500kV線路事故跳閘事件的分析與建議

朱俊杰，李旭東

（上海市電力公司 檢修公司變電運(yùn)維中心，上海 200063）

0 引言

500kV練塘站是上海電網(wǎng)的重要樞紐變電站，是特高壓三華同步電網(wǎng)以及三滬直流在上海的落腳點(diǎn)。練塘站的投運(yùn)，標(biāo)志著上海500kV南半環(huán)網(wǎng)的全面建成，從而大大提高主網(wǎng)的輸電能力，使主網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)強(qiáng)。

練塘站有3個(gè)電壓等級(jí)：500kV、220kV和35kV。500kV采用3／2斷路器接線，共有9串，目前有6回出線（楓涇2回、亭衛(wèi)2回、泗涇2回）和2組主變。其中楓練5107線（以下簡稱5107線）和楓塘5117線（以下簡稱5117線）分別位于第4串和第5串，這兩回出線承擔(dān)楓涇至練塘潮流輸送，是練塘站目前的主要電源線。

2011年3月12日和3月30日，由于一次設(shè)備原因，5107線和5117線相繼發(fā)生單相永久性接地故障，保護(hù)動(dòng)作行為正確，自動(dòng)化后臺(tái)顯示無誤。兩次事故性質(zhì)雖然相同（僅僅只是故障相別不同，前者為B相，后者為C相），但在開關(guān)保護(hù)動(dòng)作方面存在明顯差異。即使對(duì)于同一事故，如5117線路C相跳閘，故障錄波器和保護(hù)裝置所錄波形存在明顯不同。以上事故特征與差異，很值得運(yùn)行人員對(duì)這兩次事故進(jìn)行深入比較和全面分析，用以提高運(yùn)行人員在突發(fā)情況下的應(yīng)急響應(yīng)速度和處理事故能力。

1 開關(guān)保護(hù)的跟跳

1.1 動(dòng)作行為差異

5107線路對(duì)應(yīng)的中開關(guān)為5042；5117線路對(duì)應(yīng)的中開關(guān)為5052，開關(guān)保護(hù)裝置均采用PCS-921。兩次事故發(fā)生時(shí)，對(duì)應(yīng)中開關(guān)保護(hù)的動(dòng)作行為分別為：5107線發(fā)生B相故障時(shí)，線路保護(hù)跳閘后，開關(guān)保護(hù)并未跟跳故障相；5117線發(fā)生C相故障時(shí)，線路保護(hù)跳閘后，開關(guān)保護(hù)瞬時(shí)跟跳故障相。

1.2 動(dòng)作行為比較

開關(guān)保護(hù)單相跟跳需同時(shí)滿足3個(gè)條件：一是故障相跳閘開入；二是同一時(shí)刻，故障相電流大于門檻值；三是跟跳本開關(guān)軟壓板投入。根據(jù)5042和5052開關(guān)保護(hù)整定單，兩者的軟壓板均投入。初步判斷：上述兩次事故發(fā)生，可能是開關(guān)保護(hù)單相跟跳，滿足條件2時(shí)才動(dòng)作。

調(diào)取5042和5052開關(guān)保護(hù)裝置內(nèi)部波形圖，如圖1和圖2中畫圈所示。分析發(fā)現(xiàn)事故時(shí)刻的5042開關(guān)故障相（B相）電流為0.35A，5052開關(guān)故障相（C相）電流為0.649A。開關(guān)相電流啟動(dòng)的整定值均為0.4A，前者未達(dá)到整定值，而后者超過整定值，故5052開關(guān)保護(hù)C相瞬時(shí)跟跳，5042開關(guān)保護(hù)不跟跳。

