直流接地引起母線(xiàn)失靈保護(hù)誤動(dòng)作分析

李陽(yáng)　陳健　李超　惠杰

提要：針對(duì)一起一個(gè)半斷路器主接線(xiàn)母線(xiàn)失靈保護(hù)誤動(dòng)事故，分析了因?yàn)橹绷飨到y(tǒng)一點(diǎn)接地發(fā)生直流負(fù)接地現(xiàn)象，造成母線(xiàn)保護(hù)裝置光耦開(kāi)入回路導(dǎo)通，使失靈保護(hù)動(dòng)作出口的原因。針對(duì)事故提出對(duì)策，做出母差保護(hù)開(kāi)入板更換、完善了母差保護(hù)的雙失靈開(kāi)入回路及相電流檢測(cè)的具體措施。

關(guān)鍵詞：一個(gè)半斷路器失靈保護(hù)；光耦；直流接地

中圖分類(lèi)號(hào)：TM771

引言

電力系統(tǒng)的母線(xiàn)是發(fā)電廠和變電所中最重要的電氣設(shè)備之一，往往是電力系統(tǒng)匯合的樞紐。因此，母線(xiàn)故障率盡管少，卻是電氣設(shè)備中最嚴(yán)重的故障，后果十分嚴(yán)重，特別是500千伏系統(tǒng)將造成電力系統(tǒng)瓦解，使大面積用戶(hù)遭受停電，人員傷亡并使電氣設(shè)備遭到破壞，因而對(duì)母線(xiàn)保護(hù)裝置的 動(dòng)作可靠、靈敏、迅速性、抗干擾性要求更為嚴(yán)格，母線(xiàn)故障時(shí)應(yīng)有足夠的靈敏度，區(qū)外故障及裝置本身故障保證不誤動(dòng)。由于系統(tǒng)的要求，當(dāng)母線(xiàn)上發(fā)生故障時(shí)必須快速切除；保護(hù)裝置必須十分可靠和有足夠的靈敏度。

斷路器失靈保護(hù)是母線(xiàn)保護(hù)一個(gè)重要組成部分。目前一個(gè)半斷路器主接線(xiàn)方式下的母線(xiàn)保護(hù)，與一個(gè)半的斷路器失靈保護(hù)配合，完成失靈保護(hù)的聯(lián)跳功能。當(dāng)母線(xiàn)所連接的某個(gè)斷路器失靈時(shí)，該斷路器的失靈保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)提供給保護(hù)裝置。保護(hù)檢測(cè)到此接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，經(jīng)小延時(shí)聯(lián)跳母線(xiàn)的各個(gè)連接元件。只有在檢測(cè)到電網(wǎng)有擾動(dòng)時(shí)，失靈聯(lián)跳才有可能動(dòng)作，但是直流負(fù)極一點(diǎn)接地造成繼電保護(hù)光耦出口動(dòng)作，特別是早期產(chǎn)品失靈開(kāi)入沒(méi)有電流閉鎖，而且光耦開(kāi)入回路是單開(kāi)入，不符合出口繼電器動(dòng)作電壓大于55%，小于70%直流電源電壓的繼電器（設(shè)計(jì)額定功率為5W）的要求。失靈開(kāi)入接點(diǎn)發(fā)生誤碰、或者單端直流接地時(shí)往往發(fā)生誤動(dòng)作，使母線(xiàn)所在斷路器跳閘，造成事故危害很大，必須引起高度重視。

1、事故經(jīng)過(guò)

500千伏XX站220千伏設(shè)備采用一個(gè)半斷路器主接線(xiàn)方式。2015年8月27日，220千伏Ⅱ母線(xiàn)保護(hù)屏第I 套R(shí)CS-915E母線(xiàn)保護(hù)失靈開(kāi)入頻繁動(dòng)作，在3分鐘時(shí)間內(nèi)開(kāi)入變位共計(jì)23次，導(dǎo)致RCS-915E母線(xiàn)保護(hù)誤保護(hù)動(dòng)作，2223開(kāi)關(guān)、2233開(kāi)關(guān)、2242開(kāi)關(guān)、2253開(kāi)關(guān)、2263開(kāi)關(guān)誤跳閘。當(dāng)時(shí)站內(nèi)無(wú)工作，故障發(fā)生后，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)220千伏Ⅱ母線(xiàn)保護(hù)RCS-915E母線(xiàn)保護(hù)失靈保護(hù)信號(hào)燈亮，同時(shí)失靈保護(hù)動(dòng)作，17：50，檢修人員到站檢查設(shè)備，經(jīng)過(guò)檢查確認(rèn)RCS-915E母線(xiàn)保護(hù)裝置失靈開(kāi)入，造成所在Ⅱ母線(xiàn)斷路器跳閘。

