兩起雷擊跳閘事故后備自投動(dòng)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(yùn)行方式介紹

1.1 220kV/35kV主系統(tǒng)為IA運(yùn)行方式

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

注：6.22晃電時(shí)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(biāo)準(zhǔn)化備自投。35KV備自投為南瑞9651c。

1.2 事故前系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)(兩次事故前基本相同)

（1）220kV昭1線電流70A，220kV風(fēng)煉煉線電流160A；（2）燃機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)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(bào)警信號(hào)

SCADA系統(tǒng)語(yǔ)音報(bào)警，發(fā)“風(fēng)2線主A差動(dòng)保護(hù)”“風(fēng)2線主保護(hù)B縱聯(lián)距離動(dòng)作”“風(fēng)2線主保護(hù)B縱聯(lián)零序方向動(dòng)作”“風(fēng)2線失靈起動(dòng)”“220kV母聯(lián)9651整組起動(dòng)”“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(kāi)關(guān)2012斷路器位置指示（合位）”等報(bào)警信號(hào)。

2.2 故障及保護(hù)動(dòng)作過(guò)程分析

綜合SOE報(bào)告、保護(hù)動(dòng)作報(bào)告及故障錄波文件，分析故障及保護(hù)動(dòng)作過(guò)程如下：

（1）8:00:00:781，220kV風(fēng)2線B、C兩相因雷擊、避雷器動(dòng)作，形成兩相對(duì)地短路故障，故障形成的突變量、零序及正序過(guò)流瞬時(shí)起動(dòng)線路主一（RCS-931）、主二（RCS-902B）保護(hù)裝置，開(kāi)放保護(hù)出口正電源。

（2）事故造成的線路短路電流達(dá)到24kA，母線電壓嚴(yán)重下降，8:00:00:791線路主一保護(hù)動(dòng)作，8:00:00:805線路主二保護(hù)動(dòng)作，8:00:00:830風(fēng)2線2893開(kāi)關(guān)跳閘。

（3）風(fēng)2線開(kāi)關(guān)跳閘后，8:00:00:842 備自投裝置整組起動(dòng)；8:00:01:566備自投裝置發(fā)合閘脈沖命令，89ms后母聯(lián)2012開(kāi)關(guān)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(dòng)作分析

220kV南瑞RCS-9651C備自投裝置，其共有3種起動(dòng)方式：開(kāi)關(guān)跳位起動(dòng)、低電壓起動(dòng)和低頻起動(dòng)，分別對(duì)應(yīng)220kV線路開(kāi)關(guān)跳閘、220kV母線失壓（對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘）以及220kV母線電壓低頻（系統(tǒng)發(fā)生低頻故障或者對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳而內(nèi)部發(fā)電機(jī)無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)生低頻）,相應(yīng)的動(dòng)作邏輯分別為：

（1）開(kāi)關(guān)跳位起動(dòng)。220kV線路開(kāi)關(guān)跳閘后，判斷其他條件滿足（跳位起動(dòng)控制字投入，開(kāi)關(guān)在跳位且線路無(wú)流，另一段母線有壓），備自投延時(shí)40ms起動(dòng)。

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

（3）低頻起動(dòng)。系統(tǒng)發(fā)生低頻時(shí)（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(dòng)控制字投入，線路無(wú)流，另一段母線有壓），經(jīng)Tlf（0.5s）延時(shí)起動(dòng)。

無(wú)論哪種方式起動(dòng)，跳閘接點(diǎn)動(dòng)作跳開(kāi)線路開(kāi)關(guān)、母線需要聯(lián)切的開(kāi)關(guān)，確認(rèn)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，且母線無(wú)壓（小于無(wú)壓合閘定值），經(jīng)Th34延時(shí)（整定值為0s）發(fā)出合上備用電源開(kāi)關(guān)命令。

