一起線路差動保護(hù)動作引發(fā)的電網(wǎng)故障原因分析

(酒鋼（集團(tuán)）公司能源中心，甘肅嘉峪關(guān) 735100)

引言

某電解鋁企業(yè)受大風(fēng)天氣影響，電網(wǎng)（結(jié)構(gòu)簡圖如圖1）內(nèi)運(yùn)行的2號機(jī)組送出線路差動保護(hù)動作跳閘，同時安全穩(wěn)定控制裝置按“機(jī)組跳閘聯(lián)切負(fù)荷”控制策略分別切網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷；負(fù)荷側(cè)整流機(jī)組相繼退出運(yùn)行造成電解鋁2 個系列負(fù)荷退出，網(wǎng)內(nèi)配置的安全穩(wěn)定控制裝置按“聯(lián)絡(luò)線斷面流出方向越限”控制策略切除網(wǎng)內(nèi)的4號機(jī)組和1號機(jī)組。

圖1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡圖

本次事故造成了鋁電網(wǎng)電源側(cè)3 臺300 MW 及以上發(fā)電機(jī)組跳閘，電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)大幅波動，負(fù)荷側(cè)10臺整流機(jī)組相繼退出運(yùn)行，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了重大影響。

1 事故經(jīng)過

（1）2017 年5 月3 日，05∶04∶18.567 電廠側(cè)2 號機(jī)組送出線路A 相電流差動保護(hù)動作，兩側(cè)開關(guān)跳閘。網(wǎng)內(nèi)安穩(wěn)系統(tǒng)“機(jī)組故障聯(lián)切負(fù)荷”動作分別切除電解鋁第一系列145.2 MW負(fù)荷、電解鋁第二系列143.0 MW負(fù)荷和33.9 MW網(wǎng)內(nèi)其他負(fù)荷。

（2）05∶19∶48.859 電解鋁第二系列負(fù)荷基本回零，網(wǎng)內(nèi)配置的安穩(wěn)裝置檢測到“電解鋁第二系列供電線路跳閘”，需切機(jī)組量為544.9 MW。并向電廠側(cè)發(fā)切除3 號機(jī)組命令。但安穩(wěn)裝置閉鎖，指令無法執(zhí)行（由于#2 主變高壓側(cè)零序電壓異常閉鎖”報警，網(wǎng)內(nèi)安穩(wěn)裝置閉鎖）。

（3）05∶20∶13.118網(wǎng)內(nèi)安穩(wěn)裝置檢測到“聯(lián)絡(luò)線斷面上網(wǎng)越限112.3 MW，并向電廠側(cè)發(fā)切除電廠側(cè)4號機(jī)組命令，4號機(jī)組被切除。

（4）05∶23∶36.482 安穩(wěn)裝置接收電解鋁第一系列負(fù)荷損失容量203.1 MW。

（5）05∶23∶36.946網(wǎng)內(nèi)安穩(wěn)裝置檢測到“聯(lián)絡(luò)線斷面再次上網(wǎng)越限動作”，并向電廠側(cè)發(fā)切除1號機(jī)組命令，1號機(jī)組被切除。

（6）05∶04∶18～05∶26∶52電網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行的2號機(jī)組送出線路A相出現(xiàn)9次接地，具體見表1。

3 故障資料收集

05∶4∶18～05∶26∶52電網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行的2號機(jī)組送出線路A相出現(xiàn)9次接地時的故障錄波曲線，見圖2。

05∶04∶18～05∶26∶52 期間，2 號機(jī)組送出線路A相差動保護(hù)動作，0.6 s 后斷路器重合閘動作，斷路器合閘的部分曲線見圖3。

表1 9次接地動作情況

圖2 2號機(jī)組送出線路故障錄波波形

圖3 斷路器合閘的部分曲線

05∶04∶18.584～05∶26∶52.314，線路A 相電壓出現(xiàn)9次異常，同時產(chǎn)生零序電壓，故障錄波穩(wěn)態(tài)記錄見圖4。

圖4 故障錄波穩(wěn)態(tài)記錄

4 原因分析

首先，大風(fēng)天氣下出現(xiàn)#2 主變送出線路A 相出現(xiàn)接地，引起#2 主變送出線路電流差動保護(hù)動作，兩側(cè)開關(guān)跳閘。網(wǎng)內(nèi)配置的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)按照“電源故障聯(lián)切負(fù)荷”的控制邏輯，切除網(wǎng)內(nèi)相對應(yīng)的部分負(fù)荷。

其次，在切除網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的同時發(fā)生了#2 主變送出線路A相再次接地和#2主變高壓側(cè)C相電壓互感器接線板松動的問題（期間，由于產(chǎn)生“零序電壓異常”，整套安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)閉鎖），而電解鋁控制系統(tǒng)同步信號跟蹤不及時，電解鋁第二系列負(fù)荷基本回零，雖然安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)主站判斷出“負(fù)荷損失需聯(lián)切機(jī)組”，但安穩(wěn)系統(tǒng)閉鎖，控制邏輯無法執(zhí)行，最后只能靠“并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線上網(wǎng)越線”動作，切除網(wǎng)內(nèi)的4號機(jī)組。

