廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司 劉建利 廖淼軍

某220kV變電站在整站投產(chǎn)試運(yùn)行24小時后，一個220kV線路間隔在母線保護(hù)與線路保護(hù)范圍重疊區(qū)域GIS斷路器氣室發(fā)生罐體放電故障，造成220kV線路保護(hù)和220kV母差失靈保護(hù)動作。本文是在上述故障發(fā)生后，結(jié)合一次設(shè)備解體的實(shí)際情況、保護(hù)裝置報(bào)文、故障錄波等數(shù)據(jù)，對保護(hù)動作行為進(jìn)行詳細(xì)、深入的剖析，對故障時整站繼電保護(hù)系統(tǒng)之間應(yīng)當(dāng)如何配合作出詳盡分析。

1 設(shè)備配置及故障前運(yùn)行方式與保護(hù)動作情況

某日無人值守某220kV變電站整站建成投產(chǎn)試運(yùn)行，設(shè)備操作過程無異常情況，完成啟動后按中調(diào)令執(zhí)行220千伏母線的正常運(yùn)行方式。在投運(yùn)已滿24小時后各方人員均已撤離，該站巡檢中心值班監(jiān)盤人員收到某220kV 變電站故障信息，立即通知繼保、檢修人員現(xiàn)場確認(rèn)?，F(xiàn)場220kV母差保護(hù)動作切除2M母線上所有運(yùn)行間隔斷路器，原運(yùn)行在2M母線上的220kV線路乙保護(hù)動作且啟動遠(yuǎn)跳，切除對側(cè)220kV乙線斷路器。

某220kV變電站220kV系統(tǒng)為雙母單分段接線，主接線為4進(jìn)3出，4回220kV電源進(jìn)線中220kV線路丙和220kV線路丁雙回線同塔架設(shè)從500kV B變電站引入，220kV線路甲和220kV線路乙雙回線同塔架設(shè)從220kV C變電站引入。110kV系統(tǒng)空載充電試運(yùn)行24小時無異常后除3個變中間隔運(yùn)行，其余轉(zhuǎn)檢修態(tài)。10kV饋線F1～F30相應(yīng)的701～730開關(guān)柜及18臺電容空載充電試運(yùn)行24小時無異常后已轉(zhuǎn)檢修態(tài)，故障前全站負(fù)荷為2臺站用變。

220kV母線保護(hù)均采用長園深瑞公司的BP-2C系列保護(hù)雙重配置。220kV線路保護(hù)均采用北京四方公司保護(hù)雙重配置，主一保護(hù)是CSC-103BN；主二保護(hù)是CSC-103BFN、遠(yuǎn)方信號傳輸裝置采用CSY-102AZ。220kV 1M-2M母聯(lián)、1M-6M母聯(lián)、2M-6M分段開關(guān)均采用長園深瑞的PRS-723S保護(hù)。主變電量保護(hù)均采用南京南瑞公司PCS-978NE保護(hù)雙重配置，非電量及輔助保護(hù)采用PCS-974A。故障錄波裝置采用國電武儀的WY9裝置，測控裝置及自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)使用國電南自自動化股份有限公司產(chǎn)品。

故障前，全站由220kV C變電站的220kV線路甲、220kV線路乙取電。220kV 1M-2M母聯(lián)2012開關(guān)、1M-6M母聯(lián)2016開關(guān)、2M-6M分段2026開關(guān)合位，220kV 1M、2M、6M母線合環(huán)運(yùn)行。220kV線路甲、220kV線路丙（熱備用）、#1變高掛220kV 1M母線；220kV線路乙、#2變高掛220kV 2M母線；220kV線路?。醾溆茫?3變高掛6M母線運(yùn)行（圖1）。故障前已完成全站設(shè)備空載充電試運(yùn)行，完成220kV全系統(tǒng)CT帶負(fù)荷測試、PT相序核對工作，數(shù)據(jù)正確；相關(guān)保護(hù)已按繼保定值單要求正確無誤地投、退。全站各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常、無異常報(bào)警信號。

圖1 220kV系統(tǒng)運(yùn)行方式

全站保護(hù)、測控、錄波均使用同一對時系統(tǒng)。18點(diǎn)32分48秒841毫秒220kV線路乙間隔主一、主二保護(hù)均動作。線路保護(hù)啟動12ms，縱聯(lián)差動保護(hù)分相差動動作跳A相。啟動后20ms接地距離Ⅰ段動作跳A相；啟動后27ms接地距離Ⅰ段動作跳三相閉重；啟動后66ms遠(yuǎn)跳啟動跳開對側(cè)開關(guān)；（絕對時間：18:32:48.841）。

