國網河南省電力公司檢修公司的研究人員馮順、焦海龍， 在2018年第1期《電氣技術》雜誌上撰文， 分析了一起220kV變電站全站失壓的事故， 事故起因在於倒閘操作中母線隔離開關輔助接點切換不到位導致電壓切換回路異常致使PT保護二次空開跳閘。 同時由於站內備自投裝置邏輯在防PT異常失壓後誤動作的措施不足導致220kV變電站全站失壓。
文章介紹了電壓切換回路的國網規程要求， 並對備自投裝置邏輯進行優化的以期為220kV變電站運行維護提供參考。
220kV變電站是地區電網中的重要網站， 220kV變電站的安全穩定運行對地區電網供電可靠性具有較大影響。
1 事故過程
×年×月×日， 220kV JC變電站計畫開展220kV 2502線路2502斷路器II母側隔離開關大修， 220kV部分主接線示意圖如圖1所示， 事故前220kV 2501斷路器熱備用于220kV Ⅰ段母線， 220kV 2502斷路器處於檢修狀態。
運行人員將220kV Ⅱ母負荷轉移到220kV Ⅰ母線後， 9時47分調度下令斷開220kV母聯2102斷路器， 220kV母線進線備自投動作跳開220kV 2504斷路器、2503斷路器， 出口合2501斷路器， 接著2501線路雙套保護距離手合加速動作跳開2501斷路器， 導致220kV變電站220kV進線均斷開， 220kV JC變電站全站失壓。
圖1 JC變電站220kV主接線示意圖
圖2 保護動作時序圖
2 事故分析
2.1 PT二次空開跳閘原因分析
運行人員遙控斷開220kV母聯2102斷路器， 220kV Ⅱ段母線處於停電狀態， 並列櫃電壓監視繼電器返回， 而此時後臺報220kV PT並列裝置Ⅰ母、Ⅱ母失壓信號， 從故障錄波圖如圖3所示中看出， 2102斷路器在波形尺規位置處於分閘位置， 此時220kV Ⅰ、Ⅱ段母線PT二次電壓均降低至50%UN左右且二者波形完全一致， 220kV Ⅱ段母線PT二次仍有電壓（II母一次設備已經停電)， 可推斷I、II母PT二次側出現並列運行， 波形顯示6s後I母空開跳閘， 故障錄波圖如圖4所示。
圖3 2102斷路器斷開PT二次電壓波形圖
圖4 Ⅰ母PT保護電壓空開跳閘時刻圖
現場檢查發現現場運行人員將2504線路2504斷路器由220kV Ⅱ段母線倒閘由Ⅰ段母線運行時2504斷路器II母側隔離開關輔助接點因刀閘轉換開關未變位元， 致使Ⅱ母電壓切換繼電器未複歸， 保持動作狀態， 而此時2504斷路器I母隔離開關已合閘且輔助接點轉換到位， Ⅰ母電壓切換繼電器動作， 形成Ⅰ、Ⅱ母電壓切換繼電器同時動作， 將I、II母二次電壓並列， 電壓切換回路如圖5所示。
圖5 電壓切換回路
由圖5原理圖可知1YQJ6、1YQJ7、2YQJ6、2YQJ7同時動作，其繼電器輔助接點均閉合，導致I母二次電壓向II母PT反充電，電壓互感器變比為2200/1，停電的一次阻抗雖然較大，但等效到二次側變為一次側的(1/2200)²,等效阻抗將變得很小，其後果會造成二次回路流過大電流，造成空開跳閘。
現場PT保護空開型號為B6，空開的動作特性為反時限，即電流越大，動作時間越短，由於現場無二次反充電時空開電流資料，但是從故障錄波來看，空開6s左右跳閘是符合空開動作特性的。
2.2 220kV備自投動作行為分析
JC變電站備自投裝置為四方CSC-246A裝置。JC變變電站進線/母聯備自投的動作判據及邏輯為：當母線電壓低於母線無壓判據定值，主供線路電流小於無流判據定值，且備供線路/備用母線的電壓大於備供線路或備用母線有壓判據定值時，備自投經延時T1動作跳開主供線路斷路器，後再經延時T2合上備供線路或母聯斷路器，其示意邏輯圖如圖6所示。
圖6 JC變電站備自投動作邏輯
事故前JC變電站備自投狀態為功能正確投入，因2502線路2502斷路器檢修，備自投裝置當時狀態為：2502斷路器相關出口連接片退出，2502斷路器檢修狀態投入，其餘三回220kV線路備自投功能正常投入。
220kV Ⅰ段母線PT二次保護電壓空開跳閘後，220kV Ⅰ、Ⅱ段母線二次電壓失壓，220kV 備自投裝置進入備自投判斷邏輯，因滿足其動作條件：
