Analysis of 220 kV Busbar Fault in Substation

陶蘇東1，梁英哲2

（1.山東省電力學(xué)校，山東 泰安 271000；2.華北電力大學(xué)，北京 102206）

0 引言

某220 kV變電站，有220 kV、110 kV、35 kV3個電壓等級，兩臺主變壓器，220 kV配電裝置采用GIS設(shè)備，因GIS設(shè)備存在缺陷，引起220 kV母線電流互感器A相發(fā)生擊穿故障，又因保護人員誤接線，引起故障擴大。

1 正常運行方式及保護配置

1.1 正常運行方式

220 kV、110 kV采用雙母線接線，1號、2號母線并列運行，35 kV采用單母線分段接線，1號、2號段母線分列運行。1號變壓器220 kV側(cè)中性點直接接地，2號主變壓器220 kV側(cè)中性點經(jīng)放電間隙接地，間隙距離為280 mm，工頻擊穿電壓為106.4 kV。

220 kV母線采用固定連接方式，1號線接WL1線和1號變壓器，2號母線接WL2和2號主變壓器，接線如圖1所示。

1.2 保護配置

WL1線、WL2線本側(cè)及對側(cè)配置LFP－900保護；220 kV母線配置BP－2A保護；主變壓器配置LFP－972A變壓器差動保護裝置，LFP－974變壓器非電量保護裝置，LFP－973變壓器后備保護裝置 （高、中、低壓）。

圖1 變電站220 kV母線接線圖

2 故障現(xiàn)象

2.1 保護動作情況

220 kV母線：BP－2A失靈保護動作出口。

WL2 線：LFP－901、902 高頻主保護動作；突變量距離元件動作；距離Ⅰ段元件；HB1和HB2后備元件動作。保護屏顯示A相接地，故障測距為零。

WL2線LFP－923斷路器失靈保護啟動。

WL2 線對側(cè)：LFP－901、902 高頻主保護動作，單相跳閘，重合成功。

2號主變壓器：2號主變壓器后備保護裝置LFP－973（高壓側(cè)）U0間隙零序過壓動作；I0g間隙零序過流動作。

2.2 斷路器變位情況

220 kV側(cè)WL2線斷路器212、對側(cè)斷路器三相跳閘，母聯(lián)斷路器200三相跳閘，2號主變壓器高壓側(cè)斷路器202三相跳閘，2號主變壓器中壓側(cè)、低壓側(cè)斷路器三相跳閘。

2.3 其他信號

220 kV 2號母線PT斷線、35 kV 2號段母線PT斷線，1號變壓器過負荷等。

3 故障分析

故障有WL2線主保護、斷路器失靈保護動作，繼電保護屏顯示故障測距為零，A相接地，可初步判定WL2線出口發(fā)生A相接地。

3.1 故障點在WL2線線路隔離開關(guān)外側(cè)

如WL2線線路隔離開關(guān)外側(cè)A相單相永久性接地，如圖1中k1點短路。

故障點在線路保護范圍內(nèi)，WL2線保護動作跳A相，經(jīng)延時重合閘動作，重合閘不成功，合閘于故障加速（CF1）動作跳三相，WL2線對側(cè)主保護動作跳A相，經(jīng)延時重合閘動作，重合閘不成功，合閘于故障加速（CF1）動作跳三相。保護動作及斷路器變位情況見表1。

表1 k1點短路保護動作及開關(guān)變位情況

保護動作與斷路器變位與故障現(xiàn)象不相符，故故障點不在此處。

因k1點短路，WL2線斷路器212已跳開，故不可能出現(xiàn)WL2線斷路器212拒動情況。

3.2 故障點在斷路器與線路電流互感器之間

如故障點在斷路器與線路電流互感器之間，如圖1中k2點短路。

故障點即在線路主保護范圍內(nèi)，也在母線差動保護范圍內(nèi)，WL2線主保護動作，母差保護Ⅱ動作，WL2線斷路器212、母聯(lián)斷路器200、2號主變壓器高壓側(cè)斷路器202跳閘，母線保護動作閉鎖重合閘，WL2線對側(cè)主保護動作，單相跳閘，重合閘不成功。保護動作及斷路器變位情況見表2。

表2 k2點短路保護動作及開關(guān)變位情況

此情況與故障現(xiàn)象不相符。如母差保護拒動，此時，只有WL2線保護其動作，其現(xiàn)象與3.1相同，故故障點不在此處。

3.3 故障點在斷路器與母線電流互感器之間

如故障點在斷路器與線路電流互感器之間，如圖1中k3點短路。

故障點即在線路主保護范圍內(nèi)，也在母線差動保護范圍內(nèi)，除WL2線保護動作外，母差保護Ⅱ也應(yīng)動作，WL2線斷路器212、母聯(lián)斷路器200、2號主變壓器高壓側(cè)斷路器202跳閘，母線保護動作閉鎖重合閘，WL2線對側(cè)主保護動作，單相跳閘，重合閘成功。保護動作及斷路器變位情況見表3。

