一起發電廠復合型繼電保護動作事故分析

汪 洋，王勁松，劉天海，張雅君

（淮滬煤電有限公司田集發電廠，安徽 淮南 232098)

0 引言

伊拉克某電廠共有6臺燃油(氣)機組，由上海電氣集團總包、上海電力運營公司承運。此項目是伊拉克戰后國家重建重點工程，發電量占伊拉克總發電量的1/4左右，可提供巴格達1/2左右的電力供應，其總裝機容量為2 540 MW。

1 設備概況

繼電保護動作跳機事故發生期間，1期4×330 MW機組已經商業運行；2期2×610 MW機組中5號機組處于并網后試運行階段，即伊拉克電力行業RTR階段(相當于中國機組商業運行前的“168 h試運行”階段，由調試單位負責)。該電廠400 kV 1期升壓站由5串構成，為4臺機組、4條出線和2個聯絡變出線間隔，采用3/2接線，母線編號為ⅠA母線、ⅡA母線。400 kV 2期升壓站由2串構成，為2臺機組與2條出線間隔，母線編號為ⅠB母線、ⅡB母線。1，2期400 kV母線通過4101，4202母線分段開關相連。5號發變組接4083，4082開關。整個400 kV升壓站示意圖如圖1所示。

事故前400 kV系統運行方式為ⅠA/ⅡA母線及5串運行、ⅠB/ⅡB母線運行，母線分段4101，4202開關合閘。5號主變、線路串中，5號機組運行，線路停運，4081，4082，4083開關合閘；6號主變、線路串未投運，3個開關均處于分閘狀態。

圖1 400 kV升壓站結線示意

2 事故經過

2014-12-15T07:52，400 kVⅠA母線母差保護動作，跳開400 kVⅠA母線所連接的開關；4083開關短引線保護動作，5號機組跳機；5號機組廠用電快切裝置切換成功后極短時間內，132 kV 3號啟備變高壓側開關跳閘，3號啟備變失電，機組失去高壓廠用電源；高壓廠用電源失電后，保安段失電，柴油發電機組未啟動，無保安電源；為保障機組設備安全，搶送3號啟備變成功，廠用電帶電，5號機組安全停機。

3 事故分析

現場事故過程總體上由以下4個事件構成：

(1) 400 kVⅠA母線母差保護動作；

(2) 4083短引線保護動作；

(3) 3號啟備變合閘成功又跳閘；

(4) 柴油發電機組未應急啟動。

下面依次對這4個事件進行分析。

3.1 400 kVⅠA母線母差保護動作分析

事故發生后，調試人員檢查各故障報告與記錄，發現4083開關短引線保護與400 kVⅠA母線母差保護同時動作。首先查看了400 kVⅠA母線母差保護，母差保護裝置采用的是南京南瑞繼保電氣有限公司的RCS-915E型設備，由母差保護動作記錄可知：故障時C相差流達到了8.77 A，遠遠大于母差保護動作定值，保護動作行為正確；從故障開始到故障完全切除的時間為2.5個周波，即故障持續的時間為50 ms左右。

根據保護的動作信息，立即到升壓站對400 kVⅠA母線進行仔細檢查，發現由于冷水塔離升壓站很近，大風將冷水塔水汽直接吹到升壓站母線上，造成母線支柱絕緣子放電擊穿，故障點放電痕跡很明顯。圖2為升壓站故障時拍攝的氣象圖以及絕緣子放電擊穿痕跡圖。

圖2 400 kV升壓站氣象及400 kVⅠA母瓷瓶放電痕跡

從圖2(a)可以看出，當時400 kV升壓站水汽彌漫，現場相當潮濕，極大地影響了電氣設備的絕緣性能。圖2(b)為故障點的情況，可以看出瓷瓶與支座之間有明顯的放電擊穿痕跡，此擊穿瓷瓶為C相，與母差保護記錄相符合，母差保護動作正確。

3.2 4083開關短引線保護誤跳機分析

短引線保護主要針對3/2接線方式，當一串開關中一條線路(或主變)停用，則該線路(或主變)側的隔離開關將斷開。此時保護用電壓互感器也停用，線路(或主變)主保護停用，因此在短引線T區范圍內的故障，將沒有快速保護來切除。為此，設置了短引線差動保護，在T區范圍內故障時，該保護可快速動作切除故障。

