一起220kV母差后備保護誤動的原因分析及改進措施

曾慶匯，劉 娟，何 偉

（1.江西南昌供電公司，江西 南昌 330006；2.湖南省電力培訓中心，湖南長沙 410000；3.宜賓電業(yè)局，四川 宜賓 644000）

0 引言

發(fā)電廠和變電站的高壓母線是電力系統中極其重要的電氣元件。在電力系統樞紐變電站的母線上發(fā)生故障時，將使連接在故障母線上的元件停電，會引起整個系統失去穩(wěn)定性，造成大面積停電，甚至導致電力系統瓦解，后果及其嚴重。雖然母線在發(fā)電廠、變電站運行的環(huán)境條件相對較好，但由于各種原因引起母線保護動作還是常有的，這其中有母線上連接的元件發(fā)生故障，也有母線連接元件的失靈保護動作，當然還有占8%的比率是母差保護誤動作。隨著電力系統規(guī)模、容量的不斷壯大，母差保護的可靠性提升到相當重要的地位，即保護的可性賴和安全性，既不能誤動又不能拒動。要將母差保護誤動降低到最低，這就要求對母線保護的原理、母線保護的設計和運行人員的操作、維護水平和責任心，給予高度的重視，對平時運行中出現的問題不斷總結和完善。

微機母線保護經過幾代的發(fā)展，保護原理越來越成熟，越來越完善，從簡單的比率差動保護發(fā)展到母聯死區(qū)、母差后備保護，母差功能越來越齊全。本文述及的是后備保護動作邏輯上的缺陷導致母差誤動的一起案例。

1 故障情況

圖1 電氣一次接線

2011年12月28日某某供電公司某某220kV變電站進行220kV甲線間隔設備預試和保護定檢工作，為配合220kV甲線間隔設備預試和保護定檢工作，220kVⅠ母轉為檢修狀態(tài)，220kVⅡ母帶全站220kV負荷（電氣一次接線簡圖如圖1）。班組現場辦理完所有手續(xù)后，10時30分，工作人員進入現場開展工作，220kV甲線線路保護二次回路接線檢查、緊固工作。11點02分9秒454毫秒，220kV母線差動保護動作，跳開220kVⅡ母上所有斷路器，造成220kVⅡ母失壓，與主電網解列，電網區(qū)域穩(wěn)控裝置動作，切除電網負荷256MW。

220kV母線雙重化保護配置分別為RCS-915GB和BP-2CS，經檢查BP-2CS無任何動作報文，RCS-915GB的動作報文為差動后備保護動作。

2 檢查處理

事故發(fā)生時，變電站有兩個工作現場，一個是保護人員正在保護室進行220kV甲線RCS-902A線路保護傳動試驗準備，另一個是工作人員在本間隔開關場電流互感器二次側對二次回路進行接線檢查、緊固工作。事故發(fā)生后，現場立即停止所有作業(yè)。對全站失壓的220kV母線保護范圍內的母線、電流互感器等一次設備進行全面檢查，均未發(fā)現故障點，說明一次設備確實無故障。

事故發(fā)生時現場沒有對220kV甲線接入母差保護裝置的電流二次回路進行隔離，工作人員在電流互感器本體端子盒處緊固螺絲過程中，轉動中的扳手將碰接220kV甲線RSC-931BM保護用電流N回路與RCS-915GB母差保護裝置用電流二次回路C相（如圖2）。

圖2 220kV某線電流互感器二次接線盒

造成母差保護電流回路出現兩點接地（如圖3），初步認為誤碰造成的兩點接地是引起母差后備保護誤動作的原因。

圖3 220kV某線電流回路附加圖

3 母差后備保護的動作原理

差動保護根據母線上所有連接元件電流采樣計算出大差電流，構成大差比率差動元件，作為差動保護的區(qū)內故障判別元件。裝置根據各連接元件的刀閘位置開入計算出兩條母線的小差電流，構成小差比率差動元件，作為故障母線選擇元件。

為防止母線區(qū)內故障時因刀閘位置異常影響小差計算，導致大差動作判為區(qū)內故障，而各母線小差都不動作無法選擇故障母線，造成母差保護拒動。所以當大差滿足動作條件，而各母線小差均不動作的情況下，為快速切除母線區(qū)內故障而設置了母差后備保護。

當抗飽和母差大差動作（電流互感器飽和檢測元件檢測為母線區(qū)內故障），且小差比率差動元件不動作，同時差動保護投入，則經運行母線電壓閉鎖開放，250ms切除母線上所有的元件(母差后備保護見邏輯框圖4）。

