一起主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)故障的保護(hù)動(dòng)作分析

陳強(qiáng)

(揚(yáng)州供電公司，江蘇揚(yáng)州225000)

2010年9月29日，某公司110 kV汊江變1號(hào)主變101開(kāi)關(guān)由于過(guò)熱引起相間短路，1號(hào)主變高后備保護(hù)裝置故障未正確動(dòng)作，造成了101開(kāi)關(guān)4次累計(jì)5 s以上通過(guò)故障電流最終燒毀的故障。

1 故障經(jīng)過(guò)

1.1 故障前運(yùn)行方式

110 kV汊江變是1個(gè)典型的內(nèi)橋接線(xiàn)終端變電站。110 kV有2條進(jìn)線(xiàn)，1條為從220 kV毛王變供出的毛汊893線(xiàn)，另1條為220 kV新渡變供出的新汊868線(xiàn)，通過(guò)內(nèi)橋710開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)。變電站有2臺(tái)主變，10 kV低壓側(cè)2段母線(xiàn)，通過(guò)母聯(lián)110開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)。

故障前運(yùn)行方式為汊新868開(kāi)關(guān)運(yùn)行，110 kV母聯(lián)710開(kāi)關(guān)運(yùn)行，帶1號(hào)主變與2號(hào)主變運(yùn)行，汊毛線(xiàn)893開(kāi)關(guān)熱備用，作為汊江變的備用電源，即采用線(xiàn)自投的方式。10 kV母聯(lián)110開(kāi)關(guān)熱備用，10 kV分列運(yùn)行。運(yùn)行方式如圖1所示，圖中黑色開(kāi)關(guān)代表故障前開(kāi)關(guān)在分位。

1.2 保護(hù)動(dòng)作過(guò)程

14:50:08:779(故障發(fā)生1.8 s后)，1號(hào)主變低后備動(dòng)作，跳開(kāi)101開(kāi)關(guān)，因故障點(diǎn)在101開(kāi)關(guān)主變側(cè)，101開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，故障不能切除。而高后備保護(hù)未動(dòng)作(事后檢查為交流插件損壞)，不能跳開(kāi)汊新線(xiàn)868開(kāi)關(guān)與110 kV母聯(lián)710開(kāi)關(guān)，在汊江變范圍內(nèi)，故障已不能切除。

14:50:11:517(故障后2.5 s)，220 kV新渡變新汊線(xiàn)868開(kāi)關(guān)距離保護(hù)三段動(dòng)作，跳開(kāi)新渡變新汊線(xiàn)868開(kāi)關(guān)，汊江變故障切除，備自投裝置開(kāi)始啟動(dòng)。1.5 s后，新渡變新汊868線(xiàn)由于距離三段不閉鎖重合閘，重合閘動(dòng)作，合上新汊線(xiàn)868開(kāi)關(guān)，再次送電至汊江變故障點(diǎn)，重合閘后加速動(dòng)作，重合失敗。

14:50:15:553(故障后7.5 s)，汊江變備自投裝置動(dòng)作，跳開(kāi)汊新線(xiàn)868開(kāi)關(guān)，合上汊毛線(xiàn)893開(kāi)關(guān)，汊江變第3次發(fā)生故障，同第1次故障一樣，汊江變不能切除。

圖1 汊江變故障前運(yùn)行方式

14:50:24:329，毛王變毛汊線(xiàn)893開(kāi)關(guān)距離三段動(dòng)作，切除故障。1.5 s后重合閘動(dòng)作，合上毛汊線(xiàn)893開(kāi)關(guān)，第4次送電至汊江變故障點(diǎn)，重合閘后加速動(dòng)作，重合失敗。

1.3 保護(hù)動(dòng)作過(guò)程分析

在整個(gè)故障過(guò)程中，汊江變1號(hào)主變低后備保護(hù)正確動(dòng)作，高后備保護(hù)由于裝置問(wèn)題未動(dòng)作，備自投裝置按邏輯正確動(dòng)作。毛王變毛汊893線(xiàn)保護(hù)、新渡變新汊868線(xiàn)保護(hù)因故障點(diǎn)在汊江變1號(hào)主變低壓側(cè)，距離三段正確動(dòng)作。江蘇省繼電保護(hù)整定方案及規(guī)定中對(duì)110 kV線(xiàn)路保護(hù)有如下敘述：“低一級(jí)電網(wǎng)任何元件發(fā)生任何類(lèi)型故障不得影響高一級(jí)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，有穩(wěn)定要求時(shí)允許越級(jí)跳閘，通過(guò)重合閘補(bǔ)救，不成靠強(qiáng)送”，故毛王變毛汊893線(xiàn)保護(hù)、新渡變新汊868線(xiàn)保護(hù)重合閘動(dòng)作也是正確的。因此，故障中除汊江變1號(hào)主變高后備外，其他保護(hù)、裝置均動(dòng)作正常。事后檢查，1號(hào)主變高后備保護(hù)拒動(dòng)的原因?yàn)榻涣鞑寮p壞。