18點(diǎn)32分48秒842毫秒220kV母線保護(hù)主一、主二均動作，母線保護(hù)啟動5ms2M母線差動動作跳2M母線上的支路，啟動后15ms乙線支路失靈三跳開入變位（0-1），啟動后21ms乙線支路失靈A相開入變位（0-1），啟動后30ms鏡田乙線支路失靈B、C相開入變位（0-1），啟動后30ms2M、6M分段常開接點(diǎn)變位（1-0），啟動后32ms1M、2M母聯(lián)常開接點(diǎn)變位（1-0），啟動后86ms所有跳閘出口返回（絕對時間：18:32:48.842）。220kV線路配置專用故障錄波器。220kV系統(tǒng)保護(hù)動作時間持續(xù)約86ms后返回。

2 故障情況分析

2.1 220kV母線保護(hù)故障分析

對于雙母單分段母線接線，長園深瑞B(yǎng)P-2C母差保護(hù)裝置默認(rèn)1-2母聯(lián)的CT極性同1M母線上的支路，1-6M母聯(lián)的CT極性同6M母線上的支路，2-6分段CT極性同2M母線上的支路。大差判母線故障，小差判故障母線，大差回路是除母聯(lián)間隔以外的220kV 3段母線上所有其余支路電流所構(gòu)成的差動回路；某段母線小差回路是與該母線相連接的各支路電流構(gòu)成的差動回路，其中包括了與該段母線相關(guān)聯(lián)的母聯(lián)間隔和分段間隔。

用大差作為區(qū)內(nèi)故障判別元件，用小差作為故障母線選擇元件，通過大差比率元件是否動作區(qū)分母線區(qū)外故障與母線區(qū)內(nèi)故障；當(dāng)大差比率元件動作，通過小差比率元件是否動作判斷故障發(fā)生在哪一段母線。大差與小差區(qū)別：大差比率差動“差電流”與“和電流”計(jì)算與刀閘無關(guān)；大差比率差動“差電流”與“和電流”計(jì)算不計(jì)母聯(lián)電流。

通過提取保護(hù)裝置故障時電流波形的分析，220kV 1-2M母聯(lián)、220kV線路甲、220kV線路乙電流波形相位基本一致，從而可以確定大差、小差電流矢量值。此站為新投產(chǎn)，無相關(guān)出線，全站負(fù)載僅為站內(nèi)用電，因此主變間隔電流可忽略不計(jì)，220kV系統(tǒng)合環(huán)運(yùn)行，可視為同一母線，各母線電壓相角一致。

大差電流。大差動作方程式為：Id=|I2+I3+I4+…+In|＞Idset、Id=|I甲+I乙|=6.126A＞1.2A（定值），因此判斷母線存在故障。

母線小差。根據(jù)BP-2C系列母差保護(hù)裝置CT極性配置，小差動作方程式：I母小差＝I母所有電流和－1-2M母聯(lián)電流－1-6M母聯(lián)電流；Ⅱ母小差＝Ⅱ母所有電流和+1-2M母聯(lián)電流+2-6M母聯(lián)電流；I1=|I甲+I1-2+I1-6|=|2.819-2.979-0.322|=0.482＜1.2A（定值），判斷1M母線無故障；I2=|I乙+I1-2+I2-6|= |3.307+2.979+0.322|=6.608＞1.2A（定值），判斷2M母線設(shè)備故障；I6=|I1-2+I1-6|= |0.322-0.322|=0＜1.2A（定值）,可判斷6M母線無故障；具體母差組電流走向及大差、小差分析如圖2所示。

圖2 220kV母線保護(hù)動作分析圖

因此220kV母線保護(hù)動作：保護(hù)啟動5ms，Ⅱ母線差動動作跳Ⅱ母上的支路，Ⅱ母上支路跳閘出口動作。母線保護(hù)啟動15ms，線路乙支路失靈三跳開入變位（0-1），此變位是母線保護(hù)出口啟動線路開關(guān)操作箱TJR動作。21ms線路乙支路失靈A相開入變位（0-1），此變位是線路保護(hù)縱聯(lián)差動動作跳A相。30ms線路乙支路失靈B、C相開入變位（0-1），此變位是線路保護(hù)的距離保護(hù)動作跳ABC三相。

2.2 220kV線路保護(hù)故障分析

根據(jù)保護(hù)裝置故障記錄數(shù)據(jù)分析，線路保護(hù)與母線保護(hù)幾乎同一時間保護(hù)啟動（絕對時間：18:32:48.842）。在線路保護(hù)啟動12ms后縱聯(lián)差動保護(hù)動作跳A相（選相成功）；在20ms時接地距離Ⅰ段動作，跳A相（選相成功）。線路保護(hù)仍是按線路故障邏輯判斷故障。保護(hù)啟動26ms閉鎖重合閘開入由0→1，此時需結(jié)合母差保護(hù)錄波數(shù)據(jù)和故障錄波文件分析，“閉鎖重合閘開入”變位是由于收到母線保護(hù)的跳閘指令（按理論時間計(jì)算，母線保護(hù)啟動5ms，保護(hù)跳閘出口至線路乙操作箱啟動TJR跳閘。但實(shí)際運(yùn)行時，從母線保護(hù)動作-保護(hù)出口-線路TJR啟動-線路保護(hù)邏輯判斷動作出口，出口指令傳輸及繼電器啟動一系列的時間延時20ms左右是合理范圍）。

