一起非全相保護(hù)裝置誤動作事故分析研究

吳盈藍(lán)

(國網(wǎng)福建省電力有限公司詔安縣供電公司, 福建 漳州 363000)

0 引言

電力系統(tǒng)中單相接地故障是發(fā)生概率最大的一類故障。據(jù)統(tǒng)計，單相接地故障可以占到所有類型故障的70%～80%。為了提高可靠性，220 kV及以上電壓等級線路開關(guān)普遍采用分相結(jié)構(gòu)[1,2]。與之相應(yīng)的，220 kV系統(tǒng)普遍采用單相自動重合閘方式，即跳開某相只重合該相，當(dāng)重合到故障時，跳開三相，若跳開三相則不重合。若開關(guān)在斷開三相時某一相拒動，或者正常運(yùn)行時開關(guān)某相偷跳，則會造成開關(guān)三相位置不一致，即開關(guān)處于非全相運(yùn)行狀態(tài)。長期非全相運(yùn)行會導(dǎo)致嚴(yán)重后果：一方面，可能會使得帶有并聯(lián)電抗器的超高壓線路產(chǎn)生諧振過電壓，另一方面，產(chǎn)生的負(fù)序電流會使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)熱損壞，零序電流還會導(dǎo)致越級跳閘，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的供電可靠性。因此，220 kV分相開關(guān)都會配置分相保護(hù)裝置。分相保護(hù)裝置監(jiān)視三相開關(guān)的分合情況，某一相或兩相出現(xiàn)偷跳、拒動時延時跳開三相，其延時主要與重合閘時限相配合[3,4]。

變電站內(nèi)直流失地是較為常見的一類故障，直流單點(diǎn)失地尚不足以造成嚴(yán)重后果，當(dāng)失地進(jìn)一步發(fā)展引起兩點(diǎn)及以上失地時將會造成保護(hù)誤動、拒動等情況的發(fā)生，因此該類故障一旦出現(xiàn)即為危急缺陷，需要立即處置。

本文介紹了一起直流系統(tǒng)失地導(dǎo)致非全相故障誤動作造成開關(guān)三相跳閘的事故，針對事故發(fā)生的原因，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 非全相保護(hù)原理

非全相保護(hù)有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一是由繼電保護(hù)廠家配置的保護(hù)裝置(例如南瑞繼保的RCS-923斷路器保護(hù))，二是由斷路器自身輔助觸點(diǎn)進(jìn)行串并聯(lián)構(gòu)成啟動回路實(shí)現(xiàn)。前者需要將保護(hù)裝置配置在繼保室，距離現(xiàn)場較遠(yuǎn)，布線較長，容易引起誤動，可靠性不高，因此目前非全相保護(hù)大多采用現(xiàn)場布置即后者。非全相保護(hù)的啟動回路如圖1所示。

圖1 非全相保護(hù)啟動回路

圖1中DLA-O、DLB-O、DLC-O、DLA-C、DLB-C、DLC-C分別表示斷路器的A、B、C三相分閘輔助觸點(diǎn)和合閘輔助觸點(diǎn)，SJ1表示時間繼電器，SZJ11、SZJ12表示非全相中間繼電器，S4表示人工復(fù)位按鈕。當(dāng)斷路器三相均處于分位或合位時，總有一組輔助觸點(diǎn)是全部斷開的，因此時間繼電器SJ1不會動作。當(dāng)斷路器三相中有一相或兩相處于分閘，其余相在合位時，合閘輔助觸點(diǎn)和分閘輔助觸點(diǎn)總有一路是接通的，于是時間繼電器SJ1得電，經(jīng)過整定延時觸點(diǎn)接通，SJ1動作，其輸出的兩路常開觸點(diǎn)閉合，非全相中間繼電器SZJ11、SZJ12得電，SJZ11繼電器節(jié)點(diǎn)接入斷路器跳閘回路實(shí)現(xiàn)三相跳閘，SZJ12繼電器則用于自保持，需要人工按下按鈕S4才能復(fù)歸。之所以設(shè)計自保持功能是為了當(dāng)操作機(jī)構(gòu)或二次控制回路出現(xiàn)故障時需要查明原因才能進(jìn)行再次操作。為了提高可靠性，現(xiàn)在非全相保護(hù)裝置還引入了零序電流或負(fù)序電流閉鎖功能。當(dāng)同時滿足啟動回路動作和零序或負(fù)序電流滿足動作值時才會發(fā)出跳閘命令。220 kV開關(guān)一般配置兩套非全相保護(hù)，兩套非全相保護(hù)中非全相繼電器接至兩套斷路器跳閘回路中。