對(duì)于一次設(shè)備，由于汊江變101開(kāi)關(guān)經(jīng)歷4次故障，其中2次是延時(shí)動(dòng)作，通過(guò)故障電流總時(shí)間達(dá)5 s以上，101開(kāi)關(guān)及開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)備徹底燒毀。

1.4 故障原因分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查及保護(hù)分析，確定此次事故的原因?yàn)?號(hào)主變101開(kāi)關(guān)柜101開(kāi)關(guān)C相下方(主變側(cè))導(dǎo)電臂動(dòng)靜觸頭處存在嚴(yán)重的接觸不良，而當(dāng)時(shí)1號(hào)主變負(fù)荷很大，導(dǎo)致接觸點(diǎn)嚴(yán)重發(fā)熱，使動(dòng)觸頭的觸指彈簧失去彈性或燒斷，觸指失去彈簧的束縛力而脫落，形成C，B相接地短路。

2 相關(guān)保護(hù)分析與建議

由于該次故障點(diǎn)為1號(hào)主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)，在低壓開(kāi)關(guān)流變的母線(xiàn)側(cè)，屬于低壓側(cè)母線(xiàn)設(shè)備。對(duì)于110 kV變電站低壓母線(xiàn)，根據(jù)DL/T 584—2007[1]規(guī)定，分析該次故障保護(hù)的動(dòng)作，其實(shí)質(zhì)是主變低壓母線(xiàn)故障，主保護(hù)(低后備)動(dòng)作不能切除，后備保護(hù)(高后備)沒(méi)有動(dòng)作，備自投不合理動(dòng)作，造成4次故障，長(zhǎng)延時(shí)切除。僅僅因?yàn)楹髠浔Ｗo(hù)沒(méi)有動(dòng)作，就造成開(kāi)關(guān)故障長(zhǎng)延時(shí)切除，且重復(fù)沖擊，最終燒毀，這說(shuō)明在保護(hù)設(shè)計(jì)、配置及整定上存在一定的問(wèn)題。

2.1 主變差動(dòng)保護(hù)范圍的分析

目前內(nèi)橋接線(xiàn)110 kV變電站主變差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)一般接入高壓側(cè)線(xiàn)路開(kāi)關(guān)流變、高壓側(cè)母聯(lián)開(kāi)關(guān)(橋開(kāi)關(guān))流變，當(dāng)主變高壓側(cè)有獨(dú)立流變時(shí)，接入獨(dú)立流變，低壓側(cè)一般不采用主變低壓套管流變，而采用低壓側(cè)開(kāi)關(guān)流變，這樣的差動(dòng)保護(hù)接線(xiàn)保護(hù)范圍較大。在該次故障中，由于故障點(diǎn)在低壓側(cè)開(kāi)關(guān)主變側(cè)，即在開(kāi)關(guān)與流變之間，不在差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，故差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)與流變之間設(shè)備屬于低壓側(cè)母線(xiàn)保護(hù)范圍，因10 kV母線(xiàn)不設(shè)母差保護(hù)，低后備是主保護(hù)，但低后備不能切除，可以說(shuō)此區(qū)域無(wú)主保護(hù)，只能通過(guò)高后備經(jīng)延時(shí)來(lái)切除。

由于101開(kāi)關(guān)與流變之間沒(méi)有主保護(hù)，只有后備保護(hù)，而開(kāi)關(guān)是故障率較高的設(shè)備，若開(kāi)關(guān)爆炸，故障只能帶較長(zhǎng)延時(shí)切換，易造成故障的漫延。

此區(qū)域離主變很近，理當(dāng)瞬時(shí)切除，否則對(duì)主變安全運(yùn)行的影響極大，易造成主變通過(guò)故障電流而損壞。因此宜將低壓側(cè)開(kāi)關(guān)流變改裝在開(kāi)關(guān)母線(xiàn)側(cè)，將開(kāi)關(guān)包含在主變差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，瞬時(shí)切除，同時(shí)閉鎖備自投。開(kāi)關(guān)柜內(nèi)流變這樣安裝技術(shù)上沒(méi)有難度，雖然與正常的接線(xiàn)方式不符，但可保證主變低壓側(cè)發(fā)生的故障，低壓開(kāi)關(guān)都能切除，避免保護(hù)死區(qū)。