最后，由于大風(fēng)天氣下，#2 主變送出線路的A相交替出現(xiàn)重合閘動作和A 相生接地的發(fā)生，電網(wǎng)內(nèi)的電解鋁控制系統(tǒng)同步信號跟蹤不及時，再次發(fā)生電解鋁第一系列負(fù)荷基本回零，“并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線上網(wǎng)越限動作”再次動作，并切除網(wǎng)內(nèi)的1號機(jī)組。

5 故障原因排查

5.1 電源側(cè)

經(jīng)現(xiàn)場查看和調(diào)閱事故期間的視頻材料，確定造成2 號機(jī)組送出線路A 相出現(xiàn)9 次接地原因?yàn)?2主變第一龍門架線路A相門架引線向爬梯進(jìn)行了放電，經(jīng)與設(shè)計部門確認(rèn)，設(shè)計人員對現(xiàn)場大風(fēng)惡劣天氣考慮不全，引線與爬梯的安全距離不夠，導(dǎo)致了大風(fēng)天氣下引線向爬梯多次放電，從而引起#2 主變送出線路的單相重合閘多次動作。

檢查發(fā)現(xiàn)#2 主變高壓側(cè)C 相電壓互感器接線板出現(xiàn)了松動，在大風(fēng)天氣下由于安穩(wěn)裝置采集的C 相電壓出現(xiàn)異常，從而出現(xiàn)了電廠側(cè)配置的安穩(wěn)裝置“零序電壓異常”的異常告警。

5.2 電網(wǎng)側(cè)

網(wǎng)內(nèi)配置的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的“零序電壓異常”的控制邏輯，按照常規(guī)電網(wǎng)的配置，沒有充分考慮企業(yè)電網(wǎng)的特殊性，在安穩(wěn)主站接收到電廠側(cè)安穩(wěn)裝置的“零序電壓異常”信號后，對整個安穩(wěn)系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖，故障期間安穩(wěn)系統(tǒng)失效。

對于企業(yè)電網(wǎng)內(nèi)不影響方式判斷的電源線路當(dāng)檢測到“零序電壓異常”時不應(yīng)該閉鎖整套安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

5.3 負(fù)荷側(cè)

大風(fēng)天氣下，由于#2 主變第一龍門架線路A 相門架引線與爬梯之間的距離不夠，引起放電情況下，系統(tǒng)電壓出現(xiàn)異常，而負(fù)荷側(cè)電解鋁控制系統(tǒng)同步信號采用負(fù)荷側(cè)A、C 相電壓，在某一相電壓出現(xiàn)異常出現(xiàn)了穩(wěn)流控制系統(tǒng)同步信號跟蹤不及時，與主回路失同步及逆變的問題，從而導(dǎo)致了大量負(fù)荷的損失。

6 防范措施

（1）對于電源側(cè)，依據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件重新計算電氣設(shè)備的安全距離，并對不滿足要求的進(jìn)行整改。

（2）優(yōu)化網(wǎng)內(nèi)配置的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)邏輯。

涉及的元件電氣量異常影響主站控制策略的應(yīng)遵循以下原則：

(a)對于影響方式判斷、判斷跳閘、過載、斷面越限的元件出現(xiàn)電氣量異常，閉鎖安穩(wěn)裝置。

(b)對于其他的電源及負(fù)荷線路出現(xiàn)電氣量異常，如當(dāng)產(chǎn)生的零序電壓大于10%～15%U 時，安穩(wěn)裝置只報警，提醒運(yùn)行人員檢查電壓采集回路，不再閉鎖全網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，避免由于電壓回路異常期間發(fā)生網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷損失時安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)無法正常動作的問題。

（3）通過升級數(shù)控器JM810 的方法解決網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)單相電壓異常后穩(wěn)流控制系統(tǒng)同步信號跟蹤不及時，與主回路失同步及逆變等問題，具體如下：

同步識別，升級后單同步（A、C 相中任意相丟失）長期運(yùn)行；雙同步（A、C 相均丟失）丟失延時25個周波，時間到后封鎖脈沖，電網(wǎng)故障切除后脈沖仍封鎖，只能通過手動開放。

7 結(jié)束語

(1)在項目設(shè)計階段應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范和當(dāng)?shù)刈類毫託夂驐l件進(jìn)行設(shè)計，避免由于設(shè)計問題造成電氣安全距離不夠、引起帶電線路跳閘。

(2)在項目建設(shè)階段應(yīng)嚴(yán)格按照會審后的施工圖紙進(jìn)行施工。

(3)應(yīng)依據(jù)企業(yè)電網(wǎng)的特點(diǎn)合理制定安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制邏輯。

(4)電解鋁控制系統(tǒng)應(yīng)充分考慮電網(wǎng)出現(xiàn)的各類異常，在發(fā)生異常情況下，可靠躲過繼電保護(hù)及安全自動裝置的動作時間。