耿 淬

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 213025）

1 事故經(jīng)過(guò)

2014年3月29日14時(shí)40分52秒，某電廠1號(hào)機(jī)10kV IB段進(jìn)線開關(guān)跳閘，1號(hào)機(jī)10kV IB段母線失電。

發(fā)生保護(hù)動(dòng)作的裝置為發(fā)變組保護(hù)，發(fā)變組保護(hù)“IB分支零序過(guò)流I段”動(dòng)作并出口，同時(shí)發(fā)出保護(hù)閉鎖信號(hào)，閉鎖IB段廠用電源快速切換裝置（簡(jiǎn)稱快切裝置），導(dǎo)致1號(hào)機(jī)10kV IB段未能切換至備用電源供電，最終致1號(hào)機(jī)10kV IB段母線失電，1號(hào)機(jī)10kV IB段多臺(tái)設(shè)備低電壓跳閘（A引風(fēng)機(jī)、B給水泵、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、A磨煤機(jī)、C磨煤機(jī)、E磨煤機(jī)、B漿液循環(huán)泵、1號(hào)爐電除塵等多個(gè)設(shè)備）。經(jīng)檢查，故障發(fā)生在10kV IB段A引風(fēng)機(jī)側(cè)，但該引風(fēng)機(jī)的保護(hù)裝置卻未發(fā)生保護(hù)動(dòng)作，造成10kV IB分支進(jìn)線開關(guān)越級(jí)跳閘，事故范圍大大擴(kuò)大。

2 事故原因檢查

2.1 事故直接原因檢查

事故發(fā)生后，電廠檢修人員檢查并發(fā)現(xiàn)10 kV IB段A引風(fēng)機(jī)電纜絕緣受損，受損部分對(duì)該電機(jī)開關(guān)柜外殼放電，產(chǎn)生的弧光造成了間歇式接地短路，是此次事故發(fā)生的主要原因。

正常情況下，按照繼電保護(hù)“選擇性”的要求，保護(hù)裝置應(yīng)該在故障區(qū)內(nèi)可靠動(dòng)作，即當(dāng)引風(fēng)機(jī)發(fā)生接地短路時(shí)，應(yīng)該由引風(fēng)機(jī)保護(hù)裝置的零序保護(hù)動(dòng)作并切除故障設(shè)備。而在此次事故過(guò)程中，引風(fēng)機(jī)保護(hù)裝置未能及時(shí)跳閘，造成發(fā)變組保護(hù)裝置的高廠變低壓側(cè)IB分支零序保護(hù)動(dòng)作，跳10kV IB分支進(jìn)線開關(guān)（即上級(jí)開關(guān)），為越級(jí)跳閘，保護(hù)失去了選擇性，使事故擴(kuò)大。（圖1為電廠主接線圖，廠用電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式為經(jīng)中電阻接地。）

2.2 保護(hù)裝置定值設(shè)置情況檢查

（1）引風(fēng)機(jī)保護(hù)裝置相關(guān)參數(shù)引風(fēng)機(jī)保護(hù)裝置的主要整定值如見(jiàn)表1。

表1

（2）發(fā)變組保護(hù)情況檢查

動(dòng)作報(bào)告為“IB分支零序過(guò)流I段”動(dòng)作，跳IB分支10kV IB段進(jìn)線開關(guān)，并閉鎖快切。

高廠變低壓側(cè)IB分支零序電流整定值為1A，時(shí)限0.6s。零序CT變比100／5。

（3）快切裝置情況檢查

IB段廠用電快切裝置切換閉鎖燈亮，報(bào)告為保護(hù)閉鎖。

（4）故障錄波情況

從圖2錄波波形可以看出，14：40：51：130ms故障錄波器44通道（即IB分支零序）發(fā)生突變量啟動(dòng)。當(dāng)引風(fēng)機(jī)一次電纜絕緣損壞后，電纜對(duì)開關(guān)柜外殼放電，IB分支產(chǎn)生了零序電壓和零序電流，IB分支零序電流突變啟動(dòng)故障錄波。

從圖3～圖5相電壓有效值圖可以看出，發(fā)生故障時(shí)，IB分支A相電壓降低了，而B、C相電壓升高了，電壓變化不大，電纜間歇式放電造成的接地短路現(xiàn)象不嚴(yán)重，此時(shí)IB分支零序電流較小。經(jīng)錄波軟件分析計(jì)算，IB分支的零序電流有效值約為1.16A。

