一直区外连续故障引起的变电站110KV母差保护误动作的分析及对策.docx

       一直区外连续故障引起的变电站110KV母差保护误动作的分析及对策                     文◎余培杰（广东电网公司江门恩平供电局广东恩平）摘要：本文主要对一起区外连续故障引起的变电站llOkV母差保护误动作进行了原因分析，总结出了造成母线差动保护误动作的主要因素，提出了相应的防范措施关键词：llOkV变电站；母差保护；故障分析：对策随着我国电力体制改革的日益深入，国家对电网建设的投资不断加大，在电网建设中，选用一、二次设备的质量至关重要，安装施工工艺也是日后电网、电气设备安全运行的重要因素笔者就一起电网事故，系统分析了导致事故的根本原因，并提出了相应的防范措施1．电网及运行方式、保护配置简介某变电站llOkV系统主接线如图1所示，llOkV母线由03、04单元负责供电，I母、II母并列运行，母联开关在合位llOkV母线保护采用分相复式比率差动原理母差保护；01单元线路采用三段式接地、相间距离，四段式零序电流方向保护及三相一次重合闸：03、04单元线路两侧均采用电流光纤纵差保护，三段式接地、相间距离，四段式零序电流方向保护及三相一次重合闸某日20时58分51秒，该站llOkV出线01单元线路发生三相短路故障，01单元线路保护动作，跳开01单元断路器。

另外，llOkV母差保护I母C相差动保护动作，跳开I母上所连接各元件（LK母联单元、01单元、03单元）断路器从现场收集到的01单元线路保护装置录波报告（略）和母差保护装置录波报告分别如图2、图3所示2．保护动作行为及原因分析2.1分析01单元的线路保护动作录波报告2.1.1在01单元线路发生三相短路后第26ms相间阻抗I段保护Zl动作，于第80ms跳开该断路器（可以看出从保护发出跳闸命令到断路器跳开切除故障电流的固有时间约为55ms），线路故障电流切除，母线电压恢复但在大约第llOms时，该线路A相又出现一定幅值的故障电流，由于该线路重合闸时间为1500ms，所以排除是断路器重合于永久性故障的情况该线路保护于178ms接地阻抗I段Zl动作发出跳闸命令，但因为该断路器己于线路保护第一次动作时处于分闸状态，所以178ms时的保护动作并不能有效作用于该断路器以切除llOms后的A相故障电流2.1.2那么OI单元的线路保护装置录波报告中llOms后的A相故障电流从何而来呢？通过巡线人员巡线结果报告，此次短路是由于雷电引起通过查阅资料得知，雷云与大地之间的放电时间很短，以微秒计，但却不是一次完成．而是分级进行的。

先导放电也并不是一次直接贯通地面，而是间歇性的脉冲发展过程，一般为2、3次，最多可达40多次，时间由几十毫秒到几百毫秒，雷电压瞬间可达几万伏到几百万伏从01单元的线路保护装置录波报告知此次连续故障过程大约190ms左右，在此认为此次雷电活动的时间覆盖整个故障过程通过现场仔细观察Ol单元的一次设备，包括断路器、电流互感器、母线侧刀闸、线路侧刀闸及其两侧引线，发现一重要现象如图4所示，在01单元A相电流互感器与断路器之间的引线凸处P点与断路器上引线端Q点有明显放电痕迹，所以可以判断，通过01单元线路引入的雷电（P点）对Ol单元断路器上引线（Q点）的llOkV电位放电，P、Q两点击穿引起电弧重燃，从而产生了llOms后的A相故障电流2.2分析110 kV母线母差保护装置的动作录波报告母差保护报文显示为I母C相差动动作2.2.1通过图2录波可以看出，大差电流( ID_A、ID_B、ID_C)的AB段为线路发生初始三相短路时出现的由于母线近端区外故障电流互感器饱和而产生的不平衡电流，属于区外穿越性故障，母差保护可靠不动作，行为正确BC段为中间阶段，此时01单元断路器三相处于分闸位置，无故障电流2.2.2 CD段为第二次故障阶段，在此阶段的图2、图3、中包含了相当丰富的故障信息。

由前面分析知A相CD段的故障电流是由于01单元A相P、Q两点击穿电弧重燃引起大差电流的变化情况如图2的CD段，可看出，ID_A仍然是由于区外故障电流互感器饱和而产生的不平衡电流；ID_B的CD段对应于图3中的L01 B的CD段（B相相似位置也出现放电痕迹，故障电流持续40ms左右消失）；ID_C表现特殊，具有故障电流的特征那么01单元一次系统A相P、Q两点击穿引起的二次故障电流理应如图5所示路径，为什么母线保护的I母C相差动保护会动作呢？图2大差电流CD段的ID C是从何而来的呢？2.2.3从图3可看出，03单元在CD段A相、C相同时出现明显大于负荷电流（负荷电流近似为零）的故障电流由前面分析我们知道L03_A是由于A相P、Q两点击穿电弧重燃引起的故障电流从变电站故障录波装置报告（略）及01单元线路保护装置的录波报告分析，判定一次系统中C相并无故障现象发生图3的L03_C从何而来？经仔细分析图3，发现03单元的L03 C与L03_A变化特征相近，相位恰好相反根据这一重要线索可以确定，问题可能出在母差保护的03单元电流二次回路2.2.4认真检查母差保护03单元LH二次回路，结果发现在03单元户外LH端子箱内C310、N310之间有明显的击穿痕迹，所以可以判断，在第二次故障阶段，由于03单元LH端子箱内的端子排C310、N310之间存在薄弱环节，发生了击穿，使03单元LH的A相二次故障电流通过如图6示意路径构成回路。