關(guān)于各延時(shí)的說(shuō)明：

（1）開(kāi)關(guān)跳位起動(dòng)延時(shí)40ms：為了防止開(kāi)關(guān)跳位開(kāi)關(guān)量信號(hào)由于接點(diǎn)抖動(dòng)、信號(hào)干擾中斷等原因造成的裝置誤動(dòng)，設(shè)短延時(shí)，濾掉誤發(fā)信號(hào)。

（2）低電壓/低頻起動(dòng)0.5秒延時(shí)：在系統(tǒng)故障、電壓短時(shí)下降時(shí)，因保護(hù)切除故障需要一定時(shí)間，在切除故障前，備自投不應(yīng)該動(dòng)作，0.5s延時(shí)的目的是為了躲過(guò)保護(hù)動(dòng)作切除故障時(shí)間。

（3）合閘需檢無(wú)壓定值30%。在備自投合閘時(shí)，故障系統(tǒng)存在母線殘壓（大量電動(dòng)機(jī)反饋電勢(shì)形成），與備用電源是兩個(gè)電源系統(tǒng)，并列時(shí)存在同期的問(wèn)題。如果在電壓未足夠降低就自投合閘，會(huì)形成非同期并列，沖擊電流很大，與短路類(lèi)似，會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重沖擊。

以本次事故為例備自投完整動(dòng)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(wú)壓起動(dòng)定值），低電壓無(wú)法起動(dòng)。

（2）在 故 障49ms后8:00:00:830時(shí)，220kV風(fēng)2線2893開(kāi)關(guān)跳閘，跳位起動(dòng)條件滿足（條件為：1DL=T）。

（3）8:00:00:842 備自投裝置整組起動(dòng)，起動(dòng)后延時(shí)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(dá)到無(wú)壓合閘定值（30%），備自投裝置無(wú)延時(shí)（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(kāi)關(guān)合閘。共歷時(shí)884ms。

2.4 總結(jié)

（1）故障發(fā)生至備自投動(dòng)作成功總時(shí)長(zhǎng)為874ms。

（2）備自投啟動(dòng)到動(dòng)作成功時(shí)長(zhǎng)為813ms。對(duì)此時(shí)間影響較大的是判據(jù)中跳位啟動(dòng)后，對(duì)II母無(wú)壓的判斷上。從備自投裝置在整組起動(dòng)后40ms至II母母線電壓達(dá)到30%額定電壓以下，電壓衰減時(shí)間為682ms。

（3）母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘后，最大沖擊電流超過(guò)1kA，經(jīng)過(guò)3s多恢復(fù)正常電流值。

（4）母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘后由于部分電機(jī)負(fù)荷自啟動(dòng)導(dǎo)致2#主變低壓側(cè)沖擊電流最高達(dá)4000多安培，衰減到額定電流1872A用時(shí)1.4s。

（5）由于跳位啟動(dòng)備自投時(shí)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(bào)警信號(hào)

SCADA系統(tǒng)語(yǔ)音報(bào)警，發(fā)“風(fēng)2線主A差動(dòng)保護(hù)”“風(fēng)2線主保護(hù)B縱聯(lián)距離動(dòng)作”“風(fēng)2線主保護(hù)B縱聯(lián)零序方向動(dòng)作”“220kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)2012斷路器位置指示（合位）”“1#區(qū)域變6kV 1#進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘，分段開(kāi)關(guān)自投合閘”等報(bào)警信號(hào)。

3.2 綜合SOE報(bào)告、保護(hù)動(dòng)作報(bào)告及故障錄波文件，故障及保護(hù)動(dòng)作過(guò)程分析

（1）6:08:13:435，220kV風(fēng)2線B相因雷擊、避雷器動(dòng)作，形成單相對(duì)地短路故障，故障形成的突變量、零序及正序過(guò)流瞬時(shí)起動(dòng)線路主一（RCS-931電流差動(dòng)保護(hù)）、主二（RCS-902B縱聯(lián)保護(hù)）保護(hù)裝置，開(kāi)放保護(hù)出口。

