一起接地事故中保護裝置“拒動”的整定配合問題分析

耿 淬

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 213025）

1 事故經(jīng)過

2014年3月29日14時40分52秒，某電廠1號機10kV IB段進(jìn)線開關(guān)跳閘，1號機10kV IB段母線失電。

發(fā)生保護動作的裝置為發(fā)變組保護，發(fā)變組保護“IB分支零序過流I段”動作并出口，同時發(fā)出保護閉鎖信號，閉鎖IB段廠用電源快速切換裝置（簡稱快切裝置），導(dǎo)致1號機10kV IB段未能切換至備用電源供電，最終致1號機10kV IB段母線失電，1號機10kV IB段多臺設(shè)備低電壓跳閘（A引風(fēng)機、B給水泵、送風(fēng)機、一次風(fēng)機、A磨煤機、C磨煤機、E磨煤機、B漿液循環(huán)泵、1號爐電除塵等多個設(shè)備）。經(jīng)檢查，故障發(fā)生在10kV IB段A引風(fēng)機側(cè)，但該引風(fēng)機的保護裝置卻未發(fā)生保護動作，造成10kV IB分支進(jìn)線開關(guān)越級跳閘，事故范圍大大擴大。

2 事故原因檢查

2.1 事故直接原因檢查

事故發(fā)生后，電廠檢修人員檢查并發(fā)現(xiàn)10 kV IB段A引風(fēng)機電纜絕緣受損，受損部分對該電機開關(guān)柜外殼放電，產(chǎn)生的弧光造成了間歇式接地短路，是此次事故發(fā)生的主要原因。

正常情況下，按照繼電保護“選擇性”的要求，保護裝置應(yīng)該在故障區(qū)內(nèi)可靠動作，即當(dāng)引風(fēng)機發(fā)生接地短路時，應(yīng)該由引風(fēng)機保護裝置的零序保護動作并切除故障設(shè)備。而在此次事故過程中，引風(fēng)機保護裝置未能及時跳閘，造成發(fā)變組保護裝置的高廠變低壓側(cè)IB分支零序保護動作，跳10kV IB分支進(jìn)線開關(guān)（即上級開關(guān)），為越級跳閘，保護失去了選擇性，使事故擴大。（圖1為電廠主接線圖，廠用電系統(tǒng)中性點接地方式為經(jīng)中電阻接地。）

2.2 保護裝置定值設(shè)置情況檢查

（1）引風(fēng)機保護裝置相關(guān)參數(shù)引風(fēng)機保護裝置的主要整定值如見表1。

表1

（2）發(fā)變組保護情況檢查

動作報告為“IB分支零序過流I段”動作，跳IB分支10kV IB段進(jìn)線開關(guān)，并閉鎖快切。

高廠變低壓側(cè)IB分支零序電流整定值為1A，時限0.6s。零序CT變比100／5。

（3）快切裝置情況檢查

IB段廠用電快切裝置切換閉鎖燈亮，報告為保護閉鎖。

（4）故障錄波情況

從圖2錄波波形可以看出，14：40：51：130ms故障錄波器44通道（即IB分支零序）發(fā)生突變量啟動。當(dāng)引風(fēng)機一次電纜絕緣損壞后，電纜對開關(guān)柜外殼放電，IB分支產(chǎn)生了零序電壓和零序電流，IB分支零序電流突變啟動故障錄波。

從圖3～圖5相電壓有效值圖可以看出，發(fā)生故障時，IB分支A相電壓降低了，而B、C相電壓升高了，電壓變化不大，電纜間歇式放電造成的接地短路現(xiàn)象不嚴(yán)重，此時IB分支零序電流較小。經(jīng)錄波軟件分析計算，IB分支的零序電流有效值約為1.16A。

圖2 IB分支零序突變啟動錄波波形

圖3 Ua相電壓有效值

圖4 Ub相電壓有效值

圖5 Uc相電壓有效值

圖6 IB分支零序電流有效值

從圖7錄波可以看出，14：40：51：930ms后（即圖中前面一條主標(biāo)線時刻），IB電壓分支電壓、電流諧波分量增大，14：40：52：226ms后（即圖中后面一條輔助標(biāo)線時刻），IB分支零序明顯增大。

圖7 IB分支錄波波形

從圖8錄波可以看出，14：40：52：897ms故障錄波器41通道（即IB分支A相電流）發(fā)生突變量啟動。結(jié)合發(fā)變組保護動作報告，從錄波圖上可以得知14：40：52：897ms時刻，IB分支動作于分支零序保護跳閘，IB分支進(jìn)線三相電流消失，零序電流也隨之消失（從定值時間延時可以推知發(fā)變組IB分支零序14：40：52：297ms達(dá)到了動作值，零序保護啟動，經(jīng)0.6s延時動作于保護跳閘）。從圖上IB分支母線三相電壓可以分析可知，IB分支進(jìn)線開關(guān)雖然已經(jīng)跳閘，IB分支母線電壓開始衰減，但是IB分支母線三相電壓仍然不平衡，接地故障仍存在。

圖8 IB分支A相電流突變啟動錄波波形

從圖9分析可知，由于發(fā)變組保護閉鎖了快切，導(dǎo)致了IB分支母線失電，當(dāng)IB母線電壓衰減到一定值時，A引風(fēng)機保護裝置的低電壓保護發(fā)生動作并跳閘，此時A引風(fēng)機接地故障切除，IB分支母線三相電壓趨于平衡。與A引風(fēng)機低電壓保護動作記錄相印證，結(jié)論完全相符。