1、220kV Ⅰ、Ⅱ段母線二次電壓失壓；
2、備自投有流判據滿足動作條件（該備自投裝置有流閉鎖定值為0.5A，故障錄波測得2504斷路器、2503斷路器流過最大二次電流為0.2A，達到有流閉鎖定值），220kV備用電源自投裝置經過定值延時1506ms（裝置內延時跳閘定值為1.5s）後出口跳開主供線路2504斷路器、2503斷路器，後經定值延時3050ms（裝置內延時合閘定值為3s）出口合上備用2501斷路器。2501線路保護因距離手合加速動作跳開2501斷路器。
2.3 2501線路距離手合加速跳閘分析
2501線路保護型號為CSC-103B和CSC-103BN。其距離手合加速需滿足以下條件：
1)電流突變量啟動；
2)加速距離段測量阻抗滿足接地或相間距離Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段其中一段定值；
3)手動合閘加速動作。三相開關跳位元10S後又有電流突變量啟動，則判為手動合閘，投入手合加速動能，PT斷線不閉鎖手動合閘加速。
220kV備自投裝置出口合2501斷路器，2501斷路器合上後因220kVⅠ段母線PT二次保護電壓失壓，且電流有非常大突變（從0到負荷電流，且對主變進行充電產生勵磁湧流，電流為負荷電流和勵磁湧流疊加），使得測量阻抗很小，同時滿足手合加速動作條件，距離手合加速動作，線路保護出口永跳2501斷路器。
3 預防措施
3.1 PT二次空開跳閘預防措施
電壓切換回路採用雙位置啟動方式的優點是當隔離開關輔助接點接觸不良，保護不失去交流電壓。但是一個嚴重的缺陷是倒閘操作時，如隔離開關動合觸點打開，動斷觸點未閉合時，I、II母的二次交流電壓會同時接通，造成空開跳閘或者繼電器觸點燒毀。
國家電網企業標Q/GDW—1161—2014《線路保護及輔助裝置標準化設計規範》中明確規定電壓切換回路中隔離開關輔助接點採用單位置輸入方式預防此類事故。JC變電站電壓切換回路隔離開關輔助接點採用雙位置輸入方式時是造成PT二次空開跳閘的根本原因，應對切換回路進行改造。
3.2 220kV備自投動作行為預防措施
按照JC變電站備自投動作邏輯，當線路在輕載運行時（負荷電流小於備自投裝置整定的無流定值），如果發生母線PT異常失壓，備自投將會動作出口，即目前的備自投在特殊運行情況下防PT異常失壓後誤動作的措施不足。
經分析，可通過增加主供線路電壓和開關位置的判別措施來解決當前備自投存在的上述問題，即優化後的動作判據有兩種：
當母線電壓低於母線無壓判據定值，主供線路電流小於無流判據定值，備供線路/備用母線電壓大於備線/備用母線有壓判據定值，主供線路開關在合位元且線路無壓時，備自投經延時T1動作跳開主供線路開關，後再經延時T2合上備供線路或母聯開關。
當母線電壓低於母線無壓判據定值，主供線路電流小於無流判據定值，備供線路/備用母線電
壓大於備線/備用母線有壓判據定值，且主供線路開關在分位元時，備自投經延時T1動作跳開主供線路開關，後再經延時T2合上備供線路/母聯開關。優化後的動作邏輯圖如圖7所示。
圖7 優化後的備自投動作邏輯圖
4 結語
JC變電站全站失壓的原因在於電壓切換回路採用了隔離開關雙位置輸入方式導致二次反充電PT空開跳閘及備自投防PT異常失壓後誤動措施不足綜合造成的，通過對切換回路的改造及優化後的備自投動作邏輯可以有效避免類似事故的發生。
由圖5原理圖可知1YQJ6、1YQJ7、2YQJ6、2YQJ7同時動作，其繼電器輔助接點均閉合，導致I母二次電壓向II母PT反充電，電壓互感器變比為2200/1，停電的一次阻抗雖然較大，但等效到二次側變為一次側的(1/2200)²,等效阻抗將變得很小，其後果會造成二次回路流過大電流，造成空開跳閘。
現場PT保護空開型號為B6，空開的動作特性為反時限，即電流越大，動作時間越短，由於現場無二次反充電時空開電流資料，但是從故障錄波來看，空開6s左右跳閘是符合空開動作特性的。
2.2 220kV備自投動作行為分析
