一起220kV母差后備保護(hù)誤動的原因分析及改進(jìn)措施

曾慶匯，劉 娟，何 偉

（1.江西南昌供電公司，江西 南昌 330006；2.湖南省電力培訓(xùn)中心，湖南長沙 410000；3.宜賓電業(yè)局，四川 宜賓 644000）

0 引言

發(fā)電廠和變電站的高壓母線是電力系統(tǒng)中極其重要的電氣元件。在電力系統(tǒng)樞紐變電站的母線上發(fā)生故障時，將使連接在故障母線上的元件停電，會引起整個系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，造成大面積停電，甚至導(dǎo)致電力系統(tǒng)瓦解，后果及其嚴(yán)重。雖然母線在發(fā)電廠、變電站運(yùn)行的環(huán)境條件相對較好，但由于各種原因引起母線保護(hù)動作還是常有的，這其中有母線上連接的元件發(fā)生故障，也有母線連接元件的失靈保護(hù)動作，當(dāng)然還有占8%的比率是母差保護(hù)誤動作。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模、容量的不斷壯大，母差保護(hù)的可靠性提升到相當(dāng)重要的地位，即保護(hù)的可性賴和安全性，既不能誤動又不能拒動。要將母差保護(hù)誤動降低到最低，這就要求對母線保護(hù)的原理、母線保護(hù)的設(shè)計和運(yùn)行人員的操作、維護(hù)水平和責(zé)任心，給予高度的重視，對平時運(yùn)行中出現(xiàn)的問題不斷總結(jié)和完善。

微機(jī)母線保護(hù)經(jīng)過幾代的發(fā)展，保護(hù)原理越來越成熟，越來越完善，從簡單的比率差動保護(hù)發(fā)展到母聯(lián)死區(qū)、母差后備保護(hù)，母差功能越來越齊全。本文述及的是后備保護(hù)動作邏輯上的缺陷導(dǎo)致母差誤動的一起案例。

1 故障情況

圖1 電氣一次接線

2011年12月28日某某供電公司某某220kV變電站進(jìn)行220kV甲線間隔設(shè)備預(yù)試和保護(hù)定檢工作，為配合220kV甲線間隔設(shè)備預(yù)試和保護(hù)定檢工作，220kVⅠ母轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)，220kVⅡ母帶全站220kV負(fù)荷（電氣一次接線簡圖如圖1）。班組現(xiàn)場辦理完所有手續(xù)后，10時30分，工作人員進(jìn)入現(xiàn)場開展工作，220kV甲線線路保護(hù)二次回路接線檢查、緊固工作。11點(diǎn)02分9秒454毫秒，220kV母線差動保護(hù)動作，跳開220kVⅡ母上所有斷路器，造成220kVⅡ母失壓，與主電網(wǎng)解列，電網(wǎng)區(qū)域穩(wěn)控裝置動作，切除電網(wǎng)負(fù)荷256MW。

220kV母線雙重化保護(hù)配置分別為RCS-915GB和BP-2CS，經(jīng)檢查BP-2CS無任何動作報文，RCS-915GB的動作報文為差動后備保護(hù)動作。

2 檢查處理

事故發(fā)生時，變電站有兩個工作現(xiàn)場，一個是保護(hù)人員正在保護(hù)室進(jìn)行220kV甲線RCS-902A線路保護(hù)傳動試驗準(zhǔn)備，另一個是工作人員在本間隔開關(guān)場電流互感器二次側(cè)對二次回路進(jìn)行接線檢查、緊固工作。事故發(fā)生后，現(xiàn)場立即停止所有作業(yè)。對全站失壓的220kV母線保護(hù)范圍內(nèi)的母線、電流互感器等一次設(shè)備進(jìn)行全面檢查，均未發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，說明一次設(shè)備確實無故障。

事故發(fā)生時現(xiàn)場沒有對220kV甲線接入母差保護(hù)裝置的電流二次回路進(jìn)行隔離，工作人員在電流互感器本體端子盒處緊固螺絲過程中，轉(zhuǎn)動中的扳手將碰接220kV甲線RSC-931BM保護(hù)用電流N回路與RCS-915GB母差保護(hù)裝置用電流二次回路C相（如圖2）。