對于該電廠項目，短引線保護采用的是180°差電流回路接線。當5號機組檢修，正常合環運行時，由于4083，4082開關電流互感器中流過的電流幅值相等且向量和為0，即差流為0，保護不會動作。當短引線T區出現故障時，2電流向量和不為0，出現差流，保護能可靠動作以切除故障。

當5號機組正常運行時，由于機組分別通過4083，4082開關向ⅠB，ⅡB母線送出負荷。4083，4082開關電流方向相反，類似于短引線區內的短路故障情況，所以需要退出短引線保護，防止保護誤動。一般設計院設計時，短引線的投退方式有以下2種：

(1) 通過主變(或線路)隔離刀閘的常閉接點串入跳閘出口回路中，以實現自動投退短引線保護；

(2) 在跳閘出口回路中串入保護投退硬壓板，運行人員根據實際運行方式手動投退短引線保護。

該電廠短引線保護的投退方式采用主變(或線路)隔離刀閘的常閉接點和保護投退硬壓板并聯的方式。短引線保護投入時，主變(或線路)隔離刀閘常閉接點閉合或者手動投入保護硬壓板任一條件滿足即可；退出時，必須主變(或線路)隔離刀閘常閉接點打開并且手動打開保護硬壓板2個條件同時滿足。短引線保護跳閘回路如圖3所示。實際接線采用隔離刀閘常閉接點的重動接點與投退壓板并聯，并經光耦隔離環節后接入短引線保護出口回路，將強電、弱電部分隔離。

圖3 短引線保護跳閘回路

事故分析時，通過詢問調試人員，發現調試人員在保護調試過程中，未能檢查清楚保護出口回路部分。調試人員根據以往工作經驗，認為跳閘回路為主變側隔離刀閘常閉接點和外接保護投退壓板是串接后出口跳閘，如圖4所示。調試人員誤認為只要主變隔離刀閘合上后，主變隔離刀閘常閉接點打開，保護自動退出，不需要運行人員手動斷開壓板退出保護。

圖4 調試人員誤認為的短引線保護跳閘回路

在5號機組運行時，雖然主變隔離刀閘常閉接點打開，但調試人員沒有手動退出短引線保護硬壓板，造成短引線保護一直處于投入狀態，是造成此次短引線保護誤動作，5號機組跳機的最直接原因。

另外一個需要分析的問題是：機組正常運行時，短引線保護沒有動作，而在母線出現接地故障時，保護會出現誤動。

通過檢查短引線保護定值，差動保護啟動值為0.3 A，跳閘時間為0，CT變比為2 500/1，折算成主變出力為：此新建機組試運行期間，發電機出力沒有達到此負荷值，所以短引線差動保護沒有啟動及出口跳閘。

而400 kVⅠA母線C相出現接地故障時， 5號機組通過2條途徑向故障點提供故障電流。第1條途徑:通過4083開關、4202開關以及1期400 k V完整運行串向故障點提供故障電流；第2條途徑：通過4082開關、4081開關、4101開關向故障點提供故障電流。所以4082，4083開關電流會瞬間變大，即短引線保護的故障電流變大。從4083短引線保護動作記錄可知：故障時2個開關C相電流明顯變大，2個開關電流都大于1 A，且相位相同，差流為2電流向量之和，所以故障瞬間短引線保護采集到的差流大于2 A，遠遠大于短引線保護定值0.3 A；另外故障電流持續時間約為2.5個周波，即約為50 m s，和400 kVⅠA母線保護完全切除時間大致相等。由此得出，在母線出現接地瞬間，短引線保護和母線保護同時動作。短引線保護動作跳開4083，4082開關，5號機組跳機。

按照設計要求，當母線故障時，母線保護動作，跳開故障母線，隔離故障點。400 kVⅠA母線C相故障點不屬于4083短引線保護范圍內，短引線保護動作的原因是機組正常運行時應該退出短引線保護，而調試人員沒有實際檢查保護裝置跳閘回路的邏輯，只是根據個人經驗，未退出短引線保護，從而導致保護動作，5號機組跳機。

