500kV線路永久性接地故障的分析判斷

鄭紹軍 馬海波

（國電雙遼發(fā)電有限公司，吉林 雙遼 136400）

1 引言

國電雙遼發(fā)電有限公司是一座擁有 4臺(tái)300MW火力發(fā)電機(jī)組的超百萬電廠，于2000年建成投運(yùn)。其中 3、4號(hào)發(fā)電機(jī)經(jīng)主變壓器升壓后以500kV一級(jí)電壓接入系統(tǒng)，以一回500kV線路至梨樹變電站，線路長度約 73kM，命名為雙梨乙線。如圖1所示。

圖1 雙遼發(fā)電有限公司500kV系統(tǒng)一次簡圖

2009年5月29日雙梨乙線線路A相斷線發(fā)生永久性接地故障，線路保護(hù)及機(jī)組保護(hù)均正確動(dòng)作，線路開關(guān)及機(jī)組主開關(guān)及時(shí)分閘。這是自該線路投運(yùn)以來首次發(fā)生永久性故障。

2 事件概況

時(shí)間：5月29日14點(diǎn)16分

天氣：狂風(fēng)、雷雨

地點(diǎn)：500kV雙梨乙線，距雙遼廠側(cè)5.21km

事件：

電氣：（1）A相接地故障，線路保護(hù)高頻距離、距離一段、分相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開5013、5012開關(guān)A相，890毫秒后5013開關(guān)重合，重合于永久性故障，保護(hù)三跳，跳開5013、5012開關(guān)。

（2）3號(hào)發(fā)電機(jī)過激磁定時(shí)限動(dòng)作（保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)）、發(fā)電機(jī)過激磁反時(shí)限動(dòng)作（保護(hù)動(dòng)作于解列滅磁)、5012開關(guān)非全相運(yùn)行發(fā)信號(hào)動(dòng)作、勵(lì)磁系統(tǒng)故障保護(hù)動(dòng)作跳開3號(hào)主變出口5011開關(guān)，3號(hào)機(jī)滅磁停機(jī)，廠用電切換。

（3）4號(hào)發(fā)電機(jī)過激磁定時(shí)限動(dòng)作（保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)）、高廠變復(fù)壓過流（保護(hù)動(dòng)作于解列滅磁)、勵(lì)磁系統(tǒng)故障保護(hù)動(dòng)作跳開 4號(hào)主變出口 5022、5023開關(guān)，4號(hào)機(jī)滅磁停機(jī)，廠用電切換。

（4）3號(hào)機(jī)6kV廠用3A段PT來零序過壓報(bào)警，3A、3C廠用段PT來低電壓報(bào)警，保安段切換到備用電壓，同時(shí)保安段工作電源來失電報(bào)警。

（5）4號(hào)機(jī)6kV廠用4A段PT來零序過壓報(bào)警，4A、4C廠用段PT來低電壓報(bào)警，保安段切換到備用電壓，同時(shí)保安段工作電源來失電報(bào)警。

汽機(jī)： 3、4號(hào)機(jī)甩負(fù)荷至零，主汽壓最高達(dá)20.48MPa，過熱 1、2號(hào)安全門均動(dòng)作，汽動(dòng)給水泵跳閘，電泵聯(lián)啟，DEH汽輪機(jī)液壓調(diào)速系統(tǒng)由自動(dòng)切手動(dòng)。3號(hào)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升至 3170rpm，OPC汽輪機(jī)超速限制保護(hù)動(dòng)作。4號(hào)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升至3173rpm，OPC汽輪機(jī)超速限制保護(hù)動(dòng)作。

鍋爐：停 3、4號(hào)爐手動(dòng) MFT，主機(jī)跳閘，聯(lián)系汽機(jī)專業(yè)投入高、低旁路運(yùn)行。值長令3、4號(hào)爐滅火，汽包水位上至+300mm，停止上水，開省煤器再循環(huán)門。

3 事故分析

3.1 單相接地短路故障簡介

2009年5月29日14時(shí)16分，事發(fā)時(shí)有雷擊、暴風(fēng)雨等惡劣天氣，造成500kV雙梨乙線A相單相接地故障。電力系統(tǒng)及電氣設(shè)備最常見的短路是單相接地，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示約占電力系統(tǒng)全部短路的75%以上。其中絕大多數(shù)是瞬時(shí)性接地故障，而永久性接地故障僅占很小的比例。對(duì)大電流接地系統(tǒng)，繼電保護(hù)應(yīng)盡快切斷單相接地短路電流。

