一起220 kV GIS設(shè)備內(nèi)部故障引起的保護動作分析

薛 峰，潘 琪，潘曉明，謝夏寅，王堅嶸

（蘇州供電公司，江蘇蘇州215004）

1 事故簡述

某220 kV站系統(tǒng)接線如圖1所示。220 kV母線并列運行，220 kV甲線由對側(cè)變電站空充線路，本側(cè)開關(guān)熱備用。其他220 kV線路合環(huán)運行，1號、2號主變運行。

圖1 某220 kV變電站接線

某年某月某日14:15:41，該站220 kVⅠ母線母差動保護動作，保護裝置錄波顯示C相接地故障，C相差流二次有效值約61.4 A，折合一次值49.1 kA。與此同時甲線兩側(cè)線路保護動作出口跳閘，由于重合閘在停用狀態(tài)，均三跳。事故后檢查Ⅰ母線所有開關(guān)均在分閘位置。

220 kV線路保護配置，甲線為PCS931GM+PSL603U雙套光纖差動保護，其余220 kV線路均為RCS931A+PSL603G雙套光纖差動保護，220 kV母差保護配置為SGB750。

2 事故原因分析

2.1 甲線線路保護具體動作情況

（1）甲線對側(cè)：PCS-931GM保護 C相縱聯(lián)差動保護動作，C相接地故障，測距5.2 km；PSL-603U保護C相縱聯(lián)差動保護動作，C相接地故障，測距5.77 km。故障電流持續(xù)時間約50 ms（甲線實際總長度 5.61 km）。

（2） 甲線本側(cè)：PCS-931GM，5 ms縱聯(lián)差動保護動作；17 ms距離加速動作；25 ms接地距離Ⅰ段動作，故障相別C相，測距0 km。12 ms縱聯(lián)差動保護動作；31 ms接地距離Ⅰ段動作；76 ms距離手合加速出口。故障相別C相，測距0 km。故障電流持續(xù)時間約75 ms。

其余220 kV線路只有啟動信號和遠(yuǎn)方跳閘出口。由于本側(cè)母差保護動作，通過各線路保護屏操作箱中的TJR繼電器向Ⅰ母線所有分相電流差動通道發(fā)遠(yuǎn)跳令，因此對側(cè)PSL603保護收到本側(cè)的遠(yuǎn)跳命令后通過TJR執(zhí)行永跳出口并閉鎖重合閘，同時對側(cè)TJR繼電器再向本側(cè)發(fā)遠(yuǎn)跳令，所以本側(cè)其他線路保護收到對側(cè)遠(yuǎn)跳命令出口均為正常，但實際開關(guān)均應(yīng)由母差保護動作出口跳開。

2.2 動作分析

本側(cè)甲線開關(guān)在熱備用狀態(tài)，出現(xiàn)故障電流并導(dǎo)致母差保護動作。本側(cè)220 kV系統(tǒng)為六氟化硫封閉式組合電器(GIS)設(shè)備，線路間隔各電流互感器（TA）的布置如圖1所示，母差保護TA在開關(guān)斷口的線路側(cè)，線路保護TA在開關(guān)斷口的母線側(cè)，這樣的TA布置是符合繼電保護反事故措施要求的[1]。

本側(cè)甲線PSL603U線路保護故障錄波如圖2所示，從圖2中看到對側(cè)的C相故障電流比本側(cè)C相故障電流先出現(xiàn)約10 ms，且10 ms后故障電流波形與本側(cè)故障相電流波形基本同相，屬于區(qū)內(nèi)故障特征。母線差動保護故障錄波如圖3所示，從圖3中可看到甲線的電流先于其他支路電流出現(xiàn)10 ms左右，且10 ms之后與Ⅰ母線其他支路電流同相，這屬于區(qū)內(nèi)故障特征 （本側(cè)甲線開關(guān)最近的帶負(fù)荷記錄是某年某月某日，負(fù)荷85 MW。當(dāng)時線路保護、母差保護運行情況正常，可排除母線保護TA及線路保護TA極性錯誤的可能）。

圖2中，開關(guān)量通道：a為A跳出口，b為B跳出口，c為C跳出口，d為重合閘出口，e為A相跳閘位置，f為B相跳閘位置，g為C相跳閘位置，h為遠(yuǎn)跳開入，i為遠(yuǎn)傳開入A，j為遠(yuǎn)傳開入B；模擬量通道：Ia=160.00 A/格，Ib=160.00 A/格，Ic=160.00 A/格，3I0=160.00 A/格，Ua=100.00 A/格，Ub=100.00 A/格，Uc=100.00 A/格，3U0=100.00 A/格，Ux=170.00 A/格，Ia對側(cè)=160.00 A/格，Ib對側(cè)=160.00 A/格，Ic對側(cè)=160.00 A/格。