圖1 5042開關(guān)保護(hù)動(dòng)作波形圖

圖2 5052開關(guān)保護(hù)動(dòng)作波形圖

2 故障波形錄入問題及解決對(duì)策

2.1 錄波波形相互矛盾

5117線路事故中，故障錄波器所錄波形顯示5052開關(guān)C相分閘位置在前，開關(guān)保護(hù)跳閘在后，如圖3中畫圈所示。

圖3 故障錄波器波形圖

5052開關(guān)保護(hù)裝置所錄波形顯示，開關(guān)保護(hù)跳閘在前，C相分閘位置在后，如圖4中畫圈所示。

圖4 5052開關(guān)保護(hù)錄波圖

顯然，對(duì)于同一事件先后順序，圖3和圖4存在根本矛盾。對(duì)此矛盾，運(yùn)行人員及時(shí)與廠家研發(fā)人員溝通，得知兩張錄波圖中開關(guān)保護(hù)的含義不完全一致。前者是開關(guān)保護(hù)經(jīng)繼電器已出口至線路故障錄波器；后者只是開關(guān)保護(hù)裝置內(nèi)部邏輯溝通，尚未經(jīng)繼電器出口，因此5052開關(guān)保護(hù)跳閘命令顯得似乎更快。

2.2 故障錄波器頻繁啟動(dòng)

5107線事故跳閘后，調(diào)取故障錄波文件時(shí)，發(fā)現(xiàn)故障錄波器頻繁啟動(dòng)錄波，在事故跳閘后生成了數(shù)百個(gè)錄波文件。由于故障錄波器只能存儲(chǔ)100個(gè)文件，當(dāng)超過100個(gè)文件時(shí)，會(huì)自動(dòng)覆蓋最前面的錄波文件?？梢姡鹿蕰r(shí)刻的故障錄波文件已被后續(xù)文件覆蓋。

經(jīng)分析，故障錄波器頻繁啟動(dòng)錄波的原因是：楓涇2回線和亭衛(wèi)2回線在同一鐵塔上，當(dāng)同塔4回線中的任意一線路停役時(shí)，其他運(yùn)行線路會(huì)在其周圍產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓，而且感應(yīng)電壓三相不平衡，會(huì)產(chǎn)生較大的3U0。5107線發(fā)生事故跳閘后，故障錄波器上顯示的3U0為27V，大于啟動(dòng)整定值16V。

為了避免此類異常再次發(fā)生，在征得華東網(wǎng)調(diào)同意后，現(xiàn)場采取臨時(shí)措施，停用4回線路電壓互感器的3U0壓板。因此，3月30日，當(dāng)5117線事故跳閘時(shí)，故障錄波器沒有發(fā)生頻繁啟動(dòng)，運(yùn)行人員成功調(diào)取故障波形圖。隨后，經(jīng)華東網(wǎng)調(diào)同意，禁用500kV線路故障錄波器3U0啟動(dòng)錄波的功能，用上4回線路電壓互感器的3U0壓板。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通信堵塞

練塘站是上海電網(wǎng)中首個(gè)在間隔層與站控層之間采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)通信的500kV變電站，站內(nèi)所有保護(hù)設(shè)備、測控設(shè)備、保護(hù)子站、自動(dòng)化后臺(tái)之間，均通過基于IEC 61850的雙星形以太網(wǎng)快速通信；故障錄波器之間單獨(dú)組網(wǎng)，也是通過IEC 61850與保護(hù)子站通信。因此，通過保護(hù)子站，運(yùn)行人員不僅可以直接調(diào)取保護(hù)裝置的動(dòng)作情況，還可以調(diào)取故障錄波器的錄波文件，提高了異常和事故情況下的應(yīng)急響應(yīng)速度。

