擇相關(guān)保護(hù)名稱”等環(huán)節(jié)進(jìn)行清理，聯(lián)系廠家修改程序，實(shí)現(xiàn)每個(gè)投退環(huán)節(jié)自動(dòng)彈出選擇保護(hù)名稱，而不用按“”或“”來實(shí)現(xiàn)，以減少操作的繁瑣性；二是建議修改投退保護(hù)操作界面，把經(jīng)常使用的保護(hù)菜單置于操作界面第一層，對一個(gè)保護(hù)的投退操作，步驟越少越好，平時(shí)不常用的和不需要的保護(hù)放到后面或取消。2.2 技術(shù)改造彌補(bǔ)設(shè)計(jì)缺陷圖三：改造后變電所二次側(cè)系統(tǒng)接線圖2.2.1 增設(shè)兩臺(tái)備用互感器。在變電所高壓室預(yù)留的高壓分間增加安裝兩臺(tái)27.5KV電壓互感器，A、B相各一臺(tái)（如圖三），這樣在主變二次側(cè)（27.5KV側(cè)）每相母線各有兩臺(tái)電壓互感器，互

10、為備用，加強(qiáng)供電運(yùn)行連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性，當(dāng)其中一臺(tái)有故障時(shí)，能夠迅速投入另一臺(tái)電壓互感器，加快故障處理效率，縮短故障停電時(shí)間。2.2.1 修改主變高壓側(cè)后備保護(hù)接線方式。將主變高壓側(cè)后備保護(hù)“低電壓啟動(dòng)過流保護(hù)” 所用的低電壓改為從高壓側(cè)電壓互感器采取電壓，可以避免大電流時(shí)將引起主變高壓側(cè)斷路器跳閘的發(fā)生，縮小停電范圍。2.3 強(qiáng)化對電壓互感器的管理2.3.1 提高檢測精度。一是對電壓互感器的測量使用同一測試設(shè)備在相似的氣候環(huán)境下進(jìn)行測量；二是在進(jìn)行與溫度和濕度有關(guān)的各種試驗(yàn)(如測量直流電阻、絕緣電阻、tg等)時(shí)，應(yīng)同時(shí)測量被試品的溫度和周圍空氣的溫度和濕度（進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)，被試品溫度不應(yīng)

11、低于+5，戶外試驗(yàn)應(yīng)在良好的天氣進(jìn)行，且空氣相對濕度一般不高于80%），并將測試結(jié)果換算到同一溫度下進(jìn)行比較，視結(jié)果是否和初次值有明顯下降等；三是通過測量介質(zhì)損失角正切值tgf( U )的曲線，來判斷絕緣內(nèi)部是否有分層、裂紋等缺陷，左圖是介質(zhì)損失角正切值tg的曲線圖（如圖四）：圖四：介質(zhì)損失角正切值tg的曲線圖由tg1/R看出，良好絕緣的tg是不會(huì)隨試驗(yàn)電壓的升高而變化的（曲線1）；若絕緣產(chǎn)生分層或由于其它原因而使絕緣中含有氣隙，則在電壓升高到某一值時(shí)，空氣隙擊穿，引起較大的損耗，且隨著電壓的升高而急劇上升，此時(shí)的tg隨電壓升高也迅速增加（曲線2）；若將電壓回降，由于電壓作用時(shí)間的增長，氣體放

12、電增強(qiáng)，使得電壓回降時(shí)的tg比升高時(shí)的tg大，氣體放電將停止，曲線又重合，這樣就形成了曲線的閉環(huán)狀，tgf( U )開始轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電壓U，即為局部放電的起始電壓，這時(shí)若絕緣受潮或嚴(yán)重劣化，則測量到的tg就隨著電壓升高而增大，由于介質(zhì)發(fā)熱，溫度升高的原因，因而tg增加（曲線3），當(dāng)電壓回降時(shí)，絕緣的溫度已比較高，tg已增大，不能再回到原來的數(shù)值，因此tgf( U )的曲線呈開口環(huán)狀，因此，測量tgf( U )的曲線是判斷絕緣的好方法。2.3.2 對27.5KV電壓互感器實(shí)施壽命管理。電氣化鐵路因機(jī)車產(chǎn)生的電壓突變及諧波等因素，目前尚無解決辦法，對電壓互感器炸裂的問題，建立采用壽命管理的要求，對電壓

13、互感器規(guī)定運(yùn)行年限，到達(dá)使用年限立即給予更換。2.4 強(qiáng)化業(yè)務(wù)培訓(xùn)隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，新技術(shù)新設(shè)備的不斷投入使用，給檢修試驗(yàn)和變電所值班人員提出了更高的要求，因此提高職工的應(yīng)急處理能力也是必須的手段之一。一是提高應(yīng)急處理能力，搜集已發(fā)生的典型故障案例，對該類故障進(jìn)行分析并制定有針對性的防范措施，對值班員展開有針對性的應(yīng)急處理培訓(xùn)；二是強(qiáng)化職工業(yè)務(wù)能力，熟悉設(shè)備狀況，采用開展各工種崗位技能練兵競賽活動(dòng)及技術(shù)比武的方式，讓職工有機(jī)會(huì)在一起研討技術(shù)，取長補(bǔ)短，并在新設(shè)備投入使用前，派檢修和值班人員到施工現(xiàn)場跟班學(xué)習(xí)，并聯(lián)系廠家專業(yè)人員授課，以熟悉設(shè)備性能。2.6 適應(yīng)及逐步解決顯示屏不合理問題對既有保護(hù)屏過高的問題，配備小板橙，便于小個(gè)子值班員操作，并建議擴(kuò)大保護(hù)裝置顯示屏面積，使用高清晰度的液晶屏，便于值班員操作時(shí)觀察；同時(shí)結(jié)合設(shè)備更新改造及新所投入使用等工作，要求新設(shè)計(jì)的保護(hù)裝置高度不高于1.5米。3 結(jié)束語牽引變電所是電氣化鐵路的心臟，保護(hù)裝置又是保護(hù)牽引變電所電氣設(shè)備正常運(yùn)行的主要部件，設(shè)備質(zhì)量可靠程度和保護(hù)投退的成功與否，關(guān)系到牽引供電系統(tǒng)的安全。南昆線因27.5KV側(cè)電壓互感器故障及保