[摘要]微機(jī)母線差動保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。文章結(jié)合工程實例探討分析220kV母線差動保護(hù)動作行為并提出改進(jìn)措施。

[關(guān)鍵詞]變電站；母線；差動保護(hù)；行為分析

[作者簡介]葉保璇，武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院在職工程碩士，海南電網(wǎng)文昌供電公司工程師，研究方向：繼電保護(hù)調(diào)試、高壓試驗、變電檢修，海南文昌，571300

[中圖分類號]TM773

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1007-7723(2009)09-0153-0002

一、引言

目前，微機(jī)母線差動保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。考慮到系統(tǒng)運行的需要和操作上的靈活可靠性，國內(nèi)220kV變電站高壓母線大部分采用雙母線接線方式，其中，母聯(lián)開關(guān)常常裝設(shè)一組或兩組電流互感器(簡稱CT)。在母聯(lián)開關(guān)與母聯(lián)CT之間的地方，電力專業(yè)中常稱之為“死區(qū)”。根據(jù)實踐統(tǒng)計，發(fā)生死區(qū)故障的幾率相對較小。正是因為小概率事件，才導(dǎo)致人們較少考慮到死區(qū)保護(hù)的重要性。為引起人們對母聯(lián)死區(qū)保護(hù)的足夠重視，本文以一起事故事例，詳細(xì)分析母聯(lián)死區(qū)保護(hù)的成因的動作機(jī)理，并對這種保護(hù)提出改進(jìn)措施。

某日17時54分，某一220kV變電站(記名為220kV G站)母線差動保護(hù)動作，切除220kV I母、220kVⅡ母所有線路開關(guān)及母聯(lián)2012開關(guān)，導(dǎo)致220kV G站全站失壓，與之有電氣聯(lián)系的6個1lOkV變電站同時失壓。該起失壓事故共造成負(fù)荷損失約300MW。

二、事故前220kV G站的運行方式

220kV G站雙母線并列運行，母聯(lián)2012開關(guān)處于合位，線路2701開關(guān)、線路2801開關(guān)、線路2901開關(guān)、#1主變變高2201開關(guān)、#3主變變高2203開關(guān)掛1M(I母)運行；線路2702開關(guān)、線路2802開關(guān)、線路2902開關(guān)、#2主變變高2202開關(guān)掛2iVf(Ⅱ母)運行。母聯(lián)CT裝在Ⅱ母側(cè)，其極性與Ⅱ母#元件一致。另外，#3主變中性點接地運行。

三、事故表象及保護(hù)動作情況

17時54分，220kV G站母線差動保護(hù)動作，切除220kV I母、220kVⅡ母所有線路開關(guān)及母聯(lián)2012開關(guān)，導(dǎo)致220kV G站全站失壓，與之有電氣聯(lián)系的6個110kV變電站同時失壓?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)母聯(lián)三相開關(guān)氣動機(jī)構(gòu)儲壓罐與開關(guān)構(gòu)架連接處出現(xiàn)燒黑現(xiàn)象，有明顯放電痕跡。放電跡象初步顯示，母聯(lián)開關(guān)外部故障(母線故障)。

查尋保護(hù)動作記錄及錄波文件，可知故障發(fā)生至40ms時，I母、II母母線B相電壓降低至幾乎為0，所有間隔B相電流明顯增大，由此可判斷發(fā)生B相接地故障。

40ms之后，I母三相電壓變?yōu)?，掛I母運行的間隔(線路2701、線路2801、線路2901、#l主變變高、#3主變變高)三相電流變?yōu)?，Ⅱ母B相電壓仍接近0。母聯(lián)間隔B相電流增大。

195ms后，II母三相電壓變?yōu)?，掛Ⅱ母運行的所有間隔(線路2702、線路2802、線路2902、#2主變變高)三相電流變?yōu)?，母聯(lián)電流變?yōu)?。

四、母線差動保護(hù)保護(hù)裝置動作機(jī)理

雙母線系統(tǒng)母線差動保護(hù)常設(shè)置大差及各段母線小差保護(hù)，大差為除母聯(lián)(或分段)之外母線上所有元件構(gòu)成的差流，小差為每段母線上所有元件(包括母聯(lián)或分段)構(gòu)成的差流。大差作為起動元件，用以區(qū)分母線區(qū)內(nèi)外故障；小差為故障母線的選擇元件。

對于母聯(lián)并列運行發(fā)生死區(qū)故障，母聯(lián)開關(guān)接點一旦處于分位，再考慮主接點與輔助接點之間的先后時序(50ms)，即封母聯(lián)cT(母聯(lián)電流不計入小差比率元件)，則另一段母線母差可動作切除故障。

五、保護(hù)動作行為分析

故障發(fā)生在220kVG站母聯(lián)2012開關(guān)B相，故障初始時刻大差和I母小差均有差流，故障電流有效值約為21.2kA，達(dá)到母差保護(hù)差流定值(母差保護(hù)定值為2.4kA)；故障持續(xù)40ms后I母差動保護(hù)先動作，跳開掛I母運行的所有間隔開關(guān)。

