兩起雷擊跳閘事故后備自投動作分析

袁震

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

1 電氣主系統(tǒng)運行方式介紹

1.1 220kV/35kV主系統(tǒng)為IA運行方式

（1）220kV昭1線（1#）2882接220kVⅠ母線、帶1#主變、35kVⅠA母線運行。（2）220kV風2線2893（2#）接220kVⅡ母線、帶2#主變、35kVⅠB母線運行。（3）220kVⅠ、Ⅱ母線分列運行，母聯(lián)2012開關熱備用，BZT投入（暗備用）。（4）1#發(fā)變組接35kVⅡB段母線運行。（5）35kVⅠA、ⅠB段分段開關303熱備用，35kVⅡA、ⅡB段分段開關304合上；35kVⅠA、ⅡA段母聯(lián)開關305合上，35kVⅠB、ⅡB段母聯(lián)開關306熱備用；BZT投入（方式1）。

注：6.22晃電時220KV備自投為南瑞9651，2015年該廠220KV備自投改為廣東電網(wǎng)220KV標準化備自投。35KV備自投為南瑞9651c。

1.2 事故前系統(tǒng)運行參數(shù)(兩次事故前基本相同)

（1）220kV昭1線電流70A，220kV風煉煉線電流160A；（2）燃機發(fā)電機負荷約32MW，功率因數(shù)0.89；（3）220kV母線電壓：Ⅰ母為233kV，Ⅱ母為231kV。

2 6.22雷擊跳閘事故分析

2.1 事故報警信號

SCADA系統(tǒng)語音報警，發(fā)“風2線主A差動保護”“風2線主保護B縱聯(lián)距離動作”“風2線主保護B縱聯(lián)零序方向動作”“風2線失靈起動”“220kV母聯(lián)9651整組起動”“220kV母聯(lián)（9705）備自投跳閘”“220kV母聯(lián)（9705）備自投合閘”“220kV母聯(lián)開關2012斷路器位置指示（合位）”等報警信號。

2.2 故障及保護動作過程分析

綜合SOE報告、保護動作報告及故障錄波文件，分析故障及保護動作過程如下：

（1）8:00:00:781，220kV風2線B、C兩相因雷擊、避雷器動作，形成兩相對地短路故障，故障形成的突變量、零序及正序過流瞬時起動線路主一（RCS-931）、主二（RCS-902B）保護裝置，開放保護出口正電源。

（2）事故造成的線路短路電流達到24kA，母線電壓嚴重下降，8:00:00:791線路主一保護動作，8:00:00:805線路主二保護動作，8:00:00:830風2線2893開關跳閘。

（3）風2線開關跳閘后，8:00:00:842 備自投裝置整組起動；8:00:01:566備自投裝置發(fā)合閘脈沖命令，89ms后母聯(lián)2012開關合閘。

（4）自8:00:00:781故障發(fā)生至8:00:01:655，母聯(lián)2012斷路器合閘。

2.3 備自投動作分析

220kV南瑞RCS-9651C備自投裝置，其共有3種起動方式：開關跳位起動、低電壓起動和低頻起動，分別對應220kV線路開關跳閘、220kV母線失壓（對側開關跳閘）以及220kV母線電壓低頻（系統(tǒng)發(fā)生低頻故障或者對側開關跳而內部發(fā)電機無法穩(wěn)定運行發(fā)生低頻）,相應的動作邏輯分別為：

（1）開關跳位起動。220kV線路開關跳閘后，判斷其他條件滿足（跳位起動控制字投入，開關在跳位且線路無流，另一段母線有壓），備自投延時40ms起動。

（2）低電壓起動。一段母線失壓時（三線電壓均小于無壓起動定值），判斷其他條件滿足（線路無流，另一段母線有壓），經(jīng)Tt3/Tt4（0.5s）延時起動。

（3）低頻起動。系統(tǒng)發(fā)生低頻時（頻率低且電壓大于低壓閉鎖低頻定值），判斷其他條件滿足（低頻起動控制字投入，線路無流，另一段母線有壓），經(jīng)Tlf（0.5s）延時起動。

無論哪種方式起動，跳閘接點動作跳開線路開關、母線需要聯(lián)切的開關，確認開關跳開后，且母線無壓（小于無壓合閘定值），經(jīng)Th34延時（整定值為0s）發(fā)出合上備用電源開關命令。

關于各延時的說明：

（1）開關跳位起動延時40ms：為了防止開關跳位開關量信號由于接點抖動、信號干擾中斷等原因造成的裝置誤動，設短延時，濾掉誤發(fā)信號。

（2）低電壓/低頻起動0.5秒延時：在系統(tǒng)故障、電壓短時下降時，因保護切除故障需要一定時間，在切除故障前，備自投不應該動作，0.5s延時的目的是為了躲過保護動作切除故障時間。