實(shí)際情況和上述判斷并不一致。第一次事故中（5107線路跳閘），保護(hù)子站無法調(diào)取相關(guān)信息。經(jīng)分析，主要原因有兩個(gè)方面：一是故障錄波器頻繁啟動(dòng)，產(chǎn)生大量錄波文件，并上傳至保護(hù)子站。同時(shí)，保護(hù)裝置也上傳事故報(bào)文，造成網(wǎng)絡(luò)通信堵塞。二是保護(hù)子站硬件處理水平和報(bào)文解析能力欠佳，造成故障時(shí)刻裝置死機(jī)。為此，一方面要求廠家及時(shí)升級(jí)保護(hù)子站的硬件和軟件；另一方面制定保護(hù)子站的日常巡視制度。規(guī)定每天必須從保護(hù)子站中調(diào)取現(xiàn)場保護(hù)裝置及故障錄波器的相關(guān)信息，確認(rèn)保護(hù)子站與保護(hù)設(shè)備、故障錄波器之間的通信是否正常，裝置運(yùn)行狀況是否良好。

采取上述措施后，第二次事故中（5117線路跳閘），運(yùn)行人員通過保護(hù)子站快速調(diào)取相關(guān)故障波形。

2.4 保護(hù)裝置的故障錄波

事故發(fā)生時(shí)，運(yùn)行分析常以故障錄波器所錄波形為主，而保護(hù)裝置內(nèi)部錄波波形對(duì)于事故分析也起著重要參考作用。

5107線路跳閘時(shí)，第二套線路保護(hù)裝置PRS-753正確動(dòng)作，動(dòng)作報(bào)告亦十分清晰，但事故后卻查不到相應(yīng)的故障錄波記錄。針對(duì)此異常，對(duì)保護(hù)裝置錄波原理進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在保護(hù)裝置保護(hù)啟動(dòng)時(shí)，會(huì)立即啟動(dòng)錄波，當(dāng)保護(hù)第三次動(dòng)作或者啟動(dòng)元件返回時(shí)，滿足錄波結(jié)束條件，生成并保存錄波文件；如不滿足錄波結(jié)束條件，則錄波流程不結(jié)束繼續(xù)等待。

經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)，保護(hù)裝置啟動(dòng)元件返回條件中含有零序電壓判據(jù)，即3U0大于5V時(shí)，啟動(dòng)元件不返回。由于5107線路在故障切除后，仍有較大零序電壓（大于5V），啟動(dòng)元件無法返回，錄波結(jié)束條件不滿足，錄波文件暫不生成，處在“等待結(jié)束”狀態(tài)。

利用廠家專用軟件，調(diào)取裝置動(dòng)作情況后，可以看出：保護(hù)裝置啟動(dòng)元件在故障發(fā)生4天后（3月16日）才返回，并生成錄波文件。5107線路恰恰是4天后改為線路檢修狀態(tài)，此時(shí)，顯然滿足3U0小于5V的條件，啟動(dòng)元件返回，錄波結(jié)束條件滿足，生成錄波文件。由于此問題比較隱蔽，而且有賴于廠家專用軟件調(diào)取，給事故后分析帶來不必要麻煩，已與廠家聯(lián)系，希冀能對(duì)該裝置進(jìn)行改進(jìn)。

3 結(jié)語

對(duì)兩起由于設(shè)備原因引起的同一性質(zhì)線路跳閘事件，從開關(guān)保護(hù)跟跳、故障錄波、網(wǎng)絡(luò)通信等方面進(jìn)行分析和總結(jié)，提出以下幾點(diǎn)建議，用以提高運(yùn)行人員在突發(fā)情況下的應(yīng)急響應(yīng)速度和處理事故能力。

1）對(duì)故障錄波圖的分析，是判斷故障的主要依據(jù)，所以在事故發(fā)生的第一時(shí)間調(diào)取故障錄波圖，能夠大大提高運(yùn)行人員處理事故的速度。

2）由于發(fā)生事故后會(huì)生成許多告警文件上傳后臺(tái)，此時(shí)變電站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信是否通暢，就顯得相當(dāng)重要，所以要加強(qiáng)日常對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的巡視和維護(hù)工作。

3）對(duì)于不同廠家生產(chǎn)的裝置，運(yùn)行人員應(yīng)盡量了解和熟悉保護(hù)裝置的工作原理。