500kV線路事故跳閘事件的分析與建議

朱俊杰，李旭東

（上海市電力公司 檢修公司變電運維中心，上海 200063）

0 引言

500kV練塘站是上海電網的重要樞紐變電站，是特高壓三華同步電網以及三滬直流在上海的落腳點。練塘站的投運，標志著上海500kV南半環網的全面建成，從而大大提高主網的輸電能力，使主網結構更加堅強。

練塘站有3個電壓等級：500kV、220kV和35kV。500kV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2回、泗涇2回）和2組主變。其中楓練5107線（以下簡稱5107線）和楓塘5117線（以下簡稱5117線）分別位于第4串和第5串，這兩回出線承擔楓涇至練塘潮流輸送，是練塘站目前的主要電源線。

2011年3月12日和3月30日，由于一次設備原因，5107線和5117線相繼發生單相永久性接地故障，保護動作行為正確，自動化后臺顯示無誤。兩次事故性質雖然相同（僅僅只是故障相別不同，前者為B相，后者為C相），但在開關保護動作方面存在明顯差異。即使對于同一事故，如5117線路C相跳閘，故障錄波器和保護裝置所錄波形存在明顯不同。以上事故特征與差異，很值得運行人員對這兩次事故進行深入比較和全面分析，用以提高運行人員在突發情況下的應急響應速度和處理事故能力。

1 開關保護的跟跳

1.1 動作行為差異

5107線路對應的中開關為5042；5117線路對應的中開關為5052，開關保護裝置均采用PCS-921。兩次事故發生時，對應中開關保護的動作行為分別為：5107線發生B相故障時，線路保護跳閘后，開關保護并未跟跳故障相；5117線發生C相故障時，線路保護跳閘后，開關保護瞬時跟跳故障相。

1.2 動作行為比較

開關保護單相跟跳需同時滿足3個條件：一是故障相跳閘開入；二是同一時刻，故障相電流大于門檻值；三是跟跳本開關軟壓板投入。根據5042和5052開關保護整定單，兩者的軟壓板均投入。初步判斷：上述兩次事故發生，可能是開關保護單相跟跳，滿足條件2時才動作。

調取5042和5052開關保護裝置內部波形圖，如圖1和圖2中畫圈所示。分析發現事故時刻的5042開關故障相（B相）電流為0.35A，5052開關故障相（C相）電流為0.649A。開關相電流啟動的整定值均為0.4A，前者未達到整定值，而后者超過整定值，故5052開關保護C相瞬時跟跳，5042開關保護不跟跳。

圖1 5042開關保護動作波形圖

圖2 5052開關保護動作波形圖

2 故障波形錄入問題及解決對策

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C相分閘位置在前，開關保護跳閘在后，如圖3中畫圈所示。

圖3 故障錄波器波形圖

5052開關保護裝置所錄波形顯示，開關保護跳閘在前，C相分閘位置在后，如圖4中畫圈所示。

圖4 5052開關保護錄波圖

顯然，對于同一事件先后順序，圖3和圖4存在根本矛盾。對此矛盾，運行人員及時與廠家研發人員溝通，得知兩張錄波圖中開關保護的含義不完全一致。前者是開關保護經繼電器已出口至線路故障錄波器；后者只是開關保護裝置內部邏輯溝通，尚未經繼電器出口，因此5052開關保護跳閘命令顯得似乎更快。

2.2 故障錄波器頻繁啟動

5107線事故跳閘后，調取故障錄波文件時，發現故障錄波器頻繁啟動錄波，在事故跳閘后生成了數百個錄波文件。由于故障錄波器只能存儲100個文件，當超過100個文件時，會自動覆蓋最前面的錄波文件。可見，事故時刻的故障錄波文件已被后續文件覆蓋。

經分析，故障錄波器頻繁啟動錄波的原因是：楓涇2回線和亭衛2回線在同一鐵塔上，當同塔4回線中的任意一線路停役時，其他運行線路會在其周圍產生較大的感應電壓，而且感應電壓三相不平衡，會產生較大的3U0。5107線發生事故跳閘后，故障錄波器上顯示的3U0為27V，大于啟動整定值16V。