單相接地瞬時(shí)性故障（動(dòng)作順序）：

單相故障→單跳→重合閘計(jì)時(shí)→單相重合閘→系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行

單相接地永久性故障（動(dòng)作順序）：

單相故障→單跳→重合閘計(jì)→單相重合閘→重合于永久性故障→三跳

3.2 線路保護(hù)動(dòng)作情況分析

（1）500kV線路保護(hù)配置

500kV雙梨乙線全長 72.28km，配置兩套相互獨(dú)立的主保護(hù)和后備保護(hù)，即配置國產(chǎn)許繼GXW 101A-42/X型保護(hù)和瑞士ABB公司的REL561型進(jìn)口保護(hù)。

GXW 101A-42/X型保護(hù)屏由許昌繼電器廠生產(chǎn)，屏上裝設(shè)有CSL101A型多CPU成套線路微機(jī)保護(hù)裝置和 GSF-6A型高頻保護(hù)收發(fā)信機(jī)。該保護(hù)屏具有高頻閉鎖式主保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)，使用B相專用高頻通道，頻率為166kHz。

REL561型保護(hù)屏是ABB公司生產(chǎn)的成套線路保護(hù)裝置，該保護(hù)屏具有分相電流差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)。

此外在斷路器輔助繼電器屏還設(shè)有斷路器失靈保護(hù)和重合閘繼電器。

（2）故障前線路運(yùn)行情況

1）雙梨乙線A相電壓 306.54kV。

2）雙梨乙線B相電壓 306.76kV。

3）雙梨乙線C相電壓 304.49kV。

4）雙梨乙線N相電壓4.59kV。

5）雙梨乙線A相電流 0.56kA。

6）雙梨乙線B相電流 0.56kA。

7）雙梨乙線C相電流 0.57kA。

8）雙梨乙線N相電流 0.01kA。

結(jié)論：運(yùn)行正常，電流電壓平穩(wěn)。

（3）500kV線路保護(hù)動(dòng)作情況及分析

101A保護(hù)記錄信息 （第一套保護(hù)）

1）2009-5-29 14：16：30。

2）7 GPQD 高頻啟動(dòng)。

3）18 1ZKJCK 距離I段出口。

4）32 GPJLCK 高頻距離出口。

5）928 XXJCK 阻抗相近加速出口。

6）935 GJJSCK 高頻保護(hù)瞬時(shí)距離加速出口。

7）CJ L=5.21 AN 測距 5.21KM A相接地。

REL561保護(hù)記錄信息 （第二套保護(hù)）

1）2009-5-29 14：16：27.400。

2）TRIP A 跳A相。

3）PHS STPE 接地選相動(dòng)作。

4）PHS-STFW-A A相正方向選相動(dòng)作。

5）PHS-STFW PE 正方向接地選相動(dòng)作。

6）ZM 1 TRIP 距離1段跳閘。

7）DIFL TRIP 差動(dòng)跳閘。

8）DIFF TRIP A 差動(dòng)跳A相。

9）AR 1P START 單相啟動(dòng)重合閘。

10）TEF START 零序啟動(dòng)。

11）TEF STFW 零序正方向。

12）CB 1PH OPEN 開關(guān)單相分閘。

13）CB OPEN 開關(guān)分閘。

線路保護(hù)動(dòng)作行為分析：

1）故障相：A相

2）單跳時(shí)間：18mS線路保護(hù)高頻距離、距離一段、分相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，60.6mS跳開5013、5012開關(guān)A相（錄波圖2）

3）重合閘時(shí)間：881.4mS后5013開關(guān)重合（錄波圖3）

4）三跳時(shí)間：928mS阻抗相近加速出口保護(hù)三跳，959.5mS跳開5013、5012開關(guān)（錄波圖4）

5）故障性質(zhì)：A相永久性故障

圖2 故障發(fā)生60.6m s后5012、5013開關(guān)A相分閘

圖3 881.4m S后5013開關(guān)重合

圖4 959.5m S跳開5013、5012開關(guān)

結(jié)論：經(jīng)過實(shí)際對(duì)線路檢查，確認(rèn)A相發(fā)生永久性接地故障，保護(hù)動(dòng)作行為及故障錄波正確。

3.3 機(jī)組保護(hù)動(dòng)作情況分析

（1）機(jī)組保護(hù)配置

我廠3、4號(hào)機(jī)組采用發(fā)電機(jī)－變壓器組的單元接線接入500kV 3/2接線的配電裝置，經(jīng)雙梨乙線送出電能。單元機(jī)組的勵(lì)磁變壓器電源、高壓廠用變壓器電源由發(fā)電機(jī)與主變壓器之間的主封閉母線引出。