JC變電站備自投裝置為四方CSC-246A裝置。JC變變電站進線/母聯備自投的動作判據及邏輯為：當母線電壓低於母線無壓判據定值，主供線路電流小於無流判據定值，且備供線路/備用母線的電壓大於備供線路或備用母線有壓判據定值時，備自投經延時T1動作跳開主供線路斷路器，後再經延時T2合上備供線路或母聯斷路器，其示意邏輯圖如圖6所示。
圖6 JC變電站備自投動作邏輯
事故前JC變電站備自投狀態為功能正確投入，因2502線路2502斷路器檢修，備自投裝置當時狀態為：2502斷路器相關出口連接片退出，2502斷路器檢修狀態投入，其餘三回220kV線路備自投功能正常投入。
220kV Ⅰ段母線PT二次保護電壓空開跳閘後，220kV Ⅰ、Ⅱ段母線二次電壓失壓，220kV 備自投裝置進入備自投判斷邏輯，因滿足其動作條件：
1、220kV Ⅰ、Ⅱ段母線二次電壓失壓；
2、備自投有流判據滿足動作條件（該備自投裝置有流閉鎖定值為0.5A，故障錄波測得2504斷路器、2503斷路器流過最大二次電流為0.2A，達到有流閉鎖定值），220kV備用電源自投裝置經過定值延時1506ms（裝置內延時跳閘定值為1.5s）後出口跳開主供線路2504斷路器、2503斷路器，後經定值延時3050ms（裝置內延時合閘定值為3s）出口合上備用2501斷路器。2501線路保護因距離手合加速動作跳開2501斷路器。
2.3 2501線路距離手合加速跳閘分析
2501線路保護型號為CSC-103B和CSC-103BN。其距離手合加速需滿足以下條件：
1)電流突變量啟動；
2)加速距離段測量阻抗滿足接地或相間距離Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段其中一段定值；
3)手動合閘加速動作。三相開關跳位元10S後又有電流突變量啟動，則判為手動合閘，投入手合加速動能，PT斷線不閉鎖手動合閘加速。
220kV備自投裝置出口合2501斷路器，2501斷路器合上後因220kVⅠ段母線PT二次保護電壓失壓，且電流有非常大突變（從0到負荷電流，且對主變進行充電產生勵磁湧流，電流為負荷電流和勵磁湧流疊加），使得測量阻抗很小，同時滿足手合加速動作條件，距離手合加速動作，線路保護出口永跳2501斷路器。
3 預防措施
3.1 PT二次空開跳閘預防措施
電壓切換回路採用雙位置啟動方式的優點是當隔離開關輔助接點接觸不良，保護不失去交流電壓。但是一個嚴重的缺陷是倒閘操作時，如隔離開關動合觸點打開，動斷觸點未閉合時，I、II母的二次交流電壓會同時接通，造成空開跳閘或者繼電器觸點燒毀。
國家電網企業標Q/GDW—1161—2014《線路保護及輔助裝置標準化設計規範》中明確規定電壓切換回路中隔離開關輔助接點採用單位置輸入方式預防此類事故。JC變電站電壓切換回路隔離開關輔助接點採用雙位置輸入方式時是造成PT二次空開跳閘的根本原因，應對切換回路進行改造。
3.2 220kV備自投動作行為預防措施
按照JC變電站備自投動作邏輯，當線路在輕載運行時（負荷電流小於備自投裝置整定的無流定值），如果發生母線PT異常失壓，備自投將會動作出口，即目前的備自投在特殊運行情況下防PT異常失壓後誤動作的措施不足。
經分析，可通過增加主供線路電壓和開關位置的判別措施來解決當前備自投存在的上述問題，即優化後的動作判據有兩種：
當母線電壓低於母線無壓判據定值，主供線路電流小於無流判據定值，備供線路/備用母線電壓大於備線/備用母線有壓判據定值，主供線路開關在合位元且線路無壓時，備自投經延時T1動作跳開主供線路開關，後再經延時T2合上備供線路或母聯開關。
當母線電壓低於母線無壓判據定值，主供線路電流小於無流判據定值，備供線路/備用母線電
壓大於備線/備用母線有壓判據定值，且主供線路開關在分位元時，備自投經延時T1動作跳開主供線路開關，後再經延時T2合上備供線路/母聯開關。優化後的動作邏輯圖如圖7所示。
圖7 優化後的備自投動作邏輯圖
4 結語
JC變電站全站失壓的原因在於電壓切換回路採用了隔離開關雙位置輸入方式導致二次反充電PT空開跳閘及備自投防PT異常失壓後誤動措施不足綜合造成的，通過對切換回路的改造及優化後的備自投動作邏輯可以有效避免類似事故的發生。