2.2 主變低后備保護(hù)分析

主變低后備保護(hù)是低壓母線(xiàn)主保護(hù)及低壓出線(xiàn)的后備保護(hù)，電流取自低壓側(cè)開(kāi)關(guān)流變。汊江變1號(hào)主變低后備為上海申瑞公司產(chǎn)品，DEP-535N型，其復(fù)壓閉鎖過(guò)流一段2 600 A，1.5 s跳10 kV母聯(lián)110開(kāi)關(guān)，復(fù)壓閉鎖過(guò)流二段2 600 A，1.8 s跳低壓側(cè)101開(kāi)關(guān)。

在該次故障中，低壓側(cè)母聯(lián)本來(lái)在分位，低壓側(cè)101開(kāi)關(guān)1.8 s跳開(kāi)后(其實(shí)當(dāng)時(shí)開(kāi)關(guān)已發(fā)生短路，跳開(kāi)關(guān)則進(jìn)一步擴(kuò)大了短路)，故障未切除。此時(shí)雖然低后備保護(hù)未返回，但動(dòng)作行為已完成，故障在低壓側(cè)將無(wú)法切除。雖然主變高后備能反映該故障，但已是保護(hù)變壓器安全的最后一級(jí)跳閘保護(hù)，同時(shí)高后備動(dòng)作較長(zhǎng) （汊江變1號(hào)主變高后備為250 A，2.1 s）。因此主變低后備宜增加跳主變兩側(cè)的復(fù)壓閉鎖過(guò)流第三段或第三時(shí)限，在第二段限跳開(kāi)低壓側(cè)開(kāi)關(guān)，故障不能切除(保護(hù)不返回)后再經(jīng)延時(shí)跳開(kāi)主變各側(cè)開(kāi)關(guān)，此延時(shí)可略大于高后備動(dòng)作時(shí)間，如2.2 s，作為特定的低壓側(cè)開(kāi)關(guān)與流變之間故障無(wú)主保護(hù)時(shí)后備的后備，同時(shí)閉鎖備自投。可以這樣理解，因?yàn)榇颂帪楸Ｗo(hù)死區(qū)無(wú)主保護(hù)，高后備保護(hù)成了主保護(hù)，由低后備反過(guò)來(lái)作為高后備的后備，雖然這有悖于保護(hù)配置原則，但如果高后備動(dòng)作時(shí)間都已到，低后備還未返回，故障仍存在，低后備再發(fā)一個(gè)跳閘命令來(lái)切除主變也是應(yīng)該的。

2.3 備自投裝置的分析

備自投是保證變電站供電的重要裝置，在該次故障中，備自投動(dòng)作自動(dòng)投入了另1條備用線(xiàn)路，不但沒(méi)有保證持續(xù)供電，相反地，再次造成了故障。

汊江變備自投裝置為上海申瑞公司產(chǎn)品，DEP827A型，故障前，備自投工作在線(xiàn)自投方式，其動(dòng)作條件是汊新868線(xiàn)路無(wú)壓、無(wú)流，汊毛893線(xiàn)路有壓、無(wú)流，且汊毛893開(kāi)關(guān)在分位，母聯(lián)(橋)710開(kāi)關(guān)在合位，無(wú)閉鎖輸入，充電正常。備自投在汊新線(xiàn)868開(kāi)關(guān)對(duì)側(cè)跳開(kāi)失電5 s后跳開(kāi)汊新868開(kāi)關(guān)，合上汊毛線(xiàn)893開(kāi)關(guān)。在該次故障中，備自投動(dòng)作正常，但動(dòng)作卻不合理。因?yàn)橹髯兊蛪簜?cè)故障仍然存在，備自投動(dòng)作后，另一條線(xiàn)路送電至故障點(diǎn)，引起了第3次、第4次故障。要使備自投不動(dòng)作，必須有閉鎖輸入。備自投的閉鎖輸入有手合、手跳、主變保護(hù)動(dòng)作等，在主變保護(hù)中，高后備閉鎖備自投，低后備保護(hù)不閉鎖備自投，而該次故障中高后備沒(méi)有動(dòng)作，所以備自投沒(méi)有閉鎖輸入。