圖2 IB分支零序突變啟動(dòng)錄波波形

圖3 Ua相電壓有效值

圖4 Ub相電壓有效值

圖5 Uc相電壓有效值

圖6 IB分支零序電流有效值

從圖7錄波可以看出，14：40：51：930ms后（即圖中前面一條主標(biāo)線時(shí)刻），IB電壓分支電壓、電流諧波分量增大，14：40：52：226ms后（即圖中后面一條輔助標(biāo)線時(shí)刻），IB分支零序明顯增大。

圖7 IB分支錄波波形

從圖8錄波可以看出，14：40：52：897ms故障錄波器41通道（即IB分支A相電流）發(fā)生突變量啟動(dòng)。結(jié)合發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作報(bào)告，從錄波圖上可以得知14：40：52：897ms時(shí)刻，IB分支動(dòng)作于分支零序保護(hù)跳閘，IB分支進(jìn)線三相電流消失，零序電流也隨之消失（從定值時(shí)間延時(shí)可以推知發(fā)變組IB分支零序14：40：52：297ms達(dá)到了動(dòng)作值，零序保護(hù)啟動(dòng)，經(jīng)0.6s延時(shí)動(dòng)作于保護(hù)跳閘）。從圖上IB分支母線三相電壓可以分析可知，IB分支進(jìn)線開關(guān)雖然已經(jīng)跳閘，IB分支母線電壓開始衰減，但是IB分支母線三相電壓仍然不平衡，接地故障仍存在。

圖8 IB分支A相電流突變啟動(dòng)錄波波形

從圖9分析可知，由于發(fā)變組保護(hù)閉鎖了快切，導(dǎo)致了IB分支母線失電，當(dāng)IB母線電壓衰減到一定值時(shí)，A引風(fēng)機(jī)保護(hù)裝置的低電壓保護(hù)發(fā)生動(dòng)作并跳閘，此時(shí)A引風(fēng)機(jī)接地故障切除，IB分支母線三相電壓趨于平衡。與A引風(fēng)機(jī)低電壓保護(hù)動(dòng)作記錄相印證，結(jié)論完全相符。

（5）DCS最大相電流波形

參考圖10中DCS系統(tǒng)記錄的最大相電流波形可以看出，當(dāng)A引風(fēng)機(jī)側(cè)發(fā)生故障時(shí)，相電流增大，最大相電流從251A上升至281A，再升至350A左右，故障切除后，電流開始下降。（最大相電流Imax=max（Ia，Ib，Ic），A 引風(fēng)機(jī) CT 變比為800／5）

圖9 IB分支進(jìn)線開關(guān)跳閘后的電壓衰減波形

圖10 DCS系統(tǒng)最大相電流波形

3 事故分析

（1）發(fā)變組保護(hù)零序保護(hù)動(dòng)作簡(jiǎn)要分析

根據(jù)波形情況得知故障時(shí)，零序電流的有效值達(dá)到了動(dòng)作值1A，耗時(shí)0.6s，保護(hù)動(dòng)作，跳1B分支進(jìn)線開關(guān)，同時(shí)發(fā)出保護(hù)閉鎖信號(hào)，閉鎖快切，動(dòng)作正確，無(wú)異議。由于發(fā)變組保護(hù)IB分支零序CT變比為100／5，可以算出線路一次部分的零序電流有效值達(dá)到了23.2A。

（2）保護(hù)裝置的零序保護(hù)動(dòng)作邏輯分析

為防止在電動(dòng)機(jī)在較大的啟動(dòng)電流下，由于零序不平衡電流引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作，保護(hù)采用了最大相電流Imax作制動(dòng)量，動(dòng)作條件如下，其動(dòng)作特性見(jiàn)圖11。

式中I0—— 電動(dòng)機(jī)的零序電流倍數(shù)；

I0dz——零序電流動(dòng)作值，倍；

Ie——電動(dòng)機(jī)額定電流，A；

t0dz——整定的接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，s；

t0——接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，s。

零序量程視中性點(diǎn)接地電流大小確定，保護(hù)裝置提供了0.02和0.2兩種量程供選擇。一般地，中性點(diǎn)小電流接地時(shí)，取0.02量程；中性點(diǎn)大電流接地時(shí)，取0.2量程。此系統(tǒng)采用中阻接地，現(xiàn)場(chǎng)選擇了0.2量程。