40ms后由于母聯(lián)B相仍然存在故障電流，而母聯(lián)開關(guān)已經(jīng)跳開，從保護(hù)角度可判斷為母聯(lián)開關(guān)和CT之間發(fā)生了死區(qū)故障。此時，在I母小差動作、母聯(lián)開關(guān)跳閘后，故障仍然存在大差電流元件不返回，而母聯(lián)CT仍有電流，Ⅱ母提供的故障電流有效值約為14.4kA，約98ms時母差保護(hù)判斷發(fā)生母聯(lián)死區(qū)故障，BP-2B根據(jù)母聯(lián)開關(guān)的狀態(tài)延時50ms封母聯(lián)CT(約148ms時)，此時I母小差電流消失，II母出現(xiàn)差流，195ms時II母小差動作跳開掛II母運行的所有間隔開關(guān)，至此故障完全切除。

六、事故原因深層剖析及調(diào)查認(rèn)定

從繼電保護(hù)的角度上看，無論是理論上的分析，還是錄波數(shù)據(jù)的推演，事故是由于母聯(lián)死區(qū)故障引起的都是合理的解釋。然而卻不能解釋外在的表象問題。開關(guān)外部有明顯的放電痕跡，說明有接地故障，而此故障點并非死區(qū)位置，應(yīng)屬母線故障。如此一來，保護(hù)動作行為就屬誤動作。從不同的專業(yè)角度，得出兩種截然不同的結(jié)論，這正是問題的關(guān)鍵所在。

根據(jù)“四不放過”原則，從繼電保護(hù)和檢修兩個專業(yè)角度進(jìn)行深度調(diào)查分析，以認(rèn)定事故真正原因。

(一)繼電保護(hù)專業(yè)開展的調(diào)查工作

1、調(diào)查值班記錄，故障時段G站無任何操作工作，排除運行人員誤操作可能。

2、核對所有間隔裝置定值與保護(hù)定值單，結(jié)果無誤。

3、核對母線保護(hù)的外部電流、電壓回路接線無錯誤，端子無接觸不良現(xiàn)象。

4、母差CT一點接地良好，滿足反措及有關(guān)規(guī)程要求。

5、母線保護(hù)的CT回路及相關(guān)二次回路絕緣測試，結(jié)果滿足運行規(guī)程要求。

6、對保護(hù)裝置進(jìn)行故障模擬試驗，保護(hù)動作行為正常，試驗結(jié)果表明保護(hù)裝置無異常。

(二)檢修專業(yè)開展的調(diào)查工作

檢修人員抽母聯(lián)2012開關(guān)三相氣室內(nèi)SF6氣體進(jìn)行成分分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)B相開關(guān)氣室內(nèi)氣體含有大量的二氧化硫及氟化亞硫酰成分，這是強電弧放電拉弧時SF6氣體分解物。分析表明開關(guān)內(nèi)部曾發(fā)生過嚴(yán)重的放電情況。

為揭示事故真相，變電部門決定對開關(guān)進(jìn)行解剖，以進(jìn)一步確定事故原委。開關(guān)解體后，發(fā)現(xiàn)開關(guān)B相內(nèi)部有明顯的灼燒痕跡和大量的燒灼物。至此，可以斷定故障情況是母聯(lián)2012開關(guān)B相的主導(dǎo)體對開關(guān)金屬外殼放電。由于故障電流較大，一部分通過B相開關(guān)構(gòu)架注入地網(wǎng)，另一部分通過開關(guān)氣動機(jī)構(gòu)儲壓罐的連接管分別經(jīng)過A相和c相開關(guān)構(gòu)架注入地網(wǎng)。在三相開關(guān)的氣動機(jī)構(gòu)儲壓罐與開關(guān)構(gòu)架連接處，因焊接面積較小，在大電流通過的情況下出現(xiàn)灼燒現(xiàn)象。

七、改進(jìn)措施及建議

本文案例中母聯(lián)CT為單CT接線形式，CT同時接入I母小差和II母小差電流回路中。當(dāng)發(fā)生死區(qū)故障時，靠延時檢測母聯(lián)開關(guān)位置封CT來切除原則上應(yīng)跳開的母線，但在切母聯(lián)的同時切除了不應(yīng)停運的另一條母線，擴(kuò)大了停電范圍，這是其最主要的缺點。

鑒于這種缺點，本著提高供電可靠性的思想，本文提出一種改進(jìn)措施。采用雙母線母聯(lián)雙CT交叉接線的配置方式，CT交叉計入小差回路；同時增加該兩個CT電流瞬時值之和的絕對值作為啟動判據(jù)。當(dāng)絕對值約為0時(考慮誤差因素)，判為母線故障，電壓閉鎖開放，相應(yīng)母線小差出口跳閘，瞬時切除故障；當(dāng)絕對值達(dá)到一定值時，判為死區(qū)故障，這時只跳母聯(lián)，確認(rèn)母聯(lián)開關(guān)分位后，同時封母聯(lián)雙CT，此時大差仍啟動，死區(qū)位置側(cè)母線小差動作，電壓閉鎖開放，該母線小差保護(hù)出口跳開該母線所有元件，切除故障，此時另一母線小差不動作，少切一條母線。

這種接線方式和邏輯改進(jìn)，可以保證少切除正常母線的作用，減小停運元件的范圍，提高了供電可靠性，是一種值得嘗試的改進(jìn)方法。