2起500?kV線路跳閘事故的分析和比較

朱俊杰，李旭東

（上海市電力公司檢修公司，上海 200063）

500 kV練塘站是上海電網(wǎng)的重要樞紐變電站，是特高壓三華同步電網(wǎng)以及三滬直流在上海的落腳點(diǎn)。練塘站主要有3個(gè)電壓等級(jí)：500 kV、220 kV和35 kV。500 kV采用3/2斷路器接線，共有9串，目前有6回出線(楓涇2回、亭衛(wèi)2回、泗涇2回)和2組主變。其中楓練5107線(以下簡(jiǎn)稱5107線)和楓塘5117線(以下簡(jiǎn)稱5117線)分別位于第4串和第5串，這2回出線承擔(dān)楓涇—練塘潮流輸送，是練塘站目前的主要電源線。

2011-03-12和2011-03-30，由于一次設(shè)備原因，5107線和5117線相繼發(fā)生單相永久性接地故障，保護(hù)動(dòng)作行為正確，自動(dòng)化后臺(tái)顯示無誤。隨后，該變電站對(duì)該事故進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)2次事故性質(zhì)雖然相同(僅僅只是故障相別不同，前者為B相，后者為C相)，但在開關(guān)保護(hù)動(dòng)作方面存在明顯差異。即使對(duì)于同一事故，如5117線路C相跳閘，故障錄波器和保護(hù)裝置所錄波形也存在明顯矛盾。以上種種，值得運(yùn)行人員對(duì)這2次事故進(jìn)行深入分析和比較。

1 開關(guān)保護(hù)的跟跳

1.1 動(dòng)作行為差異

5107線路對(duì)應(yīng)的中開關(guān)為5042，5117線路對(duì)應(yīng)的中開關(guān)為5052，均采用南瑞繼保公司的PCS-921開關(guān)保護(hù)裝置。2次事故發(fā)生時(shí)，對(duì)應(yīng)中開關(guān)保護(hù)的動(dòng)作行為如圖1和圖2所示。可以看出，5107線發(fā)生B相故障時(shí)，線路保護(hù)跳閘后，開關(guān)保護(hù)并未跟跳故障相；5117線發(fā)生C相故障時(shí)，線路保護(hù)跳閘后，開關(guān)保護(hù)瞬時(shí)跟跳故障相(圖2圈中所示)。

1.2 動(dòng)作行為比較和分析

開關(guān)保護(hù)單相跟跳需同時(shí)滿足3個(gè)條件(見圖3)：(1)故障相跳閘開入；(2)同一時(shí)刻，故障相電流大于門檻值；(3)跟跳本開關(guān)軟壓板投入。根據(jù)5042和5052開關(guān)保護(hù)整定單，兩者的軟壓板均投入。故初步判斷：上述2次事故情況下，是否滿足條件2，或有不同。

圖1 5042開關(guān)保護(hù)動(dòng)作情況

圖2 5052開關(guān)保護(hù)動(dòng)作情況

圖3 開關(guān)保護(hù)單相跟跳邏輯

分別對(duì)5042和5052開關(guān)保護(hù)裝置內(nèi)部波形圖進(jìn)行調(diào)取和分析，發(fā)現(xiàn)在事故時(shí)刻，5042開關(guān)故障相(B相)電流為0.35 A，5052開關(guān)故障相(C相)電流為0.649 A。開關(guān)相電流啟動(dòng)的整定值均為0.4 A，前者未達(dá)到整定值，而后者超過整定值，故5052開關(guān)保護(hù)C相瞬時(shí)跟跳，5042開關(guān)保護(hù)不跟跳。

2 故障波形錄入問題及解決對(duì)策

2.1 錄波波形相互矛盾

5117線路事故中，故障錄波器所錄波形顯示5052開關(guān)C相分閘位置在前，開關(guān)保護(hù)跳閘在后，如圖4圈中所示。

圖4 5117線路故障錄波器波形

5052開關(guān)保護(hù)裝置所錄波形顯示，開關(guān)保護(hù)跳閘在前，C相分閘位置在后(如圖5圈中所示)。

圖5 5052開關(guān)保護(hù)裝置所錄波形

顯然，對(duì)于同一事故的先后順序，圖4和圖5存在根本矛盾。對(duì)此矛盾，運(yùn)行人員及時(shí)與廠家研發(fā)人員溝通，得出的解釋為：2張錄波圖中開關(guān)保護(hù)的含義不完全一致。前者是開關(guān)保護(hù)已出口至線路故障錄波器；后者只是開關(guān)保護(hù)內(nèi)部邏輯溝通，尚未經(jīng)繼電器出口，因此5052開關(guān)保護(hù)跳閘命令顯得似乎更快。

2.2 故障錄波器的頻繁啟動(dòng)

5107線事故跳閘后，調(diào)閱故障錄波器錄波文件，發(fā)現(xiàn)故障錄波器頻繁啟動(dòng)、錄波，在事故跳閘后已經(jīng)生成了數(shù)百個(gè)錄波文件。由于故障錄波器最多只能存儲(chǔ)100個(gè)文件，當(dāng)超過100個(gè)文件時(shí)，會(huì)自動(dòng)覆蓋最前面的錄波文件。事故時(shí)刻的故障錄波文件已被后續(xù)文件所覆蓋。