（3）合閘需檢無壓定值30%。在備自投合閘時，故障系統(tǒng)存在母線殘壓（大量電動機反饋電勢形成），與備用電源是兩個電源系統(tǒng)，并列時存在同期的問題。如果在電壓未足夠降低就自投合閘，會形成非同期并列，沖擊電流很大，與短路類似，會對系統(tǒng)造成嚴重沖擊。

以本次事故為例備自投完整動作為：（母聯(lián)備自投）

（1）8:00:00:781雷擊故障發(fā)生，其后Ⅱ母線B、C相電壓下降、A相電壓正常，不滿足母線失壓的條件（條件為：三線電壓均小于無壓起動定值），低電壓無法起動。

（2）在 故 障49ms后8:00:00:830時，220kV風2線2893開關跳閘，跳位起動條件滿足（條件為：1DL=T）。

（3）8:00:00:842 備自投裝置整組起動，起動后延時40ms。

（4）8:00:00:884備自投裝置發(fā)跳閘脈沖命令并保持200ms。

（5）8:00:01:566Ⅱ母線電壓降至27%，達到無壓合閘定值（30%），備自投裝置無延時（定值Th34=0s）發(fā)合閘脈沖命令。

（6）自8:00:00:781故障發(fā)生至8:00:01:655母聯(lián)2012開關合閘。共歷時884ms。

2.4 總結

（1）故障發(fā)生至備自投動作成功總時長為874ms。

（2）備自投啟動到動作成功時長為813ms。對此時間影響較大的是判據(jù)中跳位啟動后，對II母無壓的判斷上。從備自投裝置在整組起動后40ms至II母母線電壓達到30%額定電壓以下，電壓衰減時間為682ms。

（3）母聯(lián)開關合閘后，最大沖擊電流超過1kA，經(jīng)過3s多恢復正常電流值。

（4）母聯(lián)開關合閘后由于部分電機負荷自啟動導致2#主變低壓側沖擊電流最高達4000多安培，衰減到額定電流1872A用時1.4s。

（5）由于跳位啟動備自投時間短，下屬區(qū)域變電所保持正常供電，影響很小。

3 9.2雷擊跳閘事故分析

3.1 事故報警信號

SCADA系統(tǒng)語音報警，發(fā)“風2線主A差動保護”“風2線主保護B縱聯(lián)距離動作”“風2線主保護B縱聯(lián)零序方向動作”“220kV母聯(lián)開關2012斷路器位置指示（合位）”“1#區(qū)域變6kV 1#進線開關跳閘，分段開關自投合閘”等報警信號。

3.2 綜合SOE報告、保護動作報告及故障錄波文件，故障及保護動作過程分析

（1）6:08:13:435，220kV風2線B相因雷擊、避雷器動作，形成單相對地短路故障，故障形成的突變量、零序及正序過流瞬時起動線路主一（RCS-931電流差動保護）、主二（RCS-902B縱聯(lián)保護）保護裝置，開放保護出口。

（2）事故造成的線路短路電流達到19kA，B相母線電壓嚴重下降（最低二次電壓3.8V，額定電壓57.7V），6:08:13:445線路主一保護動作，6:08:13:455線路主二保護動作，6:08:13:484風2線2893開關跳閘。

（3）風2線開關跳閘后，6:08:14:158備自投裝置整組起動；6:08:14:660備自投裝置發(fā)合閘脈沖命令，115ms后母聯(lián)2012開關合閘。

（4）自6:08:13:435故障發(fā)生至6:08:14:777母聯(lián)備自投成功，共歷時1342ms。

3.3 備自投動作分析

2014年10月，該廠220kV備自投裝置改為“廣東電網(wǎng)標準化備自投”。其只有一種起動方式：低電壓起動，對應220kV母線失壓，其動作邏輯分別為：

低電壓起動。一段母線失壓時（三線電壓均小于無壓起動定值），判斷其他條件滿足（線路無流，另一段母線有壓），經(jīng)Tq（0.2s）延時起動；此方式起動后，跳閘接點動作跳開線路開關，經(jīng)TT（1s）延時確認開關跳開后，且小電源已切開后，經(jīng)Tt(0.3s)延時發(fā)出合上備用電源開關命令。