（2）事故造成的線路短路電流達(dá)到19kA，B相母線電壓嚴(yán)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(hù)動(dòng)作，6:08:13:455線路主二保護(hù)動(dòng)作，6:08:13:484風(fēng)2線2893開(kāi)關(guān)跳閘。

（3）風(fēng)2線開(kāi)關(guān)跳閘后，6:08:14:158備自投裝置整組起動(dòng)；6:08:14:660備自投裝置發(fā)合閘脈沖命令，115ms后母聯(lián)2012開(kāi)關(guān)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(shí)1342ms。

3.3 備自投動(dòng)作分析

2014年10月，該廠220kV備自投裝置改為“廣東電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化備自投”。其只有一種起動(dòng)方式：低電壓起動(dòng)，對(duì)應(yīng)220kV母線失壓，其動(dòng)作邏輯分別為：

低電壓起動(dòng)。一段母線失壓時(shí)（三線電壓均小于無(wú)壓起動(dòng)定值），判斷其他條件滿足（線路無(wú)流，另一段母線有壓），經(jīng)Tq（0.2s）延時(shí)起動(dòng)；此方式起動(dòng)后，跳閘接點(diǎn)動(dòng)作跳開(kāi)線路開(kāi)關(guān)，經(jīng)TT（1s）延時(shí)確認(rèn)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，且小電源已切開(kāi)后，經(jīng)Tt(0.3s)延時(shí)發(fā)出合上備用電源開(kāi)關(guān)命令。

備自投延時(shí)說(shuō)明：

（1）Tq:0.2s，裝置啟動(dòng)延時(shí)；

（2）TT:1s，220kV開(kāi)關(guān)跳閘等待延時(shí)（動(dòng)態(tài)時(shí)間）；

（3）Tt:0.3s，小電源、負(fù)荷線路跳閘等待延時(shí)；

（4）Th:1s，判備投成功等待延時(shí)(動(dòng)態(tài)時(shí)間)。

以本次事故為例備自投完整動(dòng)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(shí)，220kV風(fēng)2線2893開(kāi)關(guān)跳閘。

（2）6:08:14:158故障723ms后，II母電壓下降到30%Un（17V），達(dá)到備自投低電壓?jiǎn)?dòng)條件。啟動(dòng)后延時(shí)Tq:200ms。

（3）6:08:14:358備自投裝置啟動(dòng)，出口跳失壓母線上無(wú)流的2893開(kāi)關(guān)。

（4）在TT：2ms后6:08:14:360時(shí)，備自投裝置確認(rèn)2893開(kāi)關(guān)分位，同時(shí)發(fā)切開(kāi)小電源線路306開(kāi)關(guān)（35kV）命令，延時(shí)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(fù)。

3.4 結(jié)語(yǔ)

（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(shí)1340ms。

（2）故障發(fā)生到備自投啟動(dòng)（即II母母線電壓達(dá)到30%Un以下）時(shí)長(zhǎng)為723ms。對(duì)此時(shí)間影響較大的是電壓衰減時(shí)間，為674ms。

（3）備自投啟動(dòng)到動(dòng)作成功時(shí)長(zhǎng)為617ms.對(duì)此時(shí)間影響較大的是Tt(小電源、負(fù)荷線路跳閘等待延時(shí))，導(dǎo)致主系統(tǒng)電壓降低時(shí)間延長(zhǎng)，不利于下級(jí)備自投。

（4）母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘后，最大沖擊電流超過(guò)1kA，經(jīng)過(guò)1s多恢復(fù)正常電流值。

（5）母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘后，由于部分電機(jī)負(fù)荷自啟動(dòng)導(dǎo)致2#主變低壓側(cè)沖擊電流最高達(dá)6000多安培，衰減到額定電流1872安培用時(shí)1.9S。

4 兩次事故備自投動(dòng)作的對(duì)比分析（圖1）

圖1

（1）通過(guò)以上比較可以看出，兩起事故保護(hù)結(jié)果基本相同，兩種備自投動(dòng)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(duì)時(shí)間基本相同。