經(jīng)分析，故障錄波器頻繁啟動(dòng)錄波的原因是：楓涇2線和亭衛(wèi)2線在同一鐵塔上，當(dāng)同塔4回線中的任意一線路停役時(shí)，其他運(yùn)行線路會(huì)在其周圍產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓，且感應(yīng)電壓三相不平衡，會(huì)產(chǎn)生較大的零序電壓。5107線發(fā)生事故跳閘后，故障錄波器上顯示的零序電壓為27 V，大于啟動(dòng)整定值(16 V)。

為避免此類異常再次發(fā)生，在征得上級(jí)同意后，現(xiàn)場(chǎng)采取臨時(shí)措施，將4回線路PT的零序電壓壓板停用。因此，2011-03-30，當(dāng)5117線事故跳閘時(shí)，故障錄波器沒有發(fā)生頻繁啟動(dòng)，運(yùn)行人員成功調(diào)取故障波形圖。隨后，經(jīng)華東網(wǎng)調(diào)同意，將500 kV線路故障錄波器零序電壓?jiǎn)?dòng)錄波的功能禁止，同時(shí)，用上述4回線路PT的零序電壓壓板。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通信堵塞

練塘站是上海電網(wǎng)中首個(gè)在間隔層與站控層之間采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信的500 kV變電站。站內(nèi)所有保護(hù)設(shè)備、測(cè)控設(shè)備、保護(hù)子站、自動(dòng)化后臺(tái)之間均通過基于IEC61850的雙星形以太網(wǎng)快速通信；故障錄波器之間單獨(dú)組網(wǎng)，也是通過IEC61850與保護(hù)子站通信。因此，通過保護(hù)子站，運(yùn)行人員不僅可以直接調(diào)取保護(hù)裝置的動(dòng)作情況，還可以調(diào)取故障錄波器的錄波文件，大大提高了在異常和事故情況下的應(yīng)急響應(yīng)速度。

然而，實(shí)際情況卻和上述設(shè)想不一致。第1次事故中(5107線路跳閘)，保護(hù)子站無法調(diào)取相關(guān)信息。經(jīng)分析，主要原因?yàn)椋?/p>

(1) 故障錄波器頻繁啟動(dòng)，產(chǎn)生大量錄波文件，并上傳至保護(hù)子站。同時(shí)，保護(hù)裝置也上傳事故報(bào)文，造成網(wǎng)絡(luò)通信堵塞；

(2) 保護(hù)子站硬件處理水平和報(bào)文解析能力欠佳，造成故障時(shí)刻裝置死機(jī)。

針對(duì)此問題，該變電站從2方面著手改進(jìn)。一方面要求廠家及時(shí)升級(jí)保護(hù)子站的硬件、軟件，另一方面制定保護(hù)子站的日常巡視制度。規(guī)定每天必須從保護(hù)子站中調(diào)取現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置及故障錄波器的相關(guān)信息，由此確認(rèn)保護(hù)子站與保護(hù)設(shè)備、故障錄波器之間通信無異常；同時(shí)，也可確認(rèn)裝置本身工況良好。

采取上述措施后，第2次事故中(5117線路跳閘)，運(yùn)行人員通過保護(hù)子站快速調(diào)取到了相關(guān)故障波形。

2.4 保護(hù)裝置的故障錄波

事故發(fā)生時(shí)，運(yùn)行分析應(yīng)當(dāng)以故障錄波器所錄波形為主，而保護(hù)裝置內(nèi)部錄波波形對(duì)于事故分析則起著重要參考作用。

5107線路跳閘時(shí)，第2套線路保護(hù)裝置PRS753B正確動(dòng)作，動(dòng)作報(bào)告亦十分清晰，但事故后卻查不到相應(yīng)的故障錄波記錄。針對(duì)此異常，對(duì)保護(hù)裝置錄波原理進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，在保護(hù)裝置保護(hù)啟動(dòng)時(shí)會(huì)立即啟動(dòng)錄波，當(dāng)保護(hù)第3次動(dòng)作或者啟動(dòng)元件返回時(shí)，滿足錄波結(jié)束條件，生成并保存錄波文件；如不滿足錄波結(jié)束條件，則錄波流程不結(jié)束，繼續(xù)等待。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，保護(hù)裝置啟動(dòng)元件返回條件中含有零序電壓判據(jù)，即零序電壓>5 V時(shí)，啟動(dòng)元件不返回。由于5107線路在故障切除后，仍有較大零序電壓(大于5 V)，啟動(dòng)元件無法返回，錄波結(jié)束條件不滿足，錄波文件暫不生成，處在“等待結(jié)束”狀態(tài)。

利用廠家專用軟件調(diào)取裝置動(dòng)作情況后，可以看出：保護(hù)裝置啟動(dòng)元件在故障發(fā)生4天后(3月16日)才返回，并生成錄波文件。5107線路恰恰是4天后改為線路檢修狀態(tài)的，此時(shí)，顯然滿足零序電壓<5 V的條件，啟動(dòng)元件返回，錄波結(jié)束條件滿足，生成錄波文件。

由于此問題比較隱蔽，且有賴于專用軟件調(diào)取，給事故后的分析帶來不便，故要求廠家對(duì)該裝置進(jìn)行改進(jìn)。

3 結(jié)束語

通過對(duì)練塘站2起由于設(shè)備原因引起的同一性質(zhì)的線路跳閘事故的分析和比較，得出結(jié)論：在對(duì)此類事故進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)從開關(guān)保護(hù)跟跳、故障錄波、網(wǎng)絡(luò)通信等方面著手，并緊密結(jié)合設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際狀況作出判斷，以便準(zhǔn)確分析事故原因，從而提高事故后的應(yīng)急響應(yīng)速度。