一起500kV站用變及差動保護跳閘故障分析及處理

牛崢，梁毅靈

（中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州，510000）

1 故障設備概況

2016年 11月 03日，21：54：56，穗東換流站 500kV #1站用變差動保護動作，500kV增穗甲線主一、主二差動保護動作，5052、5053開關跳閘，5051開關重合成功；500kV #1站用變退出運行。故障時刻交流場第5串接線方式如圖1所示。

當時直流功率為4500MW，直流系統運行正常。

21：55，向總調匯報保護動作情況。

22：05，向總調匯報詳細檢查情況：500kV #1站用變引線差動速斷、引線差動、引線零序差動保護動作，500kV增穗甲線主一、主二差動保護動作，5052、5053開關跳閘，5051開關重合成功；500kV #1站用變退出運行。

增穗甲線主一、主二保護測距結果為0，表示故障點在站內，現場檢查差動范圍內一次設備外觀未發現明顯異常。

04日00：10，現場持續檢查差動范圍內一次設備外觀，未發現明顯異常。

04日02：48，將500kV #1站用變、500kV 5052、5053開關操作到檢修狀態，并退出相關保護，總調許可500kV #1站用變間隔、500kV 5052、5053開關間隔設備事故搶修工作開工。

2 事故前后電網運行狀態分析

（1）氣象狀況

氣溫：20℃，天氣：陰天。

（2）電網運行狀況

①事件前電網運行方式

直流系統狀態：楚穗直流雙極在解鎖狀態。

直流接線方式：雙極大地回線方式。

交流系統方式： 500kV交流場5092、5093開關間隔在檢修狀態，其余開關間隔均在正常運行狀態。

直流濾波器：極1 011直流濾波器在接入狀態；極2 021直流濾波器在接入狀態。

交流濾波器：561ACF在熱備用狀態，其余交流濾波器均在運行狀態。

站用電系統：501B、101B帶全站負荷運行方式。

②事件后電網運行方式

楚穗直流雙極大地回線方式。

③運行參數

極1運行參數

Pd1=2380MW, Id1=3115A

Ud1高= 383kV, γ1高=19°（極1高端閥組）

Ud1低=383kV, γ1低=19°（極1低端閥組）

極2運行參數

Pd=2381MW, Id=3119A,

Ud2高= -382kV, γ2高=20°（極2高端閥組）

Ud2低= -382kV, γ2低=19°（極2低端閥組）

圖1 故障時刻第5串接線方式

系統控制級別：系統級，穗東為主控站

極一潮流控制方式：P-Mode Auto

極二潮流控制模式：P-Mode Auto

功率方向：楚雄→穗東

無功控制方式：Q-Mode

換流變分接頭：定Angle控制

3 故障發生原因分析

3.1 保護動作情況分析

（1）500kV #1站用變保護動作分析

2016年11月03日21時54分55秒，500kV #1站用變主一保護、主二保護引線差速斷保護、引線差動保護和引線零序保護動作，跳開5051、5052開關三相，同時跳開#1站用變低壓側開關。故障時刻#1站用變保護裝置引線零序差動B相電流二次值為118.76A，引線差動B相電流二次值為118.8A，大于引線差動電流定值0.3In，其中In=1.0A，#1站用變主一保護、主二保護引線差速斷保護、引線差動保護和引線零序保護動作跳開跳開5051、5052開關三相及低壓側開關，#1站用變停運。由此可知#1站用變主一保護、主二保護正確動作。

（2）500kV增穗甲線保護動作分析

2016年11月03日21時54分55秒，500kV增穗甲線主一保護、主二保護電流差動保護動作，跳開5051、5052開關B相，5051開關單相重合閘成功，5052開關單相重合閘未動作。故障時刻穗東站500kV交流場電壓跌落至0kV，增穗甲線電流增大，最大值達79633.79A，故障波形如圖2所示。

圖2 故障時刻增穗甲線電壓、電流波形圖

圖3 第五串開關和CT二次繞組排列圖

根據故障錄波和保護裝置報文，在故障時刻增穗甲線B相差動電流二次值為7.32A，大于差動保護高定值0.15A，電流差動保護動作跳開5051、5052開關B相。5051開關經1s單相重合閘時間后重合成功，由于500kV #1站用變引線差動保護動作跳開5052開關三相，導致5052開關單相重合閘被閉鎖（三跳重合閘放電），因此5052開關不重合。由此可知增穗甲線線路保護正確動作。

（3）故障點分析

500kV增穗甲線和500kV #1站用變屬于同一個完整串的兩個間隔，該完整串內開關和CT二次繞組排列如圖5所示。由于500kV增穗甲線B相差動保護和500kV #1站用變B相引線差動保護同時動作，可判斷故障點位于500kV增穗甲線B相差動繞組和500kV #1站用變B相引線差動繞組的交叉部分，即圖3中5052開關B相CT的22繞組和28繞組之間。

（4）保護動作結論

經過以上分析，可知由于5052開關B相CT的22繞組和28繞組之間發生金屬性接地故障，從而導致兩套增穗甲線電流差動保護動作跳開5051和5052開關，后重合5051開關；兩套#1站用變引線差速斷保護、引線差動保護和引線零序保護動作跳開5051和5052開關。保護均正確動作。

3.2 現場設備檢查情況

現場對5052、5053開關及CT進行了外觀檢查，檢查CT及開關氣壓正常，未發現明顯外絕緣發電痕跡，檢查500kV站用變油溫、油位以及在線、離線色譜數據均正常。在對5052開關側SF6電流互感器T1進行試驗時發現，CT內部SF6氣體分解物中SO2成份嚴重超標，初步判斷存在內部對地短路故障。

表1 5052間隔CT內部SF6分解物測試結果

3.3 解體檢查情況

11月11日，故障CT在廠內進行了解體檢查，解體前，對故障CT開展了一次及二次繞組絕緣電阻、直流電阻試驗，試驗結果無明顯異常。解體過程中發現的故障現象如下：一次導電桿P1側有電弧灼傷痕跡，P2側無明顯電弧灼傷痕跡。二次繞組屏蔽罩P1側表面有明顯電弧灼傷痕跡，屏蔽罩處有大量白色粉末積聚。拆除屏蔽罩后檢查二次繞組無明顯異常。盆式絕緣子P1側炸裂，破損嚴重，并有大量炭黑、灼傷痕跡；P2側存在較多裂紋。二次繞組引線管頂部有電弧灼傷痕跡。二次繞組屏蔽罩接地引下線斷裂，二次繞組引出線電纜保護層存在過熱灼傷痕跡。

圖4 盆式絕緣子放電破損情況

4 結論

5052開關側SF6電流互感器T1內部存在對地短路故障，造成500kV #1站用變主一保護、主二保護引線差速斷保護、引線差動保護和引線零序保護動作，跳開5051、5052開關三相，同時跳開#1站用變低壓側開關。

根據廠內解體檢查結果，CT內部故障點為盆式絕緣子，盆式絕緣子形成貫穿放電通道后，故障電流從CT一次殼體經盆式絕緣子后通過二次引線管及屏蔽罩接地引下線入地。盆式絕緣子放電的原因為絕緣子內部存在缺陷，不排除絕緣子表面存在粉塵的可能。

圖5 二次繞組繞組及屏蔽管受損情況