2、事故原因分析

電網(wǎng)一個(gè)半斷路器主接線(xiàn)方式下母差、失靈保護(hù)的配置原則應(yīng)符合規(guī)程要求。電網(wǎng)XX站是1986年建設(shè)的變電站，母線(xiàn)保護(hù)投產(chǎn)時(shí)間較早，為2004年安裝的保護(hù)裝置，其中220千伏一個(gè)半斷路器主接線(xiàn)的母線(xiàn)保護(hù)的失靈保護(hù)僅僅是邊斷路器保護(hù)一路失靈接點(diǎn)輸入。雖然母線(xiàn)保護(hù)發(fā)生故障的幾率較低，但是有關(guān)失靈回路反措的沒(méi)有具備，是發(fā)生母線(xiàn)保護(hù)失靈保護(hù)誤動(dòng)作的主要原因。

⑴ 母線(xiàn)失靈保護(hù)動(dòng)作邏輯

每條母線(xiàn)應(yīng)配置兩套母線(xiàn)保護(hù)，兩套母線(xiàn)保護(hù)使用邊斷路器的失靈啟動(dòng)直跳。為防止開(kāi)入電纜誤碰等接地原因?qū)е卤Ｗo(hù)誤動(dòng)，失靈及母差直跳等跳閘回路在開(kāi)入設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)置雙開(kāi)入。當(dāng)線(xiàn)路或主變故障、且邊開(kāi)關(guān)失靈時(shí)，由該邊開(kāi)關(guān)的失靈保護(hù)輸出兩路失靈接點(diǎn)，啟動(dòng)母差保護(hù)中的失靈直跳功能，母差保護(hù)內(nèi)部失靈接點(diǎn)進(jìn)行“邏輯與”判別，確認(rèn)無(wú)誤后對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行隔離。

當(dāng)線(xiàn)路或變壓器等元件保護(hù)對(duì)該斷路器發(fā)過(guò)跳閘命令，但該斷路器依然有電流，經(jīng)延時(shí)該斷路器所在母線(xiàn)，以上失靈的過(guò)流元件判別和時(shí)間元件判別在斷路器保護(hù)中完成，斷路器輸入到母線(xiàn)保護(hù)中的失靈直跳功能僅僅是為失靈保護(hù)提供跳閘出口。

⑵光耦接地動(dòng)作分析

保護(hù)人員調(diào)取母線(xiàn)失靈保護(hù)誤動(dòng)作故障錄波信息，電流電壓未發(fā)生異常波動(dòng)，確認(rèn)220千伏Ⅱ母線(xiàn)未發(fā)生變化，RCS-915E母線(xiàn)保護(hù)的失靈直跳功能屬于誤動(dòng)作。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)反映，確認(rèn)在誤跳閘同時(shí)，第二組直流負(fù)極接地。發(fā)現(xiàn)2231斷路器保護(hù)失靈到母差保護(hù)的電纜接點(diǎn)負(fù)電源的電纜芯絕緣為0MΩ。導(dǎo)致了Ⅱ母線(xiàn)保護(hù)屏第I套 RCS-915E母線(xiàn)保護(hù)的失靈保護(hù)用光耦隔離元件瞬時(shí)承受電壓達(dá)到110V（額定電壓的50%）。

對(duì)2231斷路器保護(hù)啟動(dòng)RCS-915E母線(xiàn)保護(hù)的失靈回路誤動(dòng)作的分析。當(dāng)3D46電纜芯發(fā)生絕緣問(wèn)題時(shí)，光耦兩端瞬間形成110V正向電壓，此電壓達(dá)到動(dòng)作電壓及功率，引起光耦二極管正向?qū)?，母線(xiàn)保護(hù)失靈開(kāi)入，母線(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)，引起跳閘，如圖1所示。

⑶模擬事故發(fā)生試驗(yàn)過(guò)程

為了再現(xiàn)事故過(guò)程， 結(jié)合本站500千伏Ⅱ母線(xiàn)停電，保護(hù)人員將同類(lèi)型500千伏Ⅱ母線(xiàn)保護(hù)的進(jìn)行光耦動(dòng)作電壓測(cè)試，將220千伏Ⅱ母線(xiàn)保護(hù)的光耦板裝入500千伏Ⅱ母線(xiàn)RCS-915E保護(hù)，對(duì)RCS-915E母線(xiàn)保護(hù)的光耦動(dòng)作電壓進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)