為了避免此類異常再次發生，在征得華東網調同意后，現場采取臨時措施，停用4回線路電壓互感器的3U0壓板。因此，3月30日，當5117線事故跳閘時，故障錄波器沒有發生頻繁啟動，運行人員成功調取故障波形圖。隨后，經華東網調同意，禁用500kV線路故障錄波器3U0啟動錄波的功能，用上4回線路電壓互感器的3U0壓板。

2.3 網絡通信堵塞

練塘站是上海電網中首個在間隔層與站控層之間采用IEC 61850標準通信的500kV變電站，站內所有保護設備、測控設備、保護子站、自動化后臺之間，均通過基于IEC 61850的雙星形以太網快速通信；故障錄波器之間單獨組網，也是通過IEC 61850與保護子站通信。因此，通過保護子站，運行人員不僅可以直接調取保護裝置的動作情況，還可以調取故障錄波器的錄波文件，提高了異常和事故情況下的應急響應速度。

實際情況和上述判斷并不一致。第一次事故中（5107線路跳閘），保護子站無法調取相關信息。經分析，主要原因有兩個方面：一是故障錄波器頻繁啟動，產生大量錄波文件，并上傳至保護子站。同時，保護裝置也上傳事故報文，造成網絡通信堵塞。二是保護子站硬件處理水平和報文解析能力欠佳，造成故障時刻裝置死機。為此，一方面要求廠家及時升級保護子站的硬件和軟件；另一方面制定保護子站的日常巡視制度。規定每天必須從保護子站中調取現場保護裝置及故障錄波器的相關信息，確認保護子站與保護設備、故障錄波器之間的通信是否正常，裝置運行狀況是否良好。

采取上述措施后，第二次事故中（5117線路跳閘），運行人員通過保護子站快速調取相關故障波形。

2.4 保護裝置的故障錄波

事故發生時，運行分析常以故障錄波器所錄波形為主，而保護裝置內部錄波波形對于事故分析也起著重要參考作用。

5107線路跳閘時，第二套線路保護裝置PRS-753正確動作，動作報告亦十分清晰，但事故后卻查不到相應的故障錄波記錄。針對此異常，對保護裝置錄波原理進行分析，發現在保護裝置保護啟動時，會立即啟動錄波，當保護第三次動作或者啟動元件返回時，滿足錄波結束條件，生成并保存錄波文件；如不滿足錄波結束條件，則錄波流程不結束繼續等待。

經現場確認，保護裝置啟動元件返回條件中含有零序電壓判據，即3U0大于5V時，啟動元件不返回。由于5107線路在故障切除后，仍有較大零序電壓（大于5V），啟動元件無法返回，錄波結束條件不滿足，錄波文件暫不生成，處在“等待結束”狀態。

利用廠家專用軟件，調取裝置動作情況后，可以看出：保護裝置啟動元件在故障發生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，此時，顯然滿足3U0小于5V的條件，啟動元件返回，錄波結束條件滿足，生成錄波文件。由于此問題比較隱蔽，而且有賴于廠家專用軟件調取，給事故后分析帶來不必要麻煩，已與廠家聯系，希冀能對該裝置進行改進。

3 結語

對兩起由于設備原因引起的同一性質線路跳閘事件，從開關保護跟跳、故障錄波、網絡通信等方面進行分析和總結，提出以下幾點建議，用以提高運行人員在突發情況下的應急響應速度和處理事故能力。

1）對故障錄波圖的分析，是判斷故障的主要依據，所以在事故發生的第一時間調取故障錄波圖，能夠大大提高運行人員處理事故的速度。

2）由于發生事故后會生成許多告警文件上傳后臺，此時變電站內的網絡通信是否通暢，就顯得相當重要，所以要加強日常對網絡通信的巡視和維護工作。

3）對于不同廠家生產的裝置，運行人員應盡量了解和熟悉保護裝置的工作原理。