啟動27ms接地距離Ⅰ段動作跳ABC相，同時發(fā)三跳閉鎖重合閘（因閉鎖重合閘開入變位，保護(hù)動作邏輯由單跳轉(zhuǎn)為三跳）；啟動66ms遠(yuǎn)方跳閘動作發(fā)遠(yuǎn)跳指令跳對側(cè)開關(guān)。

2.3 故障綜合分析

為避免存在保護(hù)死區(qū)，從設(shè)計(jì)時就考慮各保護(hù)區(qū)的保護(hù)范圍是重疊的。針對本次故障分析，母線保護(hù)A相電流滿足大差、小差動作條件且動作跳閘，則故障點(diǎn)在220kV母線區(qū)域；同時220kV線路乙保護(hù)A相縱聯(lián)保護(hù)、接地距離Ⅰ段動作，故障點(diǎn)在線路保護(hù)的范圍內(nèi)。因此可確定故障點(diǎn)在母差保護(hù)與線路主保護(hù)的交叉范圍內(nèi)。

根據(jù)220kV線路乙CT配置，故障錄波器生成分析報(bào)告的故障分析結(jié)果為正向區(qū)內(nèi)故障，故障時刻電流角度與線路保護(hù)一致，與母線保護(hù)相差180°。從保護(hù)CT配置，綜合220kV母線保護(hù)錄波數(shù)據(jù)、220kV線路乙保護(hù)錄波數(shù)據(jù)、故障錄波器故障時的錄波數(shù)據(jù)及后臺監(jiān)控系統(tǒng)信息報(bào)文分析，基本可判斷故障點(diǎn)在A相斷路器氣室電流互感器T-4與T-5兩繞組間出現(xiàn)接地（圖3）。

圖3 線路間隔故障點(diǎn)分析

3 事故處理情況與總結(jié)

全站設(shè)備由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修后，各專業(yè)對220kV系統(tǒng)設(shè)備全面檢查，結(jié)合抽取220kV線路乙間隔各氣室進(jìn)行化驗(yàn)分析，A相開關(guān)氣室的微水值明顯比B、C相的大，且線路側(cè)電流互感器的A相氣室的分解物中有SF6氣體發(fā)生故障放電后才產(chǎn)生的分解物SO2、H2S。在后期對斷路器進(jìn)行解體分析發(fā)現(xiàn)A相罐體內(nèi)有大量放電產(chǎn)生的粉塵，還有靜觸頭表面與罐體表面間發(fā)生短路擊穿后熏黑現(xiàn)象，并附著放電后生成物。

事實(shí)印證了上述繼保專業(yè)初步分析結(jié)果完全準(zhǔn)確。本故障的最終原因是由于機(jī)構(gòu)傳動氣室內(nèi)的軸銷強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，磨損產(chǎn)生金屬粉末導(dǎo)致斷路器跳閘，而未嚴(yán)格按照工序生產(chǎn)是軸銷質(zhì)量不合格的直接原因。

根據(jù)《南方電網(wǎng)220kV母線保護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求“保護(hù)整組動作時間（含出口繼電器時間）：差流大于等于2倍整定值時不大于25ms；差流大于1.2倍整定值時應(yīng)不大于30ms”。此次故障從保護(hù)啟動到保護(hù)動作開始，到保護(hù)裝置1-2M母聯(lián)和2-6M母聯(lián)開關(guān)位置變位時間相差26ms，線路乙開關(guān)位置變位時間28ms（結(jié)合錄波采樣時間）。220kV母線保護(hù)裝置可靠動作的。

根據(jù)《南方電網(wǎng)220kV線路保護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求“縱聯(lián)保護(hù)整組動作時間≤30ms；相間距離I段（0.7倍整定值）≤30ms；接地距離I段（0.7倍整定值）≤30ms”。此次故障從保護(hù)啟動后12ms縱聯(lián)差動保護(hù)動作，在20ms時接地距離Ⅰ段動作，線路乙開關(guān)位置變位時間28ms（結(jié)合錄波采樣時間）。220kV線路保護(hù)裝置可靠動作的。

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式是靈活的而要應(yīng)對的故障類型是隨機(jī)的，導(dǎo)致故障的原因是多樣且復(fù)雜的，充分證明保護(hù)動作的正確性和保護(hù)配置的完善。故障點(diǎn)在母線保護(hù)和線路保護(hù)的保護(hù)范圍重疊區(qū)域的故障極其罕見，通過對各個保護(hù)動作過程及其配合的剖析，也對保護(hù)原理、保護(hù)整定、保護(hù)配置有了更深理解。