假定母差保護拒動或誤接線（母差保護接到母線電流互感器），k3發(fā)生A相單相永久性接地，故障點只在線路保護范圍內(nèi)，WL2線保護動作動作跳A相，雖然A相已跳開，但線路故障電流仍存在，保護認為選相失敗，后備元件動作（HB1、HB2）動作，經(jīng)延時150 ms跳三相(A相已跳開，只跳B、C相斷路器)，WL2線斷路器212三相雖跳閘，故障并沒有切除，零序電流通過母聯(lián)斷路器、1號主變壓器中性點構(gòu)成回路，WL2線失靈保護啟動，經(jīng)延時250 ms，母線失靈保護動作出口，Ⅰ時限跳母聯(lián)200斷路2號。

表3 k3點短路保護動作及開關(guān)變位情況

圖2 母聯(lián)200斷路器跳開后接線圖

母聯(lián)200斷路器跳開后，2號主變壓器高壓側(cè)連接2號母線至接地點，接線如圖2所示。無論110 kV側(cè)有無電源，因110 kV母聯(lián)斷路器在合閘位置，1號主變壓器可通過母聯(lián)作為2號主變壓器電源。

由于 2號主變壓器高壓側(cè)中性點不接地，2號主變壓器高壓側(cè)由大電流接地系統(tǒng)變?yōu)樾‰娏鹘拥叵到y(tǒng)，接地電流變?yōu)閷Φ仉娙蓦娏?，由?號主變壓器只連接220 kV 2號母線，對地電容很小，容抗很大，單相接地電容電流很小，達到失靈保護返回值，失靈保護返回，不再跳2號主變壓器高壓側(cè)斷路器202。

同時由于故障點仍存在，由于對地電容很小，容抗很大，單相接地可看作為金屬性接地，此時故障A相電壓變?yōu)榱?，中性點電位變?yōu)橄嚯妷?27 kV，故障相電壓變?yōu)榫€電壓220 kV，2號母線電壓互感器開口三角形電壓接近300 V（間隙零序過壓動作整定值為 180 V，0.5 s），2號主變壓器間隙零序過壓（U0）動作，2號主變壓器間隙擊穿，2號主變壓器間隙零序過流（I0g）動作，經(jīng)延時500 ms跳2號主變壓器三側(cè)斷路器，切除故障，造成220 kV、35 kV 2號母線失壓，1號主變壓器帶所有負荷，引起1號主變壓器過負荷。保護動作及斷路器變位情況見表4，此情況保護動作與斷路器變位情況與故障現(xiàn)象相同，確定故障點在WL2線斷路器與母線電流互感器之間，且由于母差保護拒動或誤接線造成的。

表4 k3點短路保護動作（保護拒動或誤接線）及開關(guān)變位情況

如110 kV母線母聯(lián)斷路器在斷開位置，且無電源，發(fā)生k3點短路（母差保護拒動或誤接線）時，當WL2線斷路器212、母聯(lián)斷路器200跳開后，因110 kV、35 kV側(cè)無電源，故障點與電源已隔離，其他保護不再動作，造成220 kV、110 kV、35 kV 2號母線失壓。

4 故障查找

4.1 絕緣測試

將WL2線停電后，解開線路GIS設(shè)備至出線間的連線，合上WL2線212斷路器及212-3隔離開關(guān)，拉開212-1、2隔離開關(guān)，對212斷路器及兩側(cè)TA氣室搖絕緣，A相絕緣為零，然后拉開212斷路器后絕緣恢復(fù)，從而判斷212斷路器母線側(cè)TA2氣室絕緣擊穿。經(jīng)廠家分析，由于電流互感器橡膠板脫硫不充分，硫元素揮發(fā)出來與導(dǎo)電體中的銀發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生絮狀的硫化銀，導(dǎo)致閃絡(luò)故障的發(fā)生。

4.2 保護檢查

經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)WL2線212斷路器與212-3隔離開關(guān)之間的電流互感器沒有接入母差保護，而是誤將母差保護接在母線側(cè)電流互感器上。故障時，導(dǎo)致母差保護未動，引起故障擴大。

5 結(jié)語

對同一廠家的GIS設(shè)備進行改造，提高GIS設(shè)備質(zhì)量，切實防范由于設(shè)備質(zhì)量問題而引發(fā)的故障。對保護人員加強培訓(xùn)，提高保護人員素質(zhì)，對施工加強監(jiān)督和管理，切實防止保護誤接線的發(fā)生。