220 kV斷路器非全相保護動作分析處理

張 偉,李曉龍

（五凌電力有限公司碗米坡電廠，湖南 湘西 416500）

0 引言

電力系統運行時，由于各種原因，斷路器三相中可能斷開或者合上一相或兩相，造成非全相運行[1]。這種異常運行情況，發電機中流過負序電流，如果靠帶延時的發電機負序電流保護動作，則由于延時較長可能使對側后備保護動作，則嚴重影響系統的穩定性，甚至造成系統瓦解事故[2]。因此,對于大型發電機--變壓器組,在 220 kV及以上為分相操作的斷路器時,均要求裝設非全相運行保護。

1 非全相保護原理

碗米坡電廠總裝機容量3×80 MW，3臺機均為單元接線，220 kV母線為單母線不分段接線，經兩回220 kV出線接入系統。主變保護采用南瑞繼保的PCS-985TW保護裝置，雙重化配置，每套保護中均設置有斷路器非全相保護，裝置通過斷路器不一致接點、零序電流、負序電流等條件來判斷斷路器的非全相運行狀態[3]。非全相保護負序電流定值0.27 A，零序電流定值0.64 A，延時0.5 s，動作出口主變高壓側斷路器。非全相保護邏輯見圖1。

圖1 非全相保護邏輯

2 事故過程

2018年12月23 日，3 號機變檢修完畢，11：11：09執行3號主變沖擊合閘試驗，監控系統報“3號主變A套保護非全相跳閘”、“3號主變B套保護非全相跳閘”、“3號主變630合閘位置復歸”、“3號主變630分閘位置動作”等信息。現場檢查3號主變高壓側630開關三相均處于分閘位置，CZX-12G操作箱上第Ⅰ、Ⅱ組跳閘信號燈TXa、TXb亮，TXc不亮，兩套PCS-985TW保護裝置跳閘信號燈亮，動作報文顯示非全相保護Ⅰ時限動作。

3 事故分析

3.1 故障錄波分析

調出故障錄波相關數據，見圖2，分析波形可看出：

圖2 3號主變故障錄波

11：11：16.219，主變高壓側 A 相電流 0.491 A、B相電流0.54 A、C相電流0.134 A，此時可判斷630開關三相處于合閘狀態。

11：11：09.220，主變 A 相差流0.433Ie、B 相差流0.085 Ie、C相差流0.358 Ie。A相差流大于差動保護啟動值0.4 Ie，主變差動保護啟動，由于差流中含有的二次諧波分量大于15%閉鎖定值，差動保護被閉鎖。

11：11：09.255，三相不一致開入變位為 1，此時A相電流4.152 A、B相電流1.124 A、C相電流0.023 A。

11：11：09.760，主變高壓側負序電流 0.584 A、零序電流1.514 A,大于整定值，非全相保護Ⅰ時限動作跳630開關三相。

據統計變壓器勵磁涌流開始衰減較快，一般經0.5～1 s即可減至0.25～0.5倍額定電流，但全部衰減完畢時間較長，中小變壓器約幾秒，大型變壓器可達10～20 s[4]。但在本次沖擊合閘中C相電流僅幾十毫秒左右就衰減接近至零，衰減時間過短顯然屬于不正常現象。

再查看分析2018年1月29日2號主變沖擊合閘波形，見圖3，2號主變勵磁涌流衰減時間大約為2 s左右。

圖3 2號主變沖擊合閘波形

以上分析可得出初步結論：3號主變沖擊合閘期間，C相在合閘后幾十毫秒內由于某種原因自動跳開，造成開關非全相運行，在非全相運行期間負序或零序電流大于整定值，非全相保護啟動，經延時跳開A、B兩相。

3.2 信號控制回路分析

630開關跳閘后現場檢查發現CZX-12G操作箱上第Ⅰ和第Ⅱ組的跳閘信號燈TXa、TXb常亮，TXc不亮。跳閘信號燈回路原理見圖4。當保護跳閘時，串入跳閘回路中的TBIJ動作，其接點去啟動磁保持繼電器TXJ的動作線圈，該繼電器動作且自保持，它一方面去啟動信號燈回路，另一方面送出跳閘信號，當按下復歸按鈕FA時，磁保持繼電器TXJ的復歸線圈勵磁，跳閘信號返回。通過原理分析可知630開關兩組跳閘回路上的C相跳閘信號燈TXc不亮只有一種可能，即C相在保護跳閘前就已經跳開，導致跳閘回路斷開，從而造成串入跳閘回路中的TBIJ在保護動作時無法動作，C相跳閘信號燈TXc就不能啟動。