發(fā)變組及高廠變保護(hù)采用東南大學(xué)和南京電力自動(dòng)化設(shè)備總廠聯(lián)合研制成功的GZFB-W 251型微機(jī)發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)裝置。可提供三十多種保護(hù)功能和非電量保護(hù)接口，分布于若干個(gè)相互完全獨(dú)立的CPU系統(tǒng)。3、4號(hào)微機(jī)發(fā)變組、廠高變保護(hù)分A、B、C柜，主、后備保護(hù)分別布置在四個(gè)CPU單元中。

（2）故障前3號(hào)機(jī)組運(yùn)行情況

1）3號(hào)機(jī)組有功272MW。

2）3號(hào)機(jī)組無功96MVAR。

3）發(fā)電機(jī)定子電流A相7971A。

4）發(fā)電機(jī)定子電流B相8149A。

5）發(fā)電機(jī)定子電流C相7971A。

6）發(fā)電機(jī)定子電壓20.53kV。

7）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓248V。

8）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流1957A。

結(jié)論：3號(hào)發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。

（3）3號(hào)發(fā)電機(jī)組保護(hù)動(dòng)作情況及分析

3號(hào)發(fā)變組保護(hù)屏發(fā)電機(jī)過激磁定時(shí)限動(dòng)作（保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)）、發(fā)電機(jī)過激磁反時(shí)限動(dòng)作（保護(hù)動(dòng)作于解列滅磁)、5012開關(guān)非全相運(yùn)行發(fā)信號(hào)動(dòng)作、勵(lì)磁系統(tǒng)故障保護(hù)動(dòng)作。

3號(hào)發(fā)電機(jī)組保護(hù)動(dòng)作行為分析：

1）500kV線路發(fā)生單相接地故障，此時(shí)線路保護(hù)動(dòng)作單跳5012開關(guān)、5013開關(guān)A相，導(dǎo)致5012開關(guān)非全相運(yùn)行信號(hào)發(fā)出。

2）由于5013開關(guān)重合于永久性故障，線路保護(hù)動(dòng)作跳開5013、5012開關(guān)，此時(shí)3號(hào)機(jī)組突然甩負(fù)荷，此時(shí)由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的滯后特性，各限制未來得及動(dòng)作，機(jī)端電壓迅速上升，同時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，頻率同時(shí)上升，當(dāng)過激磁倍數(shù)（n=U/F)至 1.1倍時(shí)，致使發(fā)電機(jī)過激磁定時(shí)限發(fā)出信號(hào)，持續(xù)一段此狀態(tài)后達(dá)到過激磁反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作值，保護(hù)動(dòng)作跳開5011開關(guān)，3號(hào)機(jī)組滅磁停機(jī)。

（4）故障前4號(hào)機(jī)組運(yùn)行情況

1）4號(hào)機(jī)組有功265MW。

2）4號(hào)機(jī)組無功94MVAR。

3）發(fā)電機(jī)定子電流A相7941A。

4）發(fā)電機(jī)定子電流B相8089A。

5）發(fā)電機(jī)定子電流C相7901A。

6）發(fā)電機(jī)定子電壓20.52kV。

7）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓248V。

8）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流2048A。

結(jié)論：4號(hào)發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行

（5）4號(hào)發(fā)電機(jī)組保護(hù)動(dòng)作情況

發(fā)電機(jī)過激磁定時(shí)限動(dòng)作（保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)）、高廠變復(fù)壓過流（保護(hù)動(dòng)作于解列滅磁)、勵(lì)磁系統(tǒng)故障保護(hù)動(dòng)作。

4號(hào)發(fā)電機(jī)組保護(hù)動(dòng)作行為分析：

1）由于5013開關(guān)重合于永久性故障，線路保護(hù)動(dòng)作跳開5013、5012開關(guān)，此時(shí)4號(hào)機(jī)組突然甩負(fù)荷，此時(shí)由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的滯后特性，各限制未來得及動(dòng)作，機(jī)端電壓迅速上升，同時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，頻率同時(shí)上升，當(dāng)過激磁倍數(shù)（n=U/F)至 1.1倍時(shí)，致使發(fā)電機(jī)過激磁定時(shí)限發(fā)出信號(hào)。

過激磁反時(shí)限保護(hù)未動(dòng)，分析是由于3、4號(hào)機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速限制等存在一些差異，過激磁保護(hù)動(dòng)作情況會(huì)有所不同。