圖2 220kV某線電流互感器二次接線盒

造成母差保護(hù)電流回路出現(xiàn)兩點(diǎn)接地（如圖3），初步認(rèn)為誤碰造成的兩點(diǎn)接地是引起母差后備保護(hù)誤動作的原因。

圖3 220kV某線電流回路附加圖

3 母差后備保護(hù)的動作原理

差動保護(hù)根據(jù)母線上所有連接元件電流采樣計算出大差電流，構(gòu)成大差比率差動元件，作為差動保護(hù)的區(qū)內(nèi)故障判別元件。裝置根據(jù)各連接元件的刀閘位置開入計算出兩條母線的小差電流，構(gòu)成小差比率差動元件，作為故障母線選擇元件。

為防止母線區(qū)內(nèi)故障時因刀閘位置異常影響小差計算，導(dǎo)致大差動作判為區(qū)內(nèi)故障，而各母線小差都不動作無法選擇故障母線，造成母差保護(hù)拒動。所以當(dāng)大差滿足動作條件，而各母線小差均不動作的情況下，為快速切除母線區(qū)內(nèi)故障而設(shè)置了母差后備保護(hù)。

當(dāng)抗飽和母差大差動作（電流互感器飽和檢測元件檢測為母線區(qū)內(nèi)故障），且小差比率差動元件不動作，同時差動保護(hù)投入，則經(jīng)運(yùn)行母線電壓閉鎖開放，250ms切除母線上所有的元件(母差后備保護(hù)見邏輯框圖4）。

圖4 母差后備保護(hù)邏輯

4 運(yùn)行母線的判據(jù)

運(yùn)行母線判據(jù)如下：

1）本母線任一相相電壓大于0.3Un；

2）本母線零序電壓大于母差零序電壓閉鎖定值（6V）；

3）本母線負(fù)序電壓大于母差負(fù)序電壓閉鎖定值(4V)；

4）本母線上連接的任一支路電流大于0.04In；

以上四個條件任意一個滿足，母差保護(hù)判母線在運(yùn)行。運(yùn)行母線的判據(jù)見邏輯框圖5。

5 微機(jī)母差保護(hù)誤動的原因分析

5.1 差流產(chǎn)生原因分析

220kV甲線線路保護(hù)與母線差動保護(hù)電流回路在開關(guān)場端子箱處及保護(hù)小室分別單點(diǎn)接地，在電流互感器二次接線端子處兩個不同的接地端子之間存在0.43V的工頻電壓差，當(dāng)工作人員進(jìn)行電流互感器二次接線柱緊固時，無意中將母差回路二次繞組端子3S1與在其上方相鄰的二次繞組端子2S3（2S3接地）短接，致使母差電流回路3S1接線端子對地導(dǎo)通，在戶內(nèi)外兩個接地點(diǎn)間0.43V電勢差的作用下，形成了接地點(diǎn)高電勢端→母差保護(hù)220kV某線C相電流輸入回路→接地點(diǎn)低電勢端的電流導(dǎo)通回路（如圖3），從而使本無流的母差保護(hù)某線C相支路附加電流為0.54A，而母差保護(hù)動作的啟動電流為0.4A。由于Ⅰ母上所有元件刀閘已拉開，Ⅰ母小差自動退出，Ⅱ母所連接系統(tǒng)設(shè)備無故障，Ⅱ母小差無差流，此時只有大差有差流，并且大差差流值超過差動保護(hù)定值，大差后備滿足動作條件之一。

圖5 運(yùn)行母線邏輯

5.2 運(yùn)行母線電壓閉鎖動作分析

在220kVⅠ母線已轉(zhuǎn)檢修狀態(tài)下，本應(yīng)是雙母線運(yùn)行轉(zhuǎn)為單母線運(yùn)行，但是由于A相二次感應(yīng)電壓較高為6.64V(由于電纜之間相互干擾引起），滿足大差后備保護(hù)判運(yùn)行母線判據(jù)中的2）及3）條件，母差保護(hù)裝置誤將停運(yùn)檢修的Ⅰ母誤判為運(yùn)行母線。母差保護(hù)同時認(rèn)為Ⅰ母和Ⅱ母同時在運(yùn)行狀態(tài)，為雙母線運(yùn)行。

