一起500 kV線路T區(qū)保護(hù)動(dòng)作閉鎖對(duì)側(cè)重合閘失敗的原因分析

孫遠(yuǎn)剛，楊 濤，黃泰山，侯小虎

(烏東德水力發(fā)電廠，云南 昆明 651512)

GIL全稱為SF6氣體絕緣金屬封閉輸電線路，是一種先進(jìn)的電力傳輸設(shè)備，具有電能損耗小、可靠性高、送電容量大、運(yùn)行維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有的繼電保護(hù)配置中，一般把GIL視為線路的一部分將其納入到線路保護(hù)的保護(hù)范圍中。為避免其單相故障時(shí)線路重合閘對(duì)GIL故障點(diǎn)造成二次沖擊傷害，一般大型水電站在線路保護(hù)范圍內(nèi)，會(huì)增設(shè)專用于保護(hù)GIL的T區(qū)保護(hù)。當(dāng)GIL發(fā)生單相接地時(shí)，除線路保護(hù)動(dòng)作之外，T區(qū)保護(hù)也將瞬時(shí)動(dòng)作，啟動(dòng)本側(cè)開(kāi)關(guān)三跳、閉鎖本側(cè)線路開(kāi)關(guān)重合閘，同時(shí)通過(guò)線路保護(hù)遠(yuǎn)傳功能啟動(dòng)對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)三跳、閉鎖對(duì)側(cè)線路開(kāi)關(guān)重合閘。在此過(guò)程中，遠(yuǎn)傳收信與就地判據(jù)的時(shí)序配合對(duì)于能否可靠閉鎖對(duì)側(cè)重合閘至關(guān)重要。

1 事故簡(jiǎn)介

某電站GIL發(fā)生A相接地故障，線路保護(hù)啟動(dòng)單相跳閘、T區(qū)保護(hù)啟動(dòng)三相跳閘，保護(hù)正確動(dòng)作，并成功跳開(kāi)本側(cè)開(kāi)關(guān)、閉鎖本側(cè)重合閘；但對(duì)側(cè)換流站僅有線路保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，遠(yuǎn)跳裝置收信未跳閘，閉鎖重合閘失敗，導(dǎo)致線路開(kāi)關(guān)單相跳閘1.1 s后，重合于故障加速三跳，對(duì)電站GIL故障點(diǎn)造成了二次沖擊。

故障發(fā)生時(shí)，該電站及對(duì)側(cè)換流站錄波波形如圖1、圖2所示。

圖1 出線GIL接地故障錄波波形圖(某電站錄波波形)

圖2 出線GIL接地故障錄波波形圖(對(duì)側(cè)某換流站錄波波形)

2 事故原因分析

2.1 T區(qū)保護(hù)閉鎖重合閘的實(shí)現(xiàn)路徑

該電站T區(qū)保護(hù)采用PCS-924A型裝置，采集串內(nèi)開(kāi)關(guān)5112、5113電流及GIL外側(cè)電流互感器LH2B、LH2C電流組成三側(cè)差動(dòng)的T區(qū)保護(hù)，其保護(hù)配置圖如圖3所示。T區(qū)保護(hù)動(dòng)作后，開(kāi)入三跳接點(diǎn)至5112、5113操作箱TJR接點(diǎn)，跳開(kāi)線路開(kāi)關(guān)，并由操作箱返回閉鎖重合閘指令，由此T區(qū)保護(hù)動(dòng)作后，本側(cè)重合閘不動(dòng)作。

圖3 某電站RCS-924 T區(qū)保護(hù)保護(hù)配置圖

T區(qū)保護(hù)動(dòng)作閉鎖對(duì)側(cè)重合閘實(shí)現(xiàn)路徑較為復(fù)雜，主要通過(guò)向線路保護(hù)裝置RCS-931AMV發(fā)送“遠(yuǎn)傳1”開(kāi)入命令，該命令由光纖傳輸至對(duì)側(cè)線路保護(hù)裝置，繼而轉(zhuǎn)發(fā)至對(duì)側(cè)RCS-925G過(guò)壓遠(yuǎn)跳裝置，經(jīng)(或不經(jīng))“就地判據(jù)”滿足后，出口三跳，并閉鎖對(duì)側(cè)線路開(kāi)關(guān)重合閘，見(jiàn)圖4。

