一起220kV母線故障保護動作分析與討論

曾云林

【摘 要】本文介紹某電廠檢修人員敷設測試線進行主變電度表二次壓降測試過程中，因測試線擺動導致升壓站220kV母線通過測試線對網控室窗臺放電，造成母線接地故障。結合事故現場檢查結果、保護動作情況和RCS-915AS型、WMH-800型母線保護裝置技術說明書，對事故發生的原因、母線保護裝置、保護動作過程等進行了分析，針對此次事故提出了改進意見，提高了設備可靠性。

【關鍵詞】母線保護；差動保護；死區保護；失靈保護；保護雙重化

電廠升壓站母線是電力系統中至關重要的單元之一，當電力系統母線發生故障時，保護裝置必須快速、正確動作切除故障，否則將導致系統振蕩，甚至造成大面積停電。因此，配置技術成熟、動作可靠的母線保護裝置是非常重要的。本文介紹的電廠升壓站母線保護采用雙重化的標準，主一保護采用南瑞繼保RCS-915AS型保護裝置，主二保護采用許繼電氣WMH-800型保護裝置，可以為電廠升壓站提供有效的保護。

1.故障前運行方式

某電廠220kV母線采用雙母線雙分段的接線方式，故障前運行方式如圖1所示，220kV母線1M、2M、5M、6M母線合環運行，珠烏乙線、#1變高、#1啟備變運行于1M母線，珠魚乙線、#2變高運行于2M母線，珠魚甲線、#3變高運行于5M母線，珠烏甲線、#2啟備變、#4變高運行于6M母線。

2.故障經過

2018年4月28日10時33分58秒764毫秒，220kV 5M、6M母線主一和主二保護差動動作跳5M母線運行開關：珠魚甲線2310開關，#3變高2203開關，母聯2056開關及分段2015開關，120毫秒后220kV 1M、2M母線主二保護差動動作跳1M母線運行開關：珠烏乙線4237開關、#1變高2201開關、#1啟備變2211開關，母聯2012開關，220kV 1M、5M母線全停故障隔離。

3.母線保護動作情況分析

3.1母線保護動作時序圖

3.2 220kV 1M、2M，5M、6M母線保護動作分析

（1）220kV 1M、2M，5M、6M母線保護配置及保護元件主要參數：

220kV 1M、2M，5M、6M母線保護配置相同，主一保護采用南瑞繼保RCS-915AS型保護裝置，2006年12月投運，保護元件主要參數：大差電流（6A）、小差電流（5.4A）、母聯失靈定值（0.8A/0.2s）；主二保護采用許繼電氣WMH-800型保護裝置，2007年12月投運，保護元件主要參數：大差電流（7.5A）、小差電流（6.7A）、母聯失靈定值（0.8A/0.2s）；分段開關采用單側裝設電流互感器形式，存在分段死區問題，分段死區故障由死區保護或分段失靈保護切除。

（2）220kV 1M、2M，5M、6M母線差動保護介紹

①母差保護啟動元件

a）電壓工頻變化量元件判斷依據：

其中：△U為相電壓工頻變化量瞬時值；0.05Un為固定門坎；△Ut是浮動門坎。

b）母差保護差流元件判斷依據：

其中：Id為大差相電流；Icdzd為差動電流啟動定值。電壓工頻變化量元件或母差保護差流元件啟動后展寬500ms。

②比率差動元件

比率差動元件動作判斷依據：

其中：Icdzd為差動電流啟動定值，|Ij|為第j個連接元件的電流，m為連接元件個數，K為比率制動系數。其動作特性曲線如圖3所示：若母聯開關和分段開關都在合位時，故障母線的小差會有電流流出，若此時大差制動系數K=0.5的比率差動動作，則跳母聯開關（單母方式運行時跳分段開關）將母線解環，小差制動系數仍取高值K=0.65。

③220kV 1M、2M，5M、6M母線保護動作情況

1M、2M大差電流計算（220kV 1M、2M母線保護裝置錄得數據：Id=1.31A，Icdzd=6A或7.5A）：

≯ 不成立，1M、2M母差保護不動作

220kV 5M、6M母線保護裝置錄得數據：5M、6M母線A相電壓跌落至4V，大差A相差流、5M母線A相差流達到36kA（二次值72.27A），即：Id=Ir=72.27A，Icdzd=6A或7.5A，K*Ir=0.5*72.27=36.135A，Icdzd1=Icdzd2=5.4A或6.7A，Id1=Ir1=72.27A，K*Ir1=0.65*72.27=46.97A，Id2=0A。

成立，5M母差保護動作

≯ 不成立，6M母差保護不動作

注：電流流向母線的方向為正，電流由6M母線流向5M母線為正，Id為差動電流，K為比例制動系數，Ir為制動電流，Icdzd為差動電流啟動值。

根據上述計算推理可以判斷出220kV 5M母線發生區內A相故障，220kV 5M、6M母線主一、主二差動保護應該動作跳5M母線運行開關（2203、2310、2015、2056）；對于220kV 1M、2M母線屬于區外故障，差動保護可靠不動作；理論與實際動作情況相符。

