一起變電站直流系統異常導致10 kV線路保護拒動事件分析

曾招輝

（廣東電網有限責任公司梅州供電局，廣東 梅州 514021）

0 引 言

變電站繼電保護正確動作時快速切除故障，是防止事故擴大、保障供電可靠的有效手段。實際運行中，變電站保護拒動尤其是低電壓等級設備的保護拒動時有發生。發生的原因有多種，其中因直流系統問題引起裝置異常失去保護是一種情況。

1 事件經過

2019年9月某日，調度通知某110 kV變電站10 kV分段500、#1主變變低501開關跳閘，10 kV 1M母線失壓。運行人員到現場檢查發現：10 kV分段500保護動作跳開500開關，#1主變低后備保護動作跳開501開關；10 kV大壩甲線P51保護動作，P51開關合位，跳閘失敗，保護裝置告警燈亮，過流I段、過流II段、過流III段紅燈亮。

檢查保護動作過程如下：18:01:38.201，#1主變低后備保護啟動動作；18:01:38.593，10 kV分段500保護啟動動作；18:01:38.598，10 kV大壩甲線P51保護啟動動作；18:01:38.660，10 kV大壩甲線P51過流I段動作；18:01:38.890，10 kV大壩甲線P51過流II段動作；18:01:39.171，10 kV大壩甲線P51過流III段動作；18:01:41.033，10 kV分段500過流I段動作；18:01:41.083，10 kV分段500過流I段動作返回；18:01:41.146，#1主變低后備過流速斷動作；18:01:41.221，#1主變低后備過流速斷動作返回；18:01:41.583，10 kV大壩甲線P51過流I段動作返回；18:01:41.608，10 kV大壩甲線P51過流II段動作返回；18:01:41.630，10 kV大壩甲線P51過流III段動作返回。

由保護動作信息可知：線路發生故障后，該變電站10 kV大壩甲線P51過流I段、II段、III段均動作，開關未跳開，故障未切除；達到10 kV分段500過流I段動作延時（0.4 s）后，保護動作跳開500開關，達到#1主變低后備過流速斷保護延時（0.7 s），保護動作跳開501開關。根據動作過程分析，10 kV大壩甲線P51開關拒動，導致10 kV分段500、#1主變變低501開關越級跳閘，10 kV 1M母線失壓。某變電站10 kV系統接線，如圖1所示。

圖1 某變電站10 kV系統接線

2 原因分析

10 kV大壩甲線P51在故障發生過程中開關拒動，一種可能原因是開關機構問題。因開關本體機構卡死或者跳閘線圈損壞，在通電時無法起到作用使開關跳開。經檢修專業人員檢查，開關機構良好，無卡澀現象；進行開關特性測試，跳閘線圈動作特性合格。另一種可能原因是線路發生故障時保護裝置已動作，但無法出口或者跳閘出口脈沖無法傳送至跳閘線圈。檢查開關柜跳閘出口壓板正常投入、無銹蝕，跳閘回路接線無松動，測量保護裝置跳閘接點前后端子電位正確，因此排除保護裝置以外的回路問題。

檢查10 kV大壩甲線P51保護裝置告警信息，裝置顯示“開出異常”報文。該保護裝置型號為國電南自PSL691，該型號保護裝置在重啟自檢過程中，工作電源輸出不穩（低于18 V，繼電器工作電源24 V）和出口繼電器故障的情況下發“開出異常”告警，裝置告警燈亮，發告警信號、閉鎖保護，保護動作將無法出口，如圖2所示。在裝置發“開出異常”告警后，即使裝置電源恢復正常，也只能通過重啟保護裝置才能復歸此信號。同時，運行人員反映，后臺遙控跳10 kV 1M母線間隔開關失敗，只能通過五防鑰匙在10 kV開關柜就地跳開開關。經檢查發現，10 kV 1M母線間隔（線路、電容器、站用變）所有保護測控裝置告警并報“開出異常”，重啟保護裝置告警信號消失，遙控開關正常。

圖2 保護開出異常報文

對10 kV大壩甲線P51保護裝置進行補充檢驗。經檢驗，在保護裝置開出異常、裝置重啟前，保護采樣正常，動作邏輯均正確，但在傳動開關的試驗中開關無法跳閘。重啟裝置復歸“開出異常”信號后，再次進行保護傳動開關試驗，開關正確跳合閘，保護動作出口正常。因此，保護拒動的原因是保護裝置開出異常，導致保護動作及遙控均無法出口。

3 直流系統對保護的影響

根據保護裝置“開出異常”報文記錄的時間，在后臺監控檢查相關信號時發現，異常信號報出時，該變電站#1直流系統發生瞬時異常，導致變電站內部分保護、測控等裝置失電。經查，當日站內開展#1直流系統充電輸出開關更換工作，工作過程中造成#1直流系統饋電母線+KM短時失電。在+KM電壓恢復過程中，#1直流母線電壓產生波動。10 kV 1M母線間隔保護裝置電源取自#1直流母線，因而裝置電源發生了瞬時異常，導致裝置重啟且電源輸出不穩，最終發生“開出異常”告警信號并閉鎖保護。因此，直流系統異常及保護裝置開出異常的特定判據，是線路在故障時保護拒動以致越級跳閘的關鍵因素。

直流系統在變電站中為監控、遠動、繼電保護及安全自動裝置、控制回路、信號回路等提供直流電源[1]。直流系統可靠與否，對變電站的安全運行起著關鍵作用。直流系統的異常情況如直流母線失壓、直流系統接地或絕緣下降等，或許在異常發生時沒有造成損失或引起一次系統異常，但在一次系統發生故障時可能導致保護拒動、在直流系統亮點接地時開關誤動或留下隱患。直流系統的蓄電池也非常重要，蓄電池容量不足將在失去站用交流電源時影響保護的動作行為。

按照反事故措施要求，直流系統任何情況下不得無蓄電池運行，以防站內交流失壓情況時失去直流電源，進而導致繼電保護裝置與控制回路被迫停運。35 kV及以上變電站內保護設備電源必須采用直流供電，避免交流系統故障時供電系統異常導致保護拒動。此外，保護裝置的直流電源插件運行不應超過8年。

4 防范和整改措施

（1）組織排查各變電站同型號同系列保護裝置情況，完善發生此類異常時的信號上送，以及時發現裝置異常情況并處理；（2）在直流系統定檢、消缺等工作結束以及發生異常后，對全站保護測控裝置等二次設備進行檢查；（3）加強直流系統維護，關注各個環節設備的健康水平，及時消除直流系統缺陷。

5 結 論

變電站直流系統對于保護來說至關重要，直接影響保護裝置能否正確動作。做好直流系統的日常維護工作，對變電站保護裝置正確動作、快速切除故障和保障系統穩定具有重要意義。同時，熟悉現場的保護裝置，做好信號監視，及時處理裝置異常，是避免事件發生的有效手段。