2 事故經(jīng)過

某日17時22分，調(diào)度監(jiān)控通知某變電站#2主變本體測控報“油溫高報警”，直流聯(lián)絡(luò)屏報“接地告警”，某220 kV線路開關(guān)“第一組非全相保護(hù)動作”，931保護(hù)裝置與902保護(hù)裝置均報“事故總信號”。運(yùn)行人員首先檢查IES700系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，某220 kV線路開關(guān)A、B、C三相電流基本為0，開關(guān)在分閘位置，直流系統(tǒng)間隔報“Ⅰ段直流母線正失地”“正對地電阻1 kΩ，負(fù)對地電阻99 kΩ”，運(yùn)行人員立即趕赴現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行檢查。

3 現(xiàn)場檢查情況

對告警的220 kV線路開關(guān)檢查發(fā)現(xiàn)三相確已跳閘，現(xiàn)場一次設(shè)備間隔(刀閘、開關(guān)、接線、避雷器、PT、CT等設(shè)備)無異常。對220 kV故障錄波裝置檢查，發(fā)現(xiàn)裝置錄有文件一個，其波形圖如圖2所示。

圖2 故障錄波圖

由圖2可知，17:22:55.355(即圖中的0.0 ms時刻)時，線路三相電流變?yōu)?，說明開關(guān)跳閘，而開關(guān)跳閘前電壓、電流均無明顯變化，說明引起跳閘的原因并非短路、短線、接地等故障，結(jié)合告警信號初步判斷跳閘是由非全相保護(hù)誤動作引起。對非全相機(jī)構(gòu)箱檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部加熱回路工作正常，各元件無受潮、端子接線牢固，箱門密封良好，目測范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異常。

對非全相機(jī)構(gòu)箱內(nèi)各繼電器檢查，結(jié)果如下：第一組非全相繼電器SZJ11動作電壓141 V，動作功率3.04 W，第一組時間繼電器SJ1動作電壓150 V；第二組非全相繼電器SZJ21動作電壓154 V，動作功率2.94 W，第二組時間繼電器SJ2動作電壓146 V，動作電壓滿足55%～70%Un的要求(Un表示額定電壓220 V)，動作功率不滿足大于5 W的要求。

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)非全相機(jī)構(gòu)箱內(nèi)用于接入斷路器跳閘回路的兩組非全相繼電器接線錯誤，如圖3所示。

圖3 非全相機(jī)構(gòu)箱內(nèi)繼電器接線

由圖3可知，現(xiàn)場錯將本應(yīng)與第一組非全相繼電器并聯(lián)的容阻元件Z11接至第二組非全相繼電器的A2接點(diǎn)，將本應(yīng)與第二組非全相繼電器并聯(lián)的容阻元件Z22接至第一組非全相繼電器的A1接點(diǎn)。

對直流系統(tǒng)檢查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場絕緣監(jiān)測系統(tǒng)確報Ⅰ段母線直流正失地，Ⅱ段母線也出現(xiàn)間歇性失地，通過配置的選線裝置，選出Ⅰ段直流饋線屏上直流空開26所接支路存在失地。斷開該空開，直流正失地信號消失，正對地電阻和負(fù)對地電阻均為99 kΩ。直流空開26所接支路為#2主變有載調(diào)壓機(jī)構(gòu)控制器電源，結(jié)合告警信息，初步判斷直流正失地點(diǎn)在#2主變有載調(diào)壓機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部。經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，故障點(diǎn)為#2主變油溫表1接線盒內(nèi)部接線端子，如圖4(a)所示，Ⅱ段直流母線間歇性負(fù)端失地點(diǎn)為有載調(diào)壓機(jī)構(gòu)箱內(nèi)接線電纜線破皮處，如圖4(b)所示。