備自投延時說明：

（1）Tq:0.2s，裝置啟動延時；

（2）TT:1s，220kV開關跳閘等待延時（動態(tài)時間）；

（3）Tt:0.3s，小電源、負荷線路跳閘等待延時；

（4）Th:1s，判備投成功等待延時(動態(tài)時間)。

以本次事故為例備自投完整動作為（母聯(lián)備自投）：

（1）6:08:13:435雷擊故障發(fā)生，故障49ms后8:00:00:830時，220kV風2線2893開關跳閘。

（2）6:08:14:158故障723ms后，II母電壓下降到30%Un（17V），達到備自投低電壓啟動條件。啟動后延時Tq:200ms。

（3）6:08:14:358備自投裝置啟動，出口跳失壓母線上無流的2893開關。

（4）在TT：2ms后6:08:14:360時，備自投裝置確認2893開關分位，同時發(fā)切開小電源線路306開關（35kV）命令，延時300ms。

（5）6:08:14:660備自投裝置發(fā)母聯(lián)2012合閘命令。

（6）6:08:14:777備自投成功，2012合閘，II母電壓恢復。

3.4 結語

（1）自6:08:13:435故障發(fā)生至6:08:14:775母聯(lián)備自投成功，共歷時1340ms。

（2）故障發(fā)生到備自投啟動（即II母母線電壓達到30%Un以下）時長為723ms。對此時間影響較大的是電壓衰減時間，為674ms。

（3）備自投啟動到動作成功時長為617ms.對此時間影響較大的是Tt(小電源、負荷線路跳閘等待延時)，導致主系統(tǒng)電壓降低時間延長，不利于下級備自投。

（4）母聯(lián)開關合閘后，最大沖擊電流超過1kA，經(jīng)過1s多恢復正常電流值。

（5）母聯(lián)開關合閘后，由于部分電機負荷自啟動導致2#主變低壓側沖擊電流最高達6000多安培，衰減到額定電流1872安培用時1.9S。

4 兩次事故備自投動作的對比分析（圖1）

圖1

（1）通過以上比較可以看出，兩起事故保護結果基本相同，兩種備自投動作的主要判據(jù)都需要判別母線電壓，母線電壓降至30%Un的相對時間基本相同。

（2）南瑞9651C備自投檢測到低電壓滿足后即發(fā)令（合母聯(lián)2012開關）。

（3）現(xiàn)標準化備自投當?shù)碗妷号袚?jù)達到后，為了防止裝置誤動作而延時啟動200ms(Tq)，備自投裝置啟動后需切除小電源線路（35KV母聯(lián)305,306開關為小電源線路），事故發(fā)生前運行方式為306開關熱備，305開關運行（帶35KV IIA,IIB,1#發(fā)電機），備自投發(fā)跳無壓小電源306令（有壓305開關不切），延時300ms(Tt)后，備自投裝置才發(fā)出合母聯(lián)命令。由此可見，備自投發(fā)合母聯(lián)時，系統(tǒng)電壓已經(jīng)降低到＜30%Un了。

（4）由于現(xiàn)標準化備自投多了Tq+Tt=500ms的延時，在220kV備自投動作合閘后，我處下轄1#區(qū)域變（6kV）在電機自啟動間（13年新增部分負荷），電壓下降到低壓60%，加上由于220kV備自投的時間，致使其低電壓時間達到1.5s，使其備投動作。

5 備自投改進措施

（1）提高低電壓啟動定值：低電壓啟動定值由30%Un,調整為45%Un。原無壓定值為30%Un的原因是：減小母聯(lián)合閘時沖擊電流；為了提高電磁式低電壓元件的可靠性。45%Un時沖擊負荷約為100MVA（10萬千伏安，30%Un時，沖擊基本沒有），從2012年6月22日的結果看，系統(tǒng)是可以承受的。現(xiàn)在繼電保護采用微機保護，對微機裝置而言，電壓測量元件的準確度很高，45%Un不會影響可靠性。所以提高低電壓啟動定值可有效減少備自投裝置的等待時間，加快備自投裝置啟動的滿足時間。

（2）將Tt“小電源、負荷線路跳閘等待延時”由300ms調整為100。調整后，如需切小電源后可減少等待時間200ms。

（3）加快聯(lián)切小電源。將原定值中“BZT切負荷優(yōu)先級定值線路8（306開關）”定值由9調整為0（0定義為不需切除）。306開關根據(jù)系統(tǒng)運行方式一直為熱備用狀態(tài)，調整后如風2線失電，備自投啟動后跳開無流無壓的主供線路并確認后，備自投系統(tǒng)不用判斷306是否為小電源即無須等待Tt延時，而立即發(fā)合母聯(lián)命令。結合上述“2”改進還可減少100ms。

（4）壓縮220KV備自投的時間后，6KV電機轉速下降較小，自啟動電流較小、時間較短，基本可解決2#主變沖擊電流過大問題。

6 結語

該單位自投用新備自投后，經(jīng)歷了9.2停電事故的考驗，為電氣運行工作積累了重要經(jīng)驗，為防止今后全廠性停電提供珍貴的一手資料。備自投裝置的可靠正確動作，需結合一次系統(tǒng)的實際情況，認真分析，整定出更切合該廠實際情況的定值，并盡量創(chuàng)造條件帶所有開關做整組傳動試驗。但隨著該廠主系統(tǒng)的進一步擴容，還需不斷地改進，才能與其他設備更好地配合，為企業(yè)的安全生產(chǎn)服務。