圖4 T區(qū)保護(hù)動(dòng)作閉鎖重合閘的實(shí)現(xiàn)路徑圖

2.2 T區(qū)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)遠(yuǎn)方跳閘時(shí)序分析

查閱某電站及對(duì)側(cè)換流站兩側(cè)保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)文，重點(diǎn)檢查“遠(yuǎn)傳1”傳輸路徑，將以上四臺(tái)裝置收到的遠(yuǎn)傳命令以絕對(duì)時(shí)刻為標(biāo)準(zhǔn)，繪制在同一圖中，如圖5所示。從圖5可以看出，由于裝置開(kāi)出繼電器的動(dòng)作延時(shí)問(wèn)題，最初T區(qū)保護(hù)開(kāi)出的跳閘脈寬為49 ms，最終傳輸至對(duì)側(cè)過(guò)壓遠(yuǎn)跳裝置時(shí)，脈寬僅剩余35 ms。

圖5 “遠(yuǎn)傳1”脈寬的傳輸時(shí)序圖

2.3 對(duì)側(cè)換流站RCS-925G過(guò)壓遠(yuǎn)跳裝置收信后未跳閘原因分析

RCS-925G的遠(yuǎn)跳功能主要分為遠(yuǎn)跳有判據(jù)和遠(yuǎn)跳無(wú)判據(jù)兩種情況，其中遠(yuǎn)跳無(wú)判據(jù)主要用于解決PT斷線的異常情況，其整定延時(shí)較長(zhǎng)，為200 ms。

遠(yuǎn)跳就地判據(jù)主要檢測(cè)線路低電流、低有功判據(jù)，就地判據(jù)滿足，延時(shí)40 ms開(kāi)放就地判據(jù)滿足條件框圖。當(dāng)“就地判據(jù)”及“遠(yuǎn)方收信”兩個(gè)條件同時(shí)滿足，在經(jīng)“遠(yuǎn)跳有判據(jù)延時(shí)定值”(30 ms)出口三相跳閘，詳細(xì)邏輯框圖見(jiàn)圖6、圖7。

圖6 RCS-925G 過(guò)壓遠(yuǎn)跳裝置就地判據(jù)邏輯圖

圖7 RCS-925G 過(guò)壓遠(yuǎn)跳裝置遠(yuǎn)方跳閘邏輯圖

RCS-925G過(guò)壓遠(yuǎn)跳裝置“遠(yuǎn)跳有判據(jù)”邏輯簡(jiǎn)略概括如圖8所示。

圖8 RCS-925G 遠(yuǎn)跳有判據(jù)邏輯簡(jiǎn)圖

對(duì)側(cè)換流站RCS-925G過(guò)壓及遠(yuǎn)跳保護(hù)裝置動(dòng)作波形圖可以看出，保護(hù)裝置收信脈寬大約持續(xù)了35 ms；收信時(shí)刻，A相故障電流較大，不滿足低電流就地判據(jù)(任一相電流二次值小于0.05 A)條件，大約5 ms后，A相電流降低為零，低電流條件計(jì)時(shí)開(kāi)始，根據(jù)圖8、圖9，低電流條件需維持40 ms，就地判據(jù)方滿足，但此時(shí)通道收信早已返回，因此RCS-925G過(guò)壓及遠(yuǎn)跳保護(hù)裝置未動(dòng)作出口。

圖9 對(duì)側(cè)某換流站RCS-925G 遠(yuǎn)方收信動(dòng)作時(shí)序圖

由此，可以判斷，遠(yuǎn)傳收信與就地判據(jù)時(shí)間未能匹配，是造成對(duì)側(cè)換流站過(guò)壓遠(yuǎn)跳裝置收信未跳閘的主要原因。

3 整改建議

針對(duì)目前某出線T區(qū)保護(hù)無(wú)法閉鎖對(duì)側(cè)重合閘的問(wèn)題，建議有以下幾種方案可供選擇：

方案一：投入對(duì)側(cè)換流站RCS-925G過(guò)壓遠(yuǎn)跳裝置“故障電流電壓”判據(jù)。

此方案需增加對(duì)側(cè)換流站RCS-925G過(guò)壓遠(yuǎn)跳裝置“零序電流判據(jù)”、“負(fù)序電流判據(jù)”、“零序電壓”、“負(fù)序電壓判據(jù)”等就地判據(jù)，可以使就地判據(jù)計(jì)時(shí)時(shí)刻提前至故障初始時(shí)刻，使收信與就地判據(jù)相配合；但由于“遠(yuǎn)傳1”命令多級(jí)傳輸已造成收信脈寬降低至35 ms左右，配合的裕度比較小，在某些極端時(shí)刻仍可能造成閉鎖重合閘失敗。