从图6中可以看出IDA从母差保护装置03单元辅助小电流互感器A相原边绕组极性端流入非极性端流出后，由于03单元LH端子箱内C310、N310之间击穿造成母差保护装置03单元辅助小电流互感器C相原边绕组分流，IDA1从N线流回N310，IDA2从03单元辅助小电流互感器C相绕组的非极性端流入，极性端流出至N310，与此相对应，母差保护装置03单元辅助小电流互感器A相副边Ida从极性端流出，C相Idc从非极性断流出，这和图3中L03_C与L03 A相位刚好相反（互差180的录波结果是相互吻合的母差保护采用分相复式比率差动原理，动作量为母线上所有连接元件电流和的绝对值Id=1 EII，制动量为母线上所有连接元件电流的绝对值之和Ir=∑I I I，动作表达式为{Id≥Idset& Id／(lr-Id)≥Kr)分析C相差动回路，由于负荷电流很小在此忽略不计，则Id=lr，由表达式得Id／(Ir-Id》>Kr，且Idc>ldset，满足母差保护的动作方程，从而造成了llOkV母线I母C相差动保护动作至此母差保护I母C相误动原因查明2.2.5对照Ol单元线路保护装置录波报告和母差保护动作录波报告的时间顺序，由图2可以看出母差保护在第二次故障发生（第llOms处）后20ms左右，母线I母C相差动保护动作（T_OP变位，130ms处），于190ms左右跳开I母上所有断路器，切除故障电流（由前面分析知道从保护发出跳闸命令到断路器跳开切除故障电流的固有时间约为50～60ms），从01单元线路保护装置录波报告中可以看出01单元线路保护第二次跳闸脉冲在200ms处返回。

至此这次连续故障过程结束3．分析总结 01单元线路保护第一次动作跳开01单元断路器，行为是正确的：01单元线路保护第二次动作时该单元断路器已处于分位，无法有效切除重燃故障电流，此时保护动作，但故障电流依然存在，所以线路保护装置本身的第二次动作行为正确01单元A相电流互感器与断路器的引线凸处P点与断路器上引线Q点放电引起电弧重燃，引起03单元LH端子箱薄弱环节发生击穿，造成llOkV母差保护I母C相差动保护误动作针对该站此次具体事件，若无此次母差保护动作，只能由03单元、04单元电源侧的后备保护动作来切除故障，这样将造成全站失压所以在这种类似于断路器失灵的故障情况下，应考虑llOkV各单元的保护配置上增加断路器失灵保护，防止发生类似事故时由上级保护动作造成事故范围扩大4．经验教训及防范措施4.1在事故调查过程中测量电流互感器与断路器间引线凸处P点与断路器上引线端Q点的距离，符合有关规程规定的安全距离此次连续故障由雷电活动引起，雷电瞬间电压可高达几万伏到几百万伏，虽然P、Q两点间距离符合规定，但P点“凸处”增加了由于雷电高电压击穿的几率，所以建议在一次设备安装时注意施工工艺和方法，避免一次设备间的连线与一次设备之间形成过度的“凸处”，在新安装一次设备的验收过程中也应引以为戒。

4.2对于微机保护装置来讲，一般安装在主控室内对于二次回路各个环节的接线一定要连接可靠、紧固适当目前，已经选用质量优良的电流端子排，对该站llOkV设备区所有端子箱内的电流端子进行了更换4.3运行单位在设备巡视时不仅要注重一次设备的巡视，也要注重二次回路的巡视特别是多雨、冬雪季节要注意户外端子箱内的凝露现象，及时更换干燥剂，根据现场运行环境，必要时增加温度自动控制的加热器回路，做好防潮措施，避免由于受潮引起的端子排的锈蚀、接触不良或不正常发热，从而诱发端子排之间的短路、开路，进而造成继电保护装置的不正确动作4.4检修单位应认真组织定期性校验工作，确保检修质量继电保护人员在保护装置的定期检验中不能只偏重于对保护装置本身逻辑功能的检验，一定要注意对二次回路的整体情况进行检查对于交流电流、电压回路的绝缘检查，不仅要检查整体对地的绝缘情况，还要检查相对地、相与相之间的绝缘情况，有利于及时发现隐蔽性缺陷，确保一二次设备的安全稳定运行参考文献：1．王春生、卓乐友、艾素兰，《母线保护》[M]．北京：水利电力出版社，1985 -全文完-。