試電源準(zhǔn)備，需準(zhǔn)備兩路直流電 源：

一路為保護(hù)裝置提供工作電源，輸出為220V DC，加在“裝置電壓”端；另一路由繼電保護(hù)試驗(yàn)儀提供，為電路提供可調(diào)大小的正負(fù)電源加在“光耦電壓端”。

為確保電源有相同的參考電位，應(yīng)將兩臺(tái)試驗(yàn)儀的接地端同時(shí)接地，兩臺(tái)試驗(yàn)儀的直流電壓“負(fù)”端，用導(dǎo)線(xiàn)相連，此時(shí)兩臺(tái)試驗(yàn)儀的“負(fù)”端與 “地”等電位。

將繼電保護(hù)試驗(yàn)儀的直流電壓“正”端接至ZD15，對(duì)應(yīng)保護(hù)中支路失靈開(kāi)入。采用逐次逼近的方法，將電壓從60V遞增，步進(jìn)電壓為1V，直到支路失靈開(kāi)入置1。支路失靈開(kāi)入置1后，將電壓逐次遞減，直到支路失靈開(kāi)入返回。

以上試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

⑷光耦動(dòng)作的根本原因是動(dòng)作電壓低

由表中看到，2004年的產(chǎn)品顯然不符合規(guī)程規(guī)定動(dòng)作電壓大于55%，小于70%直流電源電壓的繼電器（設(shè)計(jì)額定功率為5W）的要求。實(shí)際測(cè)量動(dòng)作電壓為96V（額定電壓的43.6%），返回電壓為95V（定電壓的43.1%）；同樣不合格保護(hù)裝置返廠檢測(cè)結(jié)果是：動(dòng)作電壓開(kāi)入分別為96.2V（43.7%）、98V（44.5%），返回電壓為95V（43.2%）、為97V（44.1%）。測(cè)量中的符合規(guī)程要求的是近期投產(chǎn)的保護(hù)裝置，可見(jiàn)廠家已經(jīng)進(jìn)行了重要的改進(jìn)。

220千伏Ⅱ母線(xiàn)保護(hù)第I 套裝置光耦動(dòng)作電壓不符合反措強(qiáng)電光耦導(dǎo)通動(dòng)作電壓大于60%、小于75%額定直流電源電壓要求。因此事故結(jié)論：2231斷路器保護(hù)失靈到母差保護(hù)的電纜接點(diǎn)負(fù)電源的電纜芯絕緣為0MΩ是事故起因，而保護(hù)裝置動(dòng)作電壓不符合反措要求是造成此次事故的直接原因。

3、本次事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

通過(guò)本次事故的分析，提出對(duì)策并且實(shí)施。

⑴ 母線(xiàn)失靈保護(hù)開(kāi)入應(yīng)符合出口動(dòng)作電壓要求

嚴(yán)格執(zhí)行華北調(diào)局繼（2005）7號(hào)《關(guān)于繼電保護(hù)光耦回路研討論會(huì)會(huì)議紀(jì)要及整改措施》中的規(guī)定：強(qiáng)電光耦導(dǎo)通動(dòng)作電壓大于60%、小于75%額定直流電源電壓。為防止光耦誤導(dǎo)通，所有牽扯到失靈及母差直跳、非電量等跳閘回路的開(kāi)入一律采用強(qiáng)電中間繼電器，以增加可靠性。動(dòng)作電壓大于55%，小于70%直流電源電壓的繼電器（設(shè)計(jì)額定功率為5W）對(duì)直跳回路開(kāi)入進(jìn)行重動(dòng)。

⑵ 完善母線(xiàn)失靈保護(hù)開(kāi)入使用“邏輯與”原理

為提高保護(hù)的安全性，失靈及母差直跳等跳閘回路在開(kāi)入設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)置雙開(kāi)入即“邏輯與”，以防止開(kāi)入電纜誤碰等接地原因?qū)е卤Ｗo(hù)誤動(dòng)。同時(shí)在斷路器保護(hù)裝置增加雙路重動(dòng)繼電器，分別對(duì)母線(xiàn)保護(hù)雙開(kāi)入進(jìn)行重動(dòng)。在今后的驗(yàn)收、技改工作中嚴(yán)格按照要求執(zhí)行，完善母差保護(hù)的雙失靈開(kāi)入。

嚴(yán)格執(zhí)行2012年國(guó)調(diào)中心下發(fā)的《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)反事故措施》，事故發(fā)生后，山東省檢修公司運(yùn)檢部組織排查同一批次的母差保護(hù)，共涉及23站60多套不合格保護(hù)，安排保護(hù)輪停更換光耦插件板。