方案二：對(duì)T區(qū)保護(hù)裝置進(jìn)行程序升級(jí)，拓展遠(yuǎn)傳出口脈沖寬度。

由“遠(yuǎn)傳1”脈寬的傳輸時(shí)序圖5可知，如果僅對(duì)T區(qū)保護(hù)裝置程序升級(jí)而沒(méi)有增加對(duì)側(cè)換流站RCS-925G過(guò)壓遠(yuǎn)跳裝置“零序電流判據(jù)”、“負(fù)序電流判據(jù)”、“零序電壓”、“負(fù)序電壓判據(jù)”等就地判據(jù)，T區(qū)保護(hù)遠(yuǎn)跳開(kāi)出拓展的時(shí)間大致為109 ms，造成保護(hù)可靠性下降，如果對(duì)T區(qū)保護(hù)裝置進(jìn)行程序升級(jí)且增加對(duì)側(cè)換流站RCS-925G過(guò)壓遠(yuǎn)跳裝置“零序電流判據(jù)”、“負(fù)序電流判據(jù)”、“零序電壓”、“負(fù)序電壓判據(jù)”等就地判據(jù)，T區(qū)保護(hù)遠(yuǎn)跳開(kāi)出拓展的時(shí)間大致為84 ms，可提高保護(hù)動(dòng)作可靠性，此方案應(yīng)配合方案一共同開(kāi)展。

方案三：T區(qū)保護(hù)不采用“遠(yuǎn)傳1+就地判據(jù)”的方式啟動(dòng)對(duì)側(cè)跳閘，而是采用啟動(dòng)“遠(yuǎn)跳”的方式由對(duì)側(cè)差動(dòng)保護(hù)裝置直接三跳。

此方案只需要將“遠(yuǎn)傳”跳閘方式，改為啟動(dòng)線路“遠(yuǎn)跳”的方式，由對(duì)側(cè)線路保護(hù)出口跳閘，不經(jīng)過(guò)過(guò)電壓保護(hù)裝置跳閘，有效縮短了中間延時(shí)，大大提高了保護(hù)動(dòng)作可靠性。

綜上所述，采用“遠(yuǎn)跳”功能，可減少收信的傳輸次數(shù)，有效縮短了中間延時(shí)，且無(wú)就地判據(jù)的匹配問(wèn)題，為防止誤傳輸，可投入“遠(yuǎn)跳經(jīng)本側(cè)啟動(dòng)”控制字。因此，考慮到保護(hù)動(dòng)作的可靠性及電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性，可優(yōu)先選擇方案三。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)一起500 kV線路T區(qū)保護(hù)遠(yuǎn)傳信號(hào)無(wú)法閉鎖對(duì)側(cè)重合閘事故分析，結(jié)合繼電保護(hù)故障波形、動(dòng)作報(bào)告和時(shí)序圖分析了事故原因，提出了相應(yīng)對(duì)策，是一起典型的故障案例，具有廣泛的參考價(jià)值。目前，一般大型水電站會(huì)增設(shè)專用于保護(hù)GIL的T區(qū)保護(hù)，T區(qū)保護(hù)動(dòng)作后可以通過(guò)發(fā)“遠(yuǎn)傳”或“遠(yuǎn)跳”信號(hào)兩種方式給對(duì)側(cè)線路閉鎖對(duì)側(cè)線路開(kāi)關(guān)重合閘，但采用發(fā)“遠(yuǎn)傳”信號(hào)閉鎖對(duì)側(cè)重合閘這種方式時(shí)，對(duì)遠(yuǎn)傳收信與就地判據(jù)的時(shí)序配合要求較高，極易發(fā)生因遠(yuǎn)傳收信與就地判據(jù)時(shí)間未能匹配而導(dǎo)致不能可靠閉鎖對(duì)側(cè)線路開(kāi)關(guān)重合閘的事故，然而選擇發(fā)“遠(yuǎn)跳”方式可減少收信的傳輸次數(shù)，有效縮短了中間延時(shí)，且無(wú)就地判據(jù)的匹配問(wèn)題，可以有效解決GIL發(fā)生接地故障時(shí)T區(qū)保護(hù)動(dòng)作無(wú)法閉鎖對(duì)側(cè)線路開(kāi)關(guān)重合閘的情況，對(duì)于大型水電站同類保護(hù)配置及防范類似故障的發(fā)生及處理具有一定的借鑒意義。