（5）DCS最大相電流波形

參考圖10中DCS系統(tǒng)記錄的最大相電流波形可以看出，當(dāng)A引風(fēng)機側(cè)發(fā)生故障時，相電流增大，最大相電流從251A上升至281A，再升至350A左右，故障切除后，電流開始下降。（最大相電流Imax=max（Ia，Ib，Ic），A 引風(fēng)機 CT 變比為800／5）

圖9 IB分支進(jìn)線開關(guān)跳閘后的電壓衰減波形

圖10 DCS系統(tǒng)最大相電流波形

3 事故分析

（1）發(fā)變組保護零序保護動作簡要分析

根據(jù)波形情況得知故障時，零序電流的有效值達(dá)到了動作值1A，耗時0.6s，保護動作，跳1B分支進(jìn)線開關(guān)，同時發(fā)出保護閉鎖信號，閉鎖快切，動作正確，無異議。由于發(fā)變組保護IB分支零序CT變比為100／5，可以算出線路一次部分的零序電流有效值達(dá)到了23.2A。

（2）保護裝置的零序保護動作邏輯分析

為防止在電動機在較大的啟動電流下，由于零序不平衡電流引起保護裝置誤動作，保護采用了最大相電流Imax作制動量，動作條件如下，其動作特性見圖11。

式中I0—— 電動機的零序電流倍數(shù)；

I0dz——零序電流動作值，倍；

Ie——電動機額定電流，A；

t0dz——整定的接地保護動作時間，s；

t0——接地保護動作時間，s。

零序量程視中性點接地電流大小確定，保護裝置提供了0.02和0.2兩種量程供選擇。一般地，中性點小電流接地時，取0.02量程；中性點大電流接地時，取0.2量程。此系統(tǒng)采用中阻接地，現(xiàn)場選擇了0.2量程。

（3）保護裝置零序保護整定分析

本保護采用最大相電流Imax做制動量，從圖11曲線上可以看出，當(dāng)Imax≤1.05Ie時，零序電流I0大于零序電流動作值I0dz，保護延時t0dz動作；當(dāng)Imax＞1.05Ie時，零序電流I0大于［1+（Imax／Ie-1.05）／4］I0dz，保護延時t0dz動作。

圖11 零序保護特性曲線

（4）本事故中零序保護動作整定分析

參考DCS系統(tǒng)錄波波形可知，最大相電流二次值為350／160=2.19A＜Ie，零序保護動作曲線在Imax≤1.05Ie范圍內(nèi)。

根據(jù)發(fā)電機保護零序保護動作分析推知線路一次部分的零序電流有效值23.2A，A引風(fēng)機的零序CT變比為50／5，計算得知保護裝置采樣的零序電流有效值2.32A。以上分析可知，電動機零序保護動作定值14.28倍在0.2量程的情況下，其二次側(cè)的動作電流為14.28×0.2=2.86 A，動作時間為0.3s。在間歇接地短路最初發(fā)生時，IB分支零序電流較小，A引風(fēng)機零序保護并未達(dá)到動作值，故此零序保護不動作，保護裝置保護正常。再回看圖8，在發(fā)變組保護動作于IB分支零序跳閘前，通過波形計算分析，當(dāng)時IB分支零序有效值已達(dá)到3.1A，A引風(fēng)機零序保護應(yīng)該啟動并動作，但由于A引風(fēng)機零序保護存在0.3s的延時，而發(fā)變組保護的IB分支零序保護已先于A引風(fēng)機零序保護啟動，當(dāng)A引風(fēng)機零序保護還未滿足延時條件時，發(fā)變組保護的IB分支零序保護已達(dá)到0.6s延時，并動作于跳IB分支進(jìn)線開關(guān)，發(fā)生越級跳閘。

（5）保護裝置功能驗證

鑒于以上分析，對保護裝置進(jìn)行了定值檢查和保護功能校驗，并重新進(jìn)行整定計算。結(jié)論：保護裝置的保護功能完好，運行正常。

4 結(jié)語

綜合以上分析，本次事故中，A引風(fēng)機保護裝置未能及時動作，導(dǎo)致事故范圍擴大，主要是由于上下級定值整定配合問題引起的。此次事故中，雖然A引風(fēng)機保護裝置的定值及保護功能正確、完好，但與發(fā)變組保護的IB分支零序保護定值配合存在問題，當(dāng)故障發(fā)生時造成保護失去了選擇性。

保護定值的整定配合問題，從根本上來說是定值整定時的考慮不周。所以在定值整定時要充分考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運行方式，在保護滿足選擇性要求的同時，保證足夠的靈敏性。針對此次事故，我們建議能否考慮保護在滿足動作靈敏度時，在保護整定的允許范圍內(nèi)，將IB分支零序保護定值適當(dāng)調(diào)整，以從定值上最大限度躲過暫態(tài)時的最大不平衡電流，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

本次事故是由電纜對地間歇式放電引起的接地故障，由于定值整定的不合理，造成保護越級跳閘、10kV IB分支母線失壓。同時針對間這種歇式接地故障發(fā)生時，零序電流間斷、不連續(xù)的情況，我們提出了思考：保護裝置本身能否針對此類故障有所改進(jìn)，從而更準(zhǔn)確的反映故障類型，并切除故障，避免事故擴大。