（3）保護(hù)裝置零序保護(hù)整定分析

本保護(hù)采用最大相電流Imax做制動(dòng)量，從圖11曲線上可以看出，當(dāng)Imax≤1.05Ie時(shí)，零序電流I0大于零序電流動(dòng)作值I0dz，保護(hù)延時(shí)t0dz動(dòng)作；當(dāng)Imax＞1.05Ie時(shí)，零序電流I0大于［1+（Imax／Ie-1.05）／4］I0dz，保護(hù)延時(shí)t0dz動(dòng)作。

圖11 零序保護(hù)特性曲線

（4）本事故中零序保護(hù)動(dòng)作整定分析

參考DCS系統(tǒng)錄波波形可知，最大相電流二次值為350／160=2.19A＜Ie，零序保護(hù)動(dòng)作曲線在Imax≤1.05Ie范圍內(nèi)。

根據(jù)發(fā)電機(jī)保護(hù)零序保護(hù)動(dòng)作分析推知線路一次部分的零序電流有效值23.2A，A引風(fēng)機(jī)的零序CT變比為50／5，計(jì)算得知保護(hù)裝置采樣的零序電流有效值2.32A。以上分析可知，電動(dòng)機(jī)零序保護(hù)動(dòng)作定值14.28倍在0.2量程的情況下，其二次側(cè)的動(dòng)作電流為14.28×0.2=2.86 A，動(dòng)作時(shí)間為0.3s。在間歇接地短路最初發(fā)生時(shí)，IB分支零序電流較小，A引風(fēng)機(jī)零序保護(hù)并未達(dá)到動(dòng)作值，故此零序保護(hù)不動(dòng)作，保護(hù)裝置保護(hù)正常。再回看圖8，在發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作于IB分支零序跳閘前，通過(guò)波形計(jì)算分析，當(dāng)時(shí)IB分支零序有效值已達(dá)到3.1A，A引風(fēng)機(jī)零序保護(hù)應(yīng)該啟動(dòng)并動(dòng)作，但由于A引風(fēng)機(jī)零序保護(hù)存在0.3s的延時(shí)，而發(fā)變組保護(hù)的IB分支零序保護(hù)已先于A引風(fēng)機(jī)零序保護(hù)啟動(dòng)，當(dāng)A引風(fēng)機(jī)零序保護(hù)還未滿足延時(shí)條件時(shí)，發(fā)變組保護(hù)的IB分支零序保護(hù)已達(dá)到0.6s延時(shí)，并動(dòng)作于跳IB分支進(jìn)線開關(guān)，發(fā)生越級(jí)跳閘。

（5）保護(hù)裝置功能驗(yàn)證

鑒于以上分析，對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行了定值檢查和保護(hù)功能校驗(yàn)，并重新進(jìn)行整定計(jì)算。結(jié)論：保護(hù)裝置的保護(hù)功能完好，運(yùn)行正常。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合以上分析，本次事故中，A引風(fēng)機(jī)保護(hù)裝置未能及時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大，主要是由于上下級(jí)定值整定配合問(wèn)題引起的。此次事故中，雖然A引風(fēng)機(jī)保護(hù)裝置的定值及保護(hù)功能正確、完好，但與發(fā)變組保護(hù)的IB分支零序保護(hù)定值配合存在問(wèn)題，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)造成保護(hù)失去了選擇性。

保護(hù)定值的整定配合問(wèn)題，從根本上來(lái)說(shuō)是定值整定時(shí)的考慮不周。所以在定值整定時(shí)要充分考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式，在保護(hù)滿足選擇性要求的同時(shí)，保證足夠的靈敏性。針對(duì)此次事故，我們建議能否考慮保護(hù)在滿足動(dòng)作靈敏度時(shí)，在保護(hù)整定的允許范圍內(nèi)，將IB分支零序保護(hù)定值適當(dāng)調(diào)整，以從定值上最大限度躲過(guò)暫態(tài)時(shí)的最大不平衡電流，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本次事故是由電纜對(duì)地間歇式放電引起的接地故障，由于定值整定的不合理，造成保護(hù)越級(jí)跳閘、10kV IB分支母線失壓。同時(shí)針對(duì)間這種歇式接地故障發(fā)生時(shí)，零序電流間斷、不連續(xù)的情況，我們提出了思考：保護(hù)裝置本身能否針對(duì)此類故障有所改進(jìn)，從而更準(zhǔn)確的反映故障類型，并切除故障，避免事故擴(kuò)大。