（2）南瑞9651C備自投檢測(cè)到低電壓滿足后即發(fā)令（合母聯(lián)2012開(kāi)關(guān)）。

（3）現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化備自投當(dāng)?shù)碗妷号袚?jù)達(dá)到后，為了防止裝置誤動(dòng)作而延時(shí)啟動(dòng)200ms(Tq)，備自投裝置啟動(dòng)后需切除小電源線路（35KV母聯(lián)305,306開(kāi)關(guān)為小電源線路），事故發(fā)生前運(yùn)行方式為306開(kāi)關(guān)熱備，305開(kāi)關(guān)運(yùn)行（帶35KV IIA,IIB,1#發(fā)電機(jī)），備自投發(fā)跳無(wú)壓小電源306令（有壓305開(kāi)關(guān)不切），延時(shí)300ms(Tt)后，備自投裝置才發(fā)出合母聯(lián)命令。由此可見(jiàn)，備自投發(fā)合母聯(lián)時(shí)，系統(tǒng)電壓已經(jīng)降低到＜30%Un了。

（4）由于現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化備自投多了Tq+Tt=500ms的延時(shí)，在220kV備自投動(dòng)作合閘后，我處下轄1#區(qū)域變（6kV）在電機(jī)自啟動(dòng)間（13年新增部分負(fù)荷），電壓下降到低壓60%，加上由于220kV備自投的時(shí)間，致使其低電壓時(shí)間達(dá)到1.5s，使其備投動(dòng)作。

5 備自投改進(jìn)措施

（1）提高低電壓?jiǎn)?dòng)定值：低電壓?jiǎn)?dòng)定值由30%Un,調(diào)整為45%Un。原無(wú)壓定值為30%Un的原因是：減小母聯(lián)合閘時(shí)沖擊電流；為了提高電磁式低電壓元件的可靠性。45%Un時(shí)沖擊負(fù)荷約為100MVA（10萬(wàn)千伏安，30%Un時(shí)，沖擊基本沒(méi)有），從2012年6月22日的結(jié)果看，系統(tǒng)是可以承受的?，F(xiàn)在繼電保護(hù)采用微機(jī)保護(hù)，對(duì)微機(jī)裝置而言，電壓測(cè)量元件的準(zhǔn)確度很高，45%Un不會(huì)影響可靠性。所以提高低電壓?jiǎn)?dòng)定值可有效減少備自投裝置的等待時(shí)間，加快備自投裝置啟動(dòng)的滿足時(shí)間。

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

（3）加快聯(lián)切小電源。將原定值中“BZT切負(fù)荷優(yōu)先級(jí)定值線路8（306開(kāi)關(guān)）”定值由9調(diào)整為0（0定義為不需切除）。306開(kāi)關(guān)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式一直為熱備用狀態(tài)，調(diào)整后如風(fēng)2線失電，備自投啟動(dòng)后跳開(kāi)無(wú)流無(wú)壓的主供線路并確認(rèn)后，備自投系統(tǒng)不用判斷306是否為小電源即無(wú)須等待Tt延時(shí)，而立即發(fā)合母聯(lián)命令。結(jié)合上述“2”改進(jìn)還可減少100ms。

（4）壓縮220KV備自投的時(shí)間后，6KV電機(jī)轉(zhuǎn)速下降較小，自啟動(dòng)電流較小、時(shí)間較短，基本可解決2#主變沖擊電流過(guò)大問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

該單位自投用新備自投后，經(jīng)歷了9.2停電事故的考驗(yàn)，為電氣運(yùn)行工作積累了重要經(jīng)驗(yàn)，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(dòng)作，需結(jié)合一次系統(tǒng)的實(shí)際情況，認(rèn)真分析，整定出更切合該廠實(shí)際情況的定值，并盡量創(chuàng)造條件帶所有開(kāi)關(guān)做整組傳動(dòng)試驗(yàn)。但隨著該廠主系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)容，還需不斷地改進(jìn)，才能與其他設(shè)備更好地配合，為企業(yè)的安全生產(chǎn)服務(wù)。