備自投動(dòng)作的目的是運(yùn)行線(xiàn)路故障，對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘造成線(xiàn)路失電，或?qū)?cè)開(kāi)關(guān)偷跳，引起線(xiàn)路失電時(shí)投入備用電源，如不是這2種原因，則應(yīng)閉鎖備自投。該次故障中，對(duì)側(cè)是距離三段動(dòng)作，不在本線(xiàn)范圍內(nèi)，備自投不應(yīng)動(dòng)作。所以距離三段保護(hù)動(dòng)作應(yīng)該閉鎖備自投，但動(dòng)作保護(hù)是對(duì)側(cè)，本側(cè)無(wú)法知道，除非有通道傳輸對(duì)側(cè)的動(dòng)作信號(hào)，故無(wú)法實(shí)現(xiàn)該功能。

在該例的終端變電站，可以采用其他辦法判斷是否為線(xiàn)路故障。當(dāng)線(xiàn)路故障時(shí)本站線(xiàn)路開(kāi)關(guān)中不流過(guò)故障電流，否則就不是線(xiàn)路故障，應(yīng)該閉鎖。對(duì)系統(tǒng)內(nèi)常見(jiàn)的備自投裝置進(jìn)行分析，所有的備自投裝置都帶有過(guò)電流保護(hù)功能。因此宜對(duì)備自投裝置邏輯進(jìn)行修改，投入裝置的過(guò)流保護(hù)作為閉鎖啟動(dòng)元件，檢測(cè)到有故障電流時(shí)，備自投不啟動(dòng)或立即閉鎖備自投。因備自投只需判斷線(xiàn)路無(wú)流，故部分變電站備自投裝置只引入了線(xiàn)路單相電流，對(duì)這樣的接線(xiàn)，如要投入裝置的過(guò)流保護(hù)，則需要進(jìn)行改造。

2.4 橋開(kāi)關(guān)保護(hù)的分析

高壓側(cè)橋開(kāi)關(guān)即710開(kāi)關(guān)配有保護(hù)裝置，其基本功能為過(guò)流保護(hù)，一般稱(chēng)為充電保護(hù)。對(duì)于此保護(hù)，繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程中沒(méi)有明確其整定原則，故運(yùn)行單位一般按習(xí)慣進(jìn)行整定。由于內(nèi)橋接線(xiàn)變電站存在不同的運(yùn)行方式，如線(xiàn)自投(1條線(xiàn)路開(kāi)關(guān)在分位)、橋自投(橋開(kāi)關(guān)在分位)、串供方式(線(xiàn)路開(kāi)關(guān)、橋開(kāi)關(guān)都在合位)，此保護(hù)較難整定。據(jù)了解正常運(yùn)行時(shí)，多數(shù)變電站此保護(hù)不投。如果在線(xiàn)自投方式時(shí)，備自投啟動(dòng)后短時(shí)投入過(guò)流保護(hù)，過(guò)流保護(hù)在毛王變毛汊線(xiàn)893開(kāi)關(guān)距離三段動(dòng)作前跳開(kāi)，故障切除，對(duì)側(cè)距離三段不會(huì)動(dòng)作，2號(hào)主變正常運(yùn)行，保證了變電站一半負(fù)載的供電。

2.5 延伸分析

該次故障為低壓側(cè)開(kāi)關(guān)故障，主變高后側(cè)未正確動(dòng)作，故障多次發(fā)生，存在一定前提。如內(nèi)橋接線(xiàn)主變差動(dòng)保護(hù)高壓側(cè)采用獨(dú)立流變，變電站內(nèi)主變高壓側(cè)流變與兩進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)范圍內(nèi)所有設(shè)備發(fā)生故障，本站都無(wú)法切除，只能靠對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)延時(shí)切除。在線(xiàn)自投方式下其保護(hù)動(dòng)作過(guò)程與該故障相同，若是設(shè)備內(nèi)部故障，4次故障沖擊，設(shè)備爆炸的可能性非常之大。2010年10月20日，該公司另一同樣內(nèi)橋接線(xiàn)的110 kV變電站，110 kVⅡ母避雷器故障，上一級(jí)2座220 kV變電站110 kV線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作行為相同，同樣4次故障沖擊，雖然避雷器沒(méi)有爆炸，但造成了全站失電。

3 結(jié)束語(yǔ)

內(nèi)橋接線(xiàn)是110 kV終端變電站常用的接線(xiàn)方式，從該次故障的分析可見(jiàn)，現(xiàn)行的保護(hù)配置存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，宜配置線(xiàn)路保護(hù)或啟用備自投裝置的過(guò)流保護(hù)，正確區(qū)分是線(xiàn)路故障還是變電站內(nèi)部故障，同時(shí)作為本站設(shè)備后備保護(hù)，保證設(shè)備安全，保證可靠供電。

[1]DL/T 584－2007，3～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程[S].