圖4 CZX-12G跳閘信號燈原理

3.3 監控系統告警分析

監控系統動作報文見表1。630開關A、B、C三相的常閉輔助接點并聯作為分閘位置信號告警，三相的常開輔助接點串聯作為合閘位置信號告警。從動作報文可看出11：11：09.205 630開關三相都處于合閘位置，11：11：09.251 630開關至少有一相在分閘位置，0.516 s后非全相保護動作跳630開關，監控系統報文從時間節點上與保護裝置動作報文相吻合。依據監控報文可看出630開關某相從合上到跳開時間間隔46 ms。

表1 監控系統動作報文

綜合保護及監控系統分析結果，可進一步得出結論： 630開關C相在合閘后幾十毫秒內由于某種原因突然跳開，從而啟動非全相保護動作跳開A、B兩相。檢查的重點應該在C相開關偷跳的問題上，應對C相電氣控制回路及操作機構重點進行排查。

3.4 電氣控制回路檢查

3.4.1 直流回路檢查

查閱監控系統告警記錄，在主變沖擊合閘前后均無直流系統接地告警，現場測量630開關的操作電源電壓：直流正對地114 V,負對地-112 V，直流回路無異常。

3.4.2 操作箱跳閘回路檢查

對保護裝置至開關端子箱的跳閘電纜進行絕緣檢查，絕緣電阻合格。斷電后取下CZX-12G操作箱上C相第1組跳閘回路6號插件，第2組跳閘回路13號插件檢查無異常。

3.4.3 手動跳閘回路檢查

對監控系統至開關端子箱的跳閘電纜進行絕緣檢查，絕緣電阻合格。校驗開關端子箱內手動跳閘繼電器STJ1、STJ2動作電壓合格。拉開6301、6303隔離刀閘，主接線見圖5，使用儀器對C相的兩個跳閘線圈進行電壓監視，現場操作630開關合閘，在合閘過程中C相的兩個跳閘線圈上均無電壓。

圖5 電氣主接線

3.4.4 母差保護開入所引起的跳閘檢查

對母差A、B套保護開入至主變保護CZX-12G操作箱回路的電纜進行絕緣檢查，絕緣電阻合格。由于母差保護動作時會啟動主變保護操作箱內的TJR繼電器，并發出相應的信號告警，但主變保護除有非全相保護動作報文外，無任何其他動作報文。對電氣控制回路排查結果表明，630開關C相偷跳的原因不是由電氣控制回路問題引起。

3.5 開關操作機構檢查

碗米坡電廠220 kV GIS設備為沈陽高壓開關有限公司產品，于2003年12月投運。220 kV斷路器采用彈簧合閘、氣動分閘的操作方式，每相斷路器均獨立配用一套操作機構，三相斷路器操作機構之間無機械聯鎖。

通過對機構分閘過程研究可知，斷路器要分閘，或分閘線圈得電，或扣板（14）脫扣。在電氣控制回路排查中已使用儀表對C相兩個分閘線圈進行電壓監視,操作斷路器遠方合閘時，并未發現分閘線圈上有電壓，故可排除分閘線圈突然帶電跳開C相的情況。那么重點就要檢查扣板（14）在斷路器合閘后與摯子（17）的銜接情況。做好相關安全措施后在630開關合閘位置，分別檢查A、B、C相機構中的扣板與摯子的銜接情況，見圖6、圖7、圖8。發現C相機構中的扣板與摯子銜接量比A、B相要小的很多，在斷路器合閘過程中由于震動等各方面原因，就會造成扣板與摯子不能銜接到位，使斷路器在合閘后因扣板脫扣引起開關偷跳。

圖6 A相合閘狀態扣板與摯子的銜接狀態

圖7 B相合閘狀態扣板與摯子的銜接狀態

圖8 C相合閘狀態扣板與摯子的銜接狀態

圖9 調整后C相合閘狀態扣板與摯子的銜接狀態

針對此種情況，通過對分閘時間調整螺桿，并結合進行開關動作特性試驗，既要保證扣板與摯子銜接面位置適當，又要開關分合閘時間滿足標準要求。最終調整后C相合閘狀態見圖9。2018年12月23日21:25，再次對主變進行沖擊合閘成功。

4 結 語

本次事件發生在主變沖擊合閘過程中，如果在機組發電過程中主變高壓側開關某相突然偷跳，非全相保護又拒動，會有其他什么保護動作。分析得知主變高壓側非全相運行狀態屬于縱向故障，對主變差動保護而言屬于穿越性故障，主變差動保護不反映機組非全相運行狀態，非全相運行期間差動保護不會動作[5]。偷跳相電流接近于零，兩健全相電流相等；高壓側電壓變化不大，TV開口三角電壓接近于零，主變復壓過流保護、間隙及接地零序保護都不會動作。只有反映負序分量的發電機負序反時限保護可能啟動，動作時間依據當時機組所帶負荷的大小而不同。為了防止負序電流損害發電機，要做好事故預想，完善事故處理手冊，同時運行人員要依據機組運行工況的變化，在發生斷路器非全相運行時及時正確地處理。