⑶ 加強(qiáng)對(duì)直流系統(tǒng)的絕緣檢查

采用施工中拆線(xiàn)包扎絕緣膠布的方法，一旦發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)接地，應(yīng)立刻處理，對(duì)一點(diǎn)母線(xiàn)接地故障特別重視。提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員，改變直流一點(diǎn)接地危害不大，兩點(diǎn)接地才跳閘的觀念，加強(qiáng)施工工具的絕緣處理等措施。

⑷ 提高驗(yàn)收、技改二次施工工藝管理

重視運(yùn)行中裝置的補(bǔ)充檢驗(yàn)，例如對(duì)運(yùn)行中的裝置進(jìn)行較大的更改或增設(shè)新的回路后的檢驗(yàn)；檢修或更換一次設(shè)備后的檢驗(yàn)；運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)異常情況后的檢驗(yàn)；事故后檢驗(yàn)，加強(qiáng)回路絕緣檢查。

⑸ 增加失靈擾動(dòng)就地判據(jù)

為防止誤動(dòng)，在失靈聯(lián)跳邏輯中加入了失靈擾動(dòng)就地判據(jù)，并帶有50ms固定延時(shí)，見(jiàn)圖2。當(dāng)接點(diǎn)誤碰或直流電源異常時(shí)，而失靈就地電流判據(jù)又躲不過(guò)負(fù)荷電流的情況下失靈聯(lián)跳誤動(dòng)，設(shè)計(jì)了失靈擾動(dòng)就地判據(jù)：穩(wěn)態(tài)判據(jù)： Iφ>1.1In

或 |3I0-3I0p|>0.03In 展寬5s（3I0p為30s前3I0的值）

或 失靈啟動(dòng)前3I0<0.08In 且失靈啟動(dòng)后3I0>0.1In

或 失靈啟動(dòng)前3I2<0.08In 且失靈啟動(dòng)后3I2>0.1In

暫態(tài)判據(jù)： Σi| >0.2In展寬5s

只有在檢測(cè)到電網(wǎng)有擾動(dòng)時(shí)，失靈聯(lián)跳才有可能動(dòng)作，大大提高了失靈聯(lián)跳的安全性。

4 、結(jié)論

一個(gè)半斷路器的母線(xiàn)保護(hù)不像其它的主接線(xiàn)例如雙母線(xiàn)帶母聯(lián)帶有復(fù)合電壓閉鎖，國(guó)網(wǎng)公司規(guī)定，一個(gè)半斷路器的母線(xiàn)保護(hù)不經(jīng)過(guò)所在母線(xiàn)二次電壓閉鎖。隨著檢修范圍增大，母線(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)作切負(fù)荷的危險(xiǎn)性加大，安全性更加重要，因此應(yīng)該提高對(duì)防止直流回路一點(diǎn)接地引起母線(xiàn)失靈保護(hù)光耦接點(diǎn)閉合，使保護(hù)出口誤動(dòng)作的重視，對(duì)于光耦接點(diǎn)開(kāi)入的啟動(dòng)失靈保護(hù)必需采用“邏輯與”加上閉鎖失靈擾動(dòng)就地判據(jù)手段，特別注意對(duì)于早期的不合格產(chǎn)品，必須嚴(yán)禁光耦回路直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地，及時(shí)通過(guò)技術(shù)改造，達(dá)到母線(xiàn)失靈保護(hù)不誤動(dòng)的反事故措施落實(shí)。

參考文獻(xiàn)：

【1】 丁書(shū)文.斷路器失靈保護(hù)若干問(wèn)題分析.電力系統(tǒng)自動(dòng)化.2006，30（3）；89-91.

【2】 RCS-915GD微機(jī)母線(xiàn)保護(hù)裝置技術(shù)及使用說(shuō)明書(shū) 南瑞繼保電氣有限公司2010.2

作者簡(jiǎn)介：

第一作者：李陽(yáng)（1987-）男，山東濰坊人，國(guó)家電網(wǎng)山東省檢修公司，助理工程師， 研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)

第二作者：陳?。?983-）男，山東濟(jì)南人，國(guó)家電網(wǎng)山東省檢修公司，工程師， 研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)

第三作者：李超（1981-）男，山東棗莊人，國(guó)家電網(wǎng)山東省檢修公司，工程師， 研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)

第四作者：惠杰（1979-）男，山東萊蕪人，國(guó)家電網(wǎng)山東省檢修公司，高級(jí)工程師， 研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)