因為各母線小差均不動作，所以母差后備保護(hù)動作無法按小差動作相應(yīng)母線電壓閉鎖，而是經(jīng)任一運(yùn)行母線的復(fù)壓條件滿足，開放母差后備保護(hù)，其動作后將切除兩條母線上的所有元件。運(yùn)行母線電壓閉鎖開放的邏輯框圖見圖6。母差后備動作跳母線時也不能經(jīng)各自母線的電壓閉鎖跳相應(yīng)母線，是為防止刀閘位置錯誤情況下發(fā)生母線故障時，可能導(dǎo)致故障支路所在母線電壓閉鎖不開放（母線保護(hù)接入的刀閘位置與一次系統(tǒng)圖不對應(yīng)，刀閘位置又失去記憶的情況),造成后備保護(hù)無法最終切除故障支路。由于Ⅰ母A相二次感應(yīng)電壓較高為6.64V，滿足電壓閉鎖動作條件，母差后備滿足動作條件二。

圖6 運(yùn)行母線電壓閉鎖開放邏輯

Ⅰ、Ⅱ母小差均不動作，大差動作，運(yùn)行母線電壓閉鎖開放，差動保護(hù)投入，母差保護(hù)進(jìn)入后備保護(hù)邏輯（如圖4），以上四個條件都滿足的情況下，母差后備保護(hù)動作跳閘切除Ⅰ、Ⅱ母所有連接元件。

6 采取的解決方案及措施

1）工作人員未將220kV某線與母差回路的電流端子連片斷開，在緊螺絲過程中造成兩點(diǎn)接地產(chǎn)生差流是母差誤動的原因之一，因此要加強(qiáng)現(xiàn)場的危險點(diǎn)分析與預(yù)控，做好危險點(diǎn)辯識，尤其是二次回路上要做好二次安全隔離措施。這是從人的工作責(zé)任心和業(yè)務(wù)素質(zhì)著手，但是人很難完全避免犯錯，因此必須從技術(shù)上著手才能徹底解決。

2）其次母差后備保護(hù)動作的原因之一是將停運(yùn)檢修的Ⅰ母誤判為運(yùn)行母線。采用2）、3）任一條件滿足判運(yùn)行母線的邏輯不太合理，正常運(yùn)行時母線的零序、負(fù)序電壓不可能達(dá)到那么高甚至零負(fù)序電壓基本為零，因此建議取消2）至3）的條件。同時將電壓和電流判據(jù)改成與的邏輯，即本母線任一相相電壓大于0.3Un，本母線上連接的任一支路電流大于0.02In；以上兩個條件同時滿足，母差保護(hù)判母線在運(yùn)行，改進(jìn)后的邏輯如圖7所示。改進(jìn)后可以有效的防止停運(yùn)母線二次感應(yīng)電壓較高時差動后備保護(hù)的誤動，同時正常時也不影響母差保護(hù)的運(yùn)行。

3）在此母差后備動作跳Ⅱ母（運(yùn)行母線）的原因是后備保護(hù)不經(jīng)各自母線的電壓閉鎖跳相應(yīng)母線，正常運(yùn)行母線受牽連導(dǎo)致Ⅱ母所有出線單元跳閘。

圖7 改進(jìn)后的運(yùn)行母線邏輯框

母差后備動作邏輯建議更改為刀閘位置正常的單元經(jīng)相應(yīng)母線電壓閉鎖，無刀閘位置的單元不經(jīng)復(fù)壓閉鎖。改進(jìn)后的母差后備保護(hù)可以充分發(fā)揮作用，做到既不誤動又不拒動，改進(jìn)后的邏輯框如圖8所示。

圖8 改進(jìn)后的母差后備保護(hù)邏輯

7 結(jié)束語

電力系統(tǒng)中母線保護(hù)對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行起著非常重要的作用，因此要求可靠性高、動作速度快、靈敏度高。微機(jī)型母線保護(hù)裝置的設(shè)計缺陷問題是客觀存在的，本文討論的是保護(hù)裝置由于邏輯設(shè)計原因造成保護(hù)裝置誤動。作為保護(hù)工作人員和運(yùn)行管理人員都應(yīng)該對此予以重視，做到發(fā)現(xiàn)問題→分析原因→提出整改措施→解決問題的過程→跟蹤驗證效果的閉環(huán)管理思路和措施，才能根本上提高保護(hù)動作的正確率，確保保護(hù)裝置可靠運(yùn)行，當(dāng)好電力系統(tǒng)的安全衛(wèi)士。

[1]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M]北京：中國電力出版社，2004.

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