圖4 母差后備保護邏輯

4 運行母線的判據

運行母線判據如下：

1）本母線任一相相電壓大于0.3Un；

2）本母線零序電壓大于母差零序電壓閉鎖定值（6V）；

3）本母線負序電壓大于母差負序電壓閉鎖定值(4V)；

4）本母線上連接的任一支路電流大于0.04In；

以上四個條件任意一個滿足，母差保護判母線在運行。運行母線的判據見邏輯框圖5。

5 微機母差保護誤動的原因分析

5.1 差流產生原因分析

220kV甲線線路保護與母線差動保護電流回路在開關場端子箱處及保護小室分別單點接地，在電流互感器二次接線端子處兩個不同的接地端子之間存在0.43V的工頻電壓差，當工作人員進行電流互感器二次接線柱緊固時，無意中將母差回路二次繞組端子3S1與在其上方相鄰的二次繞組端子2S3（2S3接地）短接，致使母差電流回路3S1接線端子對地導通，在戶內外兩個接地點間0.43V電勢差的作用下，形成了接地點高電勢端→母差保護220kV某線C相電流輸入回路→接地點低電勢端的電流導通回路（如圖3），從而使本無流的母差保護某線C相支路附加電流為0.54A，而母差保護動作的啟動電流為0.4A。由于Ⅰ母上所有元件刀閘已拉開，Ⅰ母小差自動退出，Ⅱ母所連接系統設備無故障，Ⅱ母小差無差流，此時只有大差有差流，并且大差差流值超過差動保護定值，大差后備滿足動作條件之一。

圖5 運行母線邏輯

5.2 運行母線電壓閉鎖動作分析

在220kVⅠ母線已轉檢修狀態(tài)下，本應是雙母線運行轉為單母線運行，但是由于A相二次感應電壓較高為6.64V(由于電纜之間相互干擾引起），滿足大差后備保護判運行母線判據中的2）及3）條件，母差保護裝置誤將停運檢修的Ⅰ母誤判為運行母線。母差保護同時認為Ⅰ母和Ⅱ母同時在運行狀態(tài)，為雙母線運行。

因為各母線小差均不動作，所以母差后備保護動作無法按小差動作相應母線電壓閉鎖，而是經任一運行母線的復壓條件滿足，開放母差后備保護，其動作后將切除兩條母線上的所有元件。運行母線電壓閉鎖開放的邏輯框圖見圖6。母差后備動作跳母線時也不能經各自母線的電壓閉鎖跳相應母線，是為防止刀閘位置錯誤情況下發(fā)生母線故障時，可能導致故障支路所在母線電壓閉鎖不開放（母線保護接入的刀閘位置與一次系統圖不對應，刀閘位置又失去記憶的情況),造成后備保護無法最終切除故障支路。由于Ⅰ母A相二次感應電壓較高為6.64V，滿足電壓閉鎖動作條件，母差后備滿足動作條件二。

圖6 運行母線電壓閉鎖開放邏輯

Ⅰ、Ⅱ母小差均不動作，大差動作，運行母線電壓閉鎖開放，差動保護投入，母差保護進入后備保護邏輯（如圖4），以上四個條件都滿足的情況下，母差后備保護動作跳閘切除Ⅰ、Ⅱ母所有連接元件。

6 采取的解決方案及措施

1）工作人員未將220kV某線與母差回路的電流端子連片斷開，在緊螺絲過程中造成兩點接地產生差流是母差誤動的原因之一，因此要加強現場的危險點分析與預控，做好危險點辯識，尤其是二次回路上要做好二次安全隔離措施。這是從人的工作責任心和業(yè)務素質著手，但是人很難完全避免犯錯，因此必須從技術上著手才能徹底解決。

2）其次母差后備保護動作的原因之一是將停運檢修的Ⅰ母誤判為運行母線。采用2）、3）任一條件滿足判運行母線的邏輯不太合理，正常運行時母線的零序、負序電壓不可能達到那么高甚至零負序電壓基本為零，因此建議取消2）至3）的條件。同時將電壓和電流判據改成與的邏輯，即本母線任一相相電壓大于0.3Un，本母線上連接的任一支路電流大于0.02In；以上兩個條件同時滿足，母差保護判母線在運行，改進后的邏輯如圖7所示。改進后可以有效的防止停運母線二次感應電壓較高時差動后備保護的誤動，同時正常時也不影響母差保護的運行。

3）在此母差后備動作跳Ⅱ母（運行母線）的原因是后備保護不經各自母線的電壓閉鎖跳相應母線，正常運行母線受牽連導致Ⅱ母所有出線單元跳閘。

圖7 改進后的運行母線邏輯框

母差后備動作邏輯建議更改為刀閘位置正常的單元經相應母線電壓閉鎖，無刀閘位置的單元不經復壓閉鎖。改進后的母差后備保護可以充分發(fā)揮作用，做到既不誤動又不拒動，改進后的邏輯框如圖8所示。

圖8 改進后的母差后備保護邏輯

7 結束語

電力系統中母線保護對電網穩(wěn)定運行起著非常重要的作用，因此要求可靠性高、動作速度快、靈敏度高。微機型母線保護裝置的設計缺陷問題是客觀存在的，本文討論的是保護裝置由于邏輯設計原因造成保護裝置誤動。作為保護工作人員和運行管理人員都應該對此予以重視，做到發(fā)現問題→分析原因→提出整改措施→解決問題的過程→跟蹤驗證效果的閉環(huán)管理思路和措施，才能根本上提高保護動作的正確率，確保保護裝置可靠運行，當好電力系統的安全衛(wèi)士。

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