2）4號(hào)發(fā)變組保護(hù)高廠變復(fù)壓過流保護(hù)動(dòng)作，分析是由于4號(hào)機(jī)組孤島運(yùn)行，廠用段電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)使高廠變復(fù)壓過流保護(hù)動(dòng)作，跳開 5022、5023開關(guān)，4號(hào)機(jī)組滅磁停機(jī)。

結(jié)論：經(jīng)過對(duì)故障錄波器數(shù)據(jù)調(diào)取和保護(hù)報(bào)告打印，確認(rèn)此次故障時(shí)，3、4號(hào)機(jī)組保護(hù)動(dòng)作行為正確。

3.4 廠用系統(tǒng)異常情況分析

（1）故障前3、4號(hào)機(jī)組運(yùn)行情況

1）3（4）號(hào)高廠變運(yùn)行，低壓側(cè) 63A1（64A1）、63B1(64B1)開關(guān)分別帶6kV廠用3A(4A)段、3B(4B)段運(yùn)行。

2）2號(hào)起備變運(yùn)行，低壓側(cè)62G1、62G2開關(guān)分別帶6kV公用2A段、2B段運(yùn)行。

3）3(4)號(hào)機(jī)0.4kV保安段B31(B41)開關(guān)合位、B312(B412)開關(guān)合位、B32(B42)開關(guān)合位、B322(B422)開關(guān)分位、3HKK(4HKK)開關(guān)分位。保安段由工作電源帶負(fù)荷運(yùn)行。

4）結(jié)論：3號(hào)發(fā)電機(jī)組廠用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)方式運(yùn)行。（2）3(4)號(hào)機(jī)組廠用系統(tǒng)異常情況

6kV廠用電切換至備用電源（2號(hào)起備變），6kV廠用3A(4A)段PT來零序過壓報(bào)警，3A(4A)、3C(4C)低廠變 PT來低電壓報(bào)警，保安段切換到備用電源B32(B42)、B322(B422)開關(guān)。

3（4）號(hào)機(jī)組廠用系統(tǒng)異常情況分析：

1） 6kV廠用電切換至備用電源

機(jī)組事故跳閘時(shí)，6kV廠用電將進(jìn)行串聯(lián)切換。即 63A1（64A1）、63B1（64B1）開關(guān)由機(jī)組保護(hù)動(dòng)作跳閘，此時(shí)機(jī)組保護(hù)啟動(dòng)快切裝置切換至2號(hào)起備變帶廠用段運(yùn)行，63A0（64A0）、63B0（64B0）開關(guān)合閘。

2）6kV廠用3A（4A）段PT來零序過壓報(bào)警

由于6kV廠用3A（4A）段與3B（4B）段所帶負(fù)載不同，所以6kV電壓由工作電源切為備用電源存在先后，分析認(rèn)為 6kV廠用 3B（4B）段快切是以同期捕捉切換到備用電源的，3A（4A）段快切是以殘壓切換到備用電源的，6kV廠用 3A（4A）段切換較6kV廠用3B（4B）段慢 ，造成廠用電壓不平衡 瞬間表現(xiàn)出來，延時(shí)0.1s發(fā)零序過電壓報(bào)警。而6kV廠用 3B（4B）段未來報(bào)警原因?yàn)槠淝袚Q時(shí)間小于0.1s。

（3）3A（4A）、3C（4C）低廠變 PT來低電壓報(bào)警，保安段切換到備用電源。

6kV廠用3A（4A）段切換較6kV廠用3B（4B）段慢，造成電壓降低，使廠用PC 3A（4A）、3C（4C）段來低壓報(bào)警，同時(shí)跳開保安段工作電源，此時(shí)由于6kV3B（4B）段已經(jīng)切換到備用電源，所以保安段也切換到備用電源。

結(jié)論：3、4號(hào)機(jī)組廠用電系統(tǒng)受線路故障影響，致使一些保護(hù)動(dòng)作及發(fā)出異常報(bào)警信號(hào)，分析認(rèn)為各保護(hù)動(dòng)作行為正確。

4 結(jié)論

（1）本次 “500kV雙梨乙線A相發(fā)生永久性接地故障”時(shí)，500kV線路保護(hù)及3、4號(hào)機(jī)組各主、后備保護(hù)均正確動(dòng)作。

（2）本次故障在給我廠造成一定經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，檢驗(yàn)我廠機(jī)、爐、電系統(tǒng)保護(hù)的正確性。

（3）本次故障是一次難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，對(duì)以后的學(xué)習(xí)工作具有極強(qiáng)的借鑒價(jià)值。