3.3 備用電源快切成功后啟備變跳閘分析

該電廠2期2×610 MW機組備用電源3號、4號啟備變取自132 kV母線。事故發生當天，3號啟備變運行，4號啟備變未投運。其中3號啟備變間隔斷路器通過132 kV高壓電纜接到3號啟備變高壓側，距離比較遠。132 kV高壓電纜保護采用光纖差動保護，兩側裝有國電南京自動化股份有限公司的PSL-621U型保護裝置，實現光纖差動以及遠傳、遠跳等功能。啟備變保護動作時，通過遠傳、遠跳保護來實現3號啟備變132 kV高壓側開關的跳閘。其中，遠傳保護是用于啟備變非電量跳閘，即：當啟備變出現非電量保護動作時，啟動遠傳保護將跳閘指令通過光纖傳到對側保護裝置，跳開啟備變高壓側開關。遠跳保護是用于電氣量跳閘，即：當啟備變電氣量保護動作時，啟動遠跳保護將跳閘指令通過光纖傳到對側保護裝置，跳開啟備變高壓側開關。

查看廠用電快切過程中故障錄波器記錄的波形可知：3號啟備變低壓側A分支三相電流持續時間約234 ms。說明快切成功大約234 ms后，3號啟備變跳閘。

檢查啟備變跳閘原因時，發現3號啟備變高壓側電纜保護裝置PSL-621U電纜保護中遠傳保護動作。而遠傳保護必須由啟備變非電量保護動作后才能啟動。檢查啟備變非電量保護裝置，無任何報警、跳閘信號，裝置內也無任何相關報文，相關DCS、故障錄波器中也未記錄任何非電量保護動作信號。因此，遠傳保護動作原因不明。

3.4 柴油發電機組未應急啟動分析

在正常情況下，當啟備變跳閘、廠用電失電后，保安段2路主電源失電時，柴油發電機系統應該自動啟動為保安段供電。但此次事故中柴發設備并沒有啟動。檢查發現，機組在試運行期間，調試單位將柴發控制權限放在“就地”位置，調試結束后并沒有將控制方式還原到“遠方”位置。致使在保安段失電時，柴發控制系統不能執行遠方啟動的邏輯，使保安段完全失電。

為了保護設備安全，使發電機組可以安全停機避免主設備損壞，調試人員搶送3號啟備變成功，廠用電帶電，才使機組安全停機。

4 結束語

通過此次事故的分析處理，得到如下經驗總結。

(1) 力戒“經驗主義”。此次事故中短引線保護誤動作，是由于調試人員經驗主義造成的，所以電力工作人員一定要摒棄憑經驗干活的陋習。經驗很重要，但不能脫離實際。任何現場的邏輯、回路都需要通過嚴謹的試驗、檢查來驗證。特別對于短引線保護這種對系統運行方式有嚴格要求的保護，一定要嚴格把控，核對清楚回路及邏輯。

(2) 加強設備運行方式管理。柴油發電機系統未能啟動，完全是由于設備管理出現問題造成的。電氣管理人員一定要重視并加強設備運行管理工作。特別是對設備運行方式的操作、保護定值及投退壓板管理等，容不得半點麻痹大意。此次事故發生時，如果啟備變不能搶送成功，很有可能造成發電機組損壞事故，造成巨大損失。

(3) 不放過任何疑點。雖然為了機組設備安全，搶送3號啟備變成功，但遠傳保護動作具體原因并未檢查出來，在以后設備的運行中要加強觀察、分析，查明快切裝置動作異常原因。作為繼電保護工作人員，必須認真對待任何一個疑點，通過一切可能的手段與方法進行相關試驗和論證，消除設備隱患，確保設備運行安全。

(4) 認真執行設備防污閃事故措施。上述事故是一次由母線閃絡引起的連鎖故障。母線支柱絕緣子閃絡故障在國內很多地方都曾發生，特別是在大霧、暴雨、大雪天氣，更容易造成此類絕緣事故的發生。由于伊拉克地處中東，干旱少雨，灰塵比較大，支柱絕緣子積灰情況比較嚴重，碰到大霧以及雨季，很容易發生閃絡故障，這也給日常維護工作敲響了警鐘。對于常見的瓷瓶積灰現象，電氣工作人員應該根據實際情況，仔細觀察、檢查瓷瓶和絕緣子的污臟情況，并制定相應的應對措施，如加強巡檢、定期清掃等。

(5) 注重細節。很多電氣事故的發生都是由于忽視細節引起的。最簡單、基礎的工作往往最容易被忽視。因此，電氣工作人員一定要注重細節，才能防止失誤及事故的發生。

1 國家電力調度通信中心．電力系統繼電保護實用技術問答[M]．北京：中國電力出版社，2004.

2 崔家增，孟慶炎，熊炳耀，等．電力系統繼電保護與安全自動裝置整定計算[M]．北京：中國電力出版社，2006.