查看母線保護裝置數據顯示：當5M母線與系統隔離后，大差A相差流、5M母線A相差流未消失，幅值略有減小，證明故障并未隔離，可以判斷母線在220kV分段開關2015與2015電流互感器之間發生A相死區故障。由于220kV 1M、2M母線主一保護未配置分段死區邏輯，分段死區故障僅能通過分段失靈功能切除故障，因此主一保護裝置應該啟動分段2015失靈保護。分段失靈邏輯如圖4：分段失靈控制字投入，分段失靈接點開入起動后，如果分段電流仍然大于母聯失靈電流定值（0.8A），保護經相應母線電壓閉鎖開放后延時Tmsl（0.2s）切除相應母線上所有運行開關，延時Tmslfd切除母聯開關。電廠220kV 1M、2M母線主一、主二保護動作報告顯示：23ms分段失靈啟動，170ms 220kV 1M母線與系統隔離，故障消失，不滿足啟動條件，故分段失靈保護可靠不動作。

220kV 1M、2M母線主二保護配置了分段死區邏輯，對于母聯、分段開關單側裝設電流互感器的情況其邏輯為：母聯、分段開關引入開關TWJ（跳閘位置繼電器），識別到TWJ變位經50ms延時封對應的開關電流互感器。查看母線保護動作報告顯示220kV 5M、6M母線保護正確動作后，55ms分段開關2015跳開，220kV 1M、2M母線主二保護分段死區保護啟動，經50ms延時封分段開關2015電流互感器，123ms母差保護滿足動作條件，保護動作跳220kV 1M母線運行開關（4237、2201、2211、2012）隔離故障。

④綜上所述220kV 1M、2M，5M、6M母線保護動作正確。

4.事故原因分析及隱患

（1）故障后運行人員對升壓站所有開關、母線、避雷器、主變本體等一次設備進行全面檢查，發現除分段開關2015與2015 電流互感器之間A相管母有放電痕跡外，其它正常。

（2）檢修人員進行主變電度表二次壓降測試工作中，需從網控繼保室電度表屏敷設測量輔助導線到220kV升壓站母線電壓互感器箱二次端子，在從三樓網控室往升壓站地面敷設測試線過程中，由于受陣風和潮濕天氣影響造成測試線與升壓站220kV母線安全距離不夠，測試線擺動導致升壓站220kV母線通過測試線對網控室窗臺放電，造成220kV母線接地故障是主要原因。

（3）檢修人員通過網控室推拉窗向外敷設測量輔助導線，而220KV 1M、5M母線比較靠近網控室窗戶外墻，相關人員未引起重視，辦理工作票的相關人員沒有嚴格執行“兩票三制”的相關內容，工作成員安全意識不強，工作許可人未交代清楚安全隱患是次要原因。

（4）220KV母線主一保護裝置屬于南瑞早期產品，未配置分段死區保護邏輯，如另一套保護裝置死區保護不能可靠動作將造成故障點切除推遲，從而造成事故擴大，因此不滿足母線保護雙重化要求，是存在的安全隱患之一。

（5）母線保護裝置投運年限已久，分段開關2015（2026）只設置一組電流互感器，一旦故障發生在分段開關2015（2026）與電流互感器之間的保護死區將導致分段開關兩端母線全停，擴大了事故范圍，是存在的另一安全隱患。

5.改進措施

（1）該電廠220kV母線微機保護裝置RCS-915AS已運行13年，步入電子產品故障高發期和壽命末年，曾出現裝置電源板、保護板及管理板通信異常、采樣異常，為保障涉網設備安全穩定運行，將RCS-915AS母線保護裝置升級更型為PCS-915NB，該型號硬件進行了大幅升級并配置了分段死區保護邏輯，滿足完整的母線保護雙重化要求，并擇機升級許繼電氣WMH-800型保護裝置。

（2）鑒于220KV母線比較靠近網控室窗戶外墻，存在安全隱患，決定將該網控室推拉窗改成封閉式窗戶，形成有效的隔離。

（3）事故發生后電廠對所有設備進行了一次安全隱患的全面排查并進行整改，全體員工進行了相關制度學習和安全教育。

6.結束語

本文通過以某電廠220KV母線故障事件為例，介紹了母線保護裝置中的母差保護、死區保護、失靈保護等保護工作原理及動作情況分析。對于目前較為普遍的雙母線雙分段接線方式、分段開關單側裝設電流互感器的母線系統，通過兩套母線保護裝置的相互配合，可有效的切除母線內部故障，避開外部故障。雖然電力系統中發生母線死區故障的概率很小，電廠也升級更型了母線保護裝置，提高了保護裝置的可靠性，但是并沒有在分段開關兩側裝設電流互感器，依然存在保護死區，存在重大安全隱患，希望引起有關人員重視，在今后母線改造中徹底消除該安全隱患，從而提高供電的穩定性。

參考文獻：

[1] 《電力系統繼電保護原理及應用》.作者：王士政，機械工業出版社，2010.

[2] 南瑞繼保RCS-915AS型微機母線保護裝置技術和使用說明書.作者：南瑞繼保電氣有限公司，2006.

[3] 許繼電氣WMH-800微機母線保護裝置技術說明書.作者：許繼電氣股份有限公司，2005.

[4] 珠江電廠220kV母差保護動作分析報告.作者：珠江電廠技術組，2018.

（作者單位：廣州發展太平分布式能源站有限公司）