一起220kV母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作行為分析

[摘要]微機(jī)母線差動(dòng)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(shí)例探討分析220kV母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作行為并提出改進(jìn)措施。

[關(guān)鍵詞]變電站；母線；差動(dòng)保護(hù)；行為分析

[作者簡(jiǎn)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(yàn)、變電檢修，海南文昌，571300

[中圖分類號(hào)]TM773

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1007-7723(2009)09-0153-0002

一、引言

目前，微機(jī)母線差動(dòng)保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用?？紤]到系統(tǒng)運(yùn)行的需要和操作上的靈活可靠性，國(guó)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(kāi)關(guān)常常裝設(shè)一組或兩組電流互感器(簡(jiǎn)稱CT)。在母聯(lián)開(kāi)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(shí)踐統(tǒng)計(jì)，發(fā)生死區(qū)故障的幾率相對(duì)較小。正是因?yàn)樾「怕适录?，才?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(duì)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(dòng)作機(jī)理，并對(duì)這種保護(hù)提出改進(jìn)措施。

某日17時(shí)54分，某一220kV變電站(記名為220kV G站)母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，切除220kV I母、220kVⅡ母所有線路開(kāi)關(guān)及母聯(lián)2012開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致220kV G站全站失壓，與之有電氣聯(lián)系的6個(gè)1lOkV變電站同時(shí)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(yùn)行方式

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

三、事故表象及保護(hù)動(dòng)作情況

17時(shí)54分，220kV G站母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，切除220kV I母、220kVⅡ母所有線路開(kāi)關(guān)及母聯(lián)2012開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致220kV G站全站失壓，與之有電氣聯(lián)系的6個(gè)110kV變電站同時(shí)失壓。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)母聯(lián)三相開(kāi)關(guān)氣動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)壓罐與開(kāi)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(kāi)關(guān)外部故障(母線故障)。

查尋保護(hù)動(dòng)作記錄及錄波文件，可知故障發(fā)生至40ms時(shí)，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(yùn)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(yùn)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(dòng)保護(hù)保護(hù)裝置動(dòng)作機(jī)理

雙母線系統(tǒng)母線差動(dòng)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(dòng)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(duì)于母聯(lián)并列運(yùn)行發(fā)生死區(qū)故障，母聯(lián)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)一旦處于分位，再考慮主接點(diǎn)與輔助接點(diǎn)之間的先后時(shí)序(50ms)，即封母聯(lián)cT(母聯(lián)電流不計(jì)入小差比率元件)，則另一段母線母差可動(dòng)作切除故障。

五、保護(hù)動(dòng)作行為分析

故障發(fā)生在220kVG站母聯(lián)2012開(kāi)關(guān)B相，故障初始時(shí)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(dòng)保護(hù)先動(dòng)作，跳開(kāi)掛I母運(yùn)行的所有間隔開(kāi)關(guān)。

40ms后由于母聯(lián)B相仍然存在故障電流，而母聯(lián)開(kāi)關(guān)已經(jīng)跳開(kāi)，從保護(hù)角度可判斷為母聯(lián)開(kāi)關(guān)和CT之間發(fā)生了死區(qū)故障。此時(shí)，在I母小差動(dòng)作、母聯(lián)開(kāi)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(shí)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(kāi)關(guān)的狀態(tài)延時(shí)50ms封母聯(lián)CT(約148ms時(shí))，此時(shí)I母小差電流消失，II母出現(xiàn)差流，195ms時(shí)II母小差動(dòng)作跳開(kāi)掛II母運(yùn)行的所有間隔開(kāi)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(wú)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(wèn)題。開(kāi)關(guān)外部有明顯的放電痕跡，說(shuō)明有接地故障，而此故障點(diǎn)并非死區(qū)位置，應(yīng)屬母線故障。如此一來(lái)，保護(hù)動(dòng)作行為就屬誤動(dòng)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(wèn)題的關(guān)鍵所在。

根據(jù)“四不放過(guò)”原則，從繼電保護(hù)和檢修兩個(gè)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(kāi)展的調(diào)查工作

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

2、核對(duì)所有間隔裝置定值與保護(hù)定值單，結(jié)果無(wú)誤。

3、核對(duì)母線保護(hù)的外部電流、電壓回路接線無(wú)錯(cuò)誤，端子無(wú)接觸不良現(xiàn)象。

4、母差CT一點(diǎn)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(cè)試，結(jié)果滿足運(yùn)行規(guī)程要求。

6、對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行故障模擬試驗(yàn)，保護(hù)動(dòng)作行為正常，試驗(yàn)結(jié)果表明保護(hù)裝置無(wú)異常。

(二)檢修專業(yè)開(kāi)展的調(diào)查工作

檢修人員抽母聯(lián)2012開(kāi)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(kāi)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(qiáng)電弧放電拉弧時(shí)SF6氣體分解物。分析表明開(kāi)關(guān)內(nèi)部曾發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的放電情況。

為揭示事故真相，變電部門決定對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行解剖，以進(jìn)一步確定事故原委。開(kāi)關(guān)解體后，發(fā)現(xiàn)開(kāi)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(kāi)關(guān)B相的主導(dǎo)體對(duì)開(kāi)關(guān)金屬外殼放電。由于故障電流較大，一部分通過(guò)B相開(kāi)關(guān)構(gòu)架注入地網(wǎng)，另一部分通過(guò)開(kāi)關(guān)氣動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)壓罐的連接管分別經(jīng)過(guò)A相和c相開(kāi)關(guān)構(gòu)架注入地網(wǎng)。在三相開(kāi)關(guān)的氣動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)壓罐與開(kāi)關(guān)構(gòu)架連接處，因焊接面積較小，在大電流通過(guò)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(shí)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(shí)，靠延時(shí)檢測(cè)母聯(lián)開(kāi)關(guān)位置封CT來(lái)切除原則上應(yīng)跳開(kāi)的母線，但在切母聯(lián)的同時(shí)切除了不應(yīng)停運(yùn)的另一條母線，擴(kuò)大了停電范圍，這是其最主要的缺點(diǎn)。

鑒于這種缺點(diǎn)，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(jì)入小差回路；同時(shí)增加該兩個(gè)CT電流瞬時(shí)值之和的絕對(duì)值作為啟動(dòng)判據(jù)。當(dāng)絕對(duì)值約為0時(shí)(考慮誤差因素)，判為母線故障，電壓閉鎖開(kāi)放，相應(yīng)母線小差出口跳閘，瞬時(shí)切除故障；當(dāng)絕對(duì)值達(dá)到一定值時(shí)，判為死區(qū)故障，這時(shí)只跳母聯(lián)，確認(rèn)母聯(lián)開(kāi)關(guān)分位后，同時(shí)封母聯(lián)雙CT，此時(shí)大差仍啟動(dòng)，死區(qū)位置側(cè)母線小差動(dòng)作，電壓閉鎖開(kāi)放，該母線小差保護(hù)出口跳開(kāi)該母線所有元件，切除故障，此時(shí)另一母線小差不動(dòng)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(yùn)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。