(a)油溫表計失地點(diǎn) (b)有載調(diào)壓機(jī)構(gòu)向內(nèi)電纜破皮處圖4 直流系統(tǒng)失地點(diǎn)

4 事故原因分析

結(jié)合上節(jié)的現(xiàn)場檢查情況可知，當(dāng)17時22分55秒時#2主變油溫表接線盒接線端子受潮導(dǎo)致直流系統(tǒng)出現(xiàn)正失地，此時第一組非全相保護(hù)繼電器SZJ11的A2節(jié)點(diǎn)對地電壓-220 V，Ⅱ段直流母線系統(tǒng)存在間隙性負(fù)失地，導(dǎo)致202負(fù)端(Ⅱ段直流母線負(fù)端)通過Z21、SZJ11、102負(fù)端(Ⅰ段直流母線負(fù)端)形成差壓回路，滿足動作條件，第一組非全相繼電器SZJ11動作，造成了開關(guān)三相跳閘。

5 整改措施

5.1 接線更正及繼電器校驗(yàn)

首先更正非全相機(jī)構(gòu)箱內(nèi)錯誤接線，如圖5所示，對箱內(nèi)接線再次進(jìn)行仔細(xì)核對。再將非全相繼電器進(jìn)行更換，更換為功率大于5 W的繼電器，并重新試驗(yàn)。由于二次反措中，僅對出口繼電器的功率和電壓有明確要求，對啟動出口的時間繼電器并無具體要求。由圖1可知，時間繼電器啟動電壓和功率過低在特殊情況下也會導(dǎo)致非全相繼電器誤動作。因此，對回路中時間繼電器也需進(jìn)行校驗(yàn),對于不滿足規(guī)定(電壓大于55%～70%Un以及功率大于5 W)的繼電器也應(yīng)及時更換。

圖5 改善后的繼電器接線

5.2 引入閉鎖元件

跳閘回路中引入閉鎖元件，增加可靠性。本站內(nèi)220 kV開關(guān)非全相保護(hù)未配置閉鎖元件，觸發(fā)條件僅為非全相繼電器得電，可靠性較差。應(yīng)在回路中增加閉鎖元件(例如負(fù)序電流、零序電流元件)輔助判斷開關(guān)的非全相狀態(tài)：只有在解除閉鎖的前提下，非全相繼電器動作才能引起開關(guān)跳閘。

5.3 隱患排查

加強(qiáng)端子箱、機(jī)構(gòu)箱防水、防潮情況排查，重點(diǎn)對于柜內(nèi)密封圈、排風(fēng)口、加熱片等重點(diǎn)部位進(jìn)行檢查，特別是雨季來臨前，進(jìn)行全面細(xì)致巡查。對于二次電纜線包有金屬外套的，底部要重點(diǎn)檢查是否有積水痕跡。遇到問題及時處理，杜絕出現(xiàn)因維護(hù)不到位導(dǎo)致直流失的現(xiàn)象。

6 結(jié)語

非全相保護(hù)雖然不是線路主保護(hù)，但在確保開關(guān)全相運(yùn)行，保障供電可靠性方面意義重大。其一旦誤動造成220 kV及以上線路跳閘，往往可能導(dǎo)致重大負(fù)荷損失，嚴(yán)重時可能會危及整個電網(wǎng)的穩(wěn)定。直流失地是變電站內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的隱患缺陷，尤其是老舊變電站內(nèi)出現(xiàn)頻率尤其高。直流失地與非全相保護(hù)動作看似兩個不相關(guān)的事件，在本次事故中卻存在直接聯(lián)系。對于現(xiàn)場運(yùn)行、檢修人員來說，應(yīng)做好維護(hù)和驗(yàn)收工作，在平常的工作中應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)卡進(jìn)行巡視和驗(yàn)收工作，吸取教訓(xùn)，提高自身水平，杜絕該類事件的再次發(fā)生。