圖 3 中，AI00：Ua=91.00 V/格；AI01：Ub=91.00 V/格；AI02：Uc=91.00 V/格；AI06：Ic=56.00 A/格；AI07：Ic=56.00 A/格；AI08：Ic=56.00 A/格；AI09：Ic=56.00 A/格。

通過比較其他220 kV線路保護錄波和母差保護錄波可發(fā)現(xiàn)在故障零時刻的起波方向相反，可知母差保護TA與線路保護TA是反極性輸出的，而母差保護中甲線電流錄波與其他220 kV線路電流錄波相位一致，說明母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，母差保護動作行為正確。

甲線本側(cè)開關(guān)在熱備用狀態(tài)，而熱備用的開關(guān)出現(xiàn)故障電流且能使線路保護的分相電流差動保護動作應(yīng)該有3種可能，一是線路C相有故障而開關(guān)斷口擊穿；二是故障點落在開關(guān)斷口與線路保護TA之間時；三是開關(guān)C相斷口擊穿同時又對GIS筒體放電造成接地故障。

（1）若故障點在線路上而開關(guān)只是斷口擊穿，那么線路分相電流差動保護動作是正確的，而母差保護不應(yīng)動作。且母差保護錄波圖中甲線支路的電流應(yīng)與其他支路電流反向，這與實際情況不符，故這種可能性可排除。

（2）若C相接地點落在開關(guān)斷口與線路保護TA之間時，此時線路分相電流差動保護動作是正確的。母差保護此時也會動作，但是母差保護錄波中甲線支路不應(yīng)有故障電流，這與實際不符，故這種可能性被排除。

（3）若開關(guān)C相斷口擊穿又對筒體放電接地，則此時線路分相電流差動保護動作是正確的。母差保護動作此時也是正確的，且母差保護錄波圖中甲線支路應(yīng)有故障電流，且與其他支路應(yīng)是同相的，這與實際是相符的。因此可推斷甲線GIS的C相開關(guān)筒體內(nèi)發(fā)生了斷口擊穿又接地的故障。

通過對甲線保護錄波圖及母差故障錄波圖的進一步分析，由甲線線路PSL603保護故障錄波圖反應(yīng)，對側(cè)的故障相電流比本側(cè)故障相電流先出現(xiàn)10 ms左右，可以說明前10 ms斷口未擊穿但存在接地故障。又從母差保護故障錄波圖上甲線的電流先于其他支路電流出現(xiàn)10 ms左右，可以得出在甲線C相開關(guān)筒體內(nèi)首先發(fā)生的是母差TA與斷口之間對筒體擊穿的接地故障 （如圖1中Kc點），約10 ms后再轉(zhuǎn)變成接地又?jǐn)嗫趽舸┑墓收稀Ｗ詈笾率篃醾溆玫募拙€路保護與220 kVⅠ母母差保護同時動作。

事故后通過對GIS筒體的解體檢查，證明了錄波分析的正確性，故障原因為線路遭受雷擊，造成筒體內(nèi)氣體絕緣擊穿所致，對地的放電點在線路側(cè)TA與斷路器斷口之間。一次設(shè)備解體后內(nèi)部放電痕跡如圖4、圖5所示。

圖4 斷路器靜觸頭屏蔽罩上（靠線路側(cè)）電弧燒化缺口（圈內(nèi)部位）

圖5 動觸頭和靜觸頭上均有電弧灼燒痕跡（圈內(nèi)部位）

3 結(jié)束語

隨著GIS設(shè)備在電力系統(tǒng)中廣泛運用，其優(yōu)勢也越來越明顯[2，3]。但是GIS在TA布置方面有其特殊性，同時又由于GIS設(shè)備故障的隱蔽性，往往給事故分析帶來了一定的難度，因此正確地利用二次系統(tǒng)信息，提高GIS設(shè)備內(nèi)部故障時的分析能力，對于快速判斷故障點，保障系統(tǒng)安全運行有著重要的意義。

[1]國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施（試行）[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術(shù)問答（第2版）[M].北京：中國電力出版社，2000.

[3]江蘇省電力公司.繼電保護原理與實用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2006.