一次母线差动保护动作事故分析

北极星电力网技术频道作者:刘之尧，黄明辉 2009/5/19 15:13:39

关键词: 线路母线差动保护

摘要：2001年茂名500 kV变电站因雷击引起一次母线故障。此次雷击事故非常罕见，造成线路和母线同时发生故障。通过分析各种装置记录的故障数据和信号，对故障进行分析和推理，从而正确判断故障的性质，并且强调在数字式故障记录装置的条件下，如何更好地、更全面地采集故障数据，满足事故调查的技术要求。

关键词：线路；母线；差动保护；故障；变电站

1事故情况
    2001年8月12日4时26分，500 kV江茂线发生故障跳闸。具体信号如下：江茂线两侧主保护I、主保护II两套装置设备动作；茂名侧距离保护I段动作，选L1, L2相保护装置三相跳闸;线路故障的同时，茂名双套500 kV母线差动保护(简称母差保护)动作出口跳闸。
2现场检查
    故障到底在线路还是在母线？是否存在保护误动？这都是本次故障需要澄清的关键问题。通过雷电定位系统，确认了在2001年8月12日4时21分至4时31分期间，江茂线两侧3 km范围内有2个落雷：第一个落雷时间是在2001年8月12日4时24分7秒，发生在533～540号塔，雷击电流为－26.7kA，距离线路1.2 km；第二个落雷时间在4时28分5秒，发生在510～513号塔，雷击电流为－48 kA，距离线路0.58 km。登塔检查发现542号塔(酒杯塔)L1相绝缘子均压环有放电痕迹，L2相绝缘子与横担连接金具处有灼烧痕迹，可以明确肯定线路确实存在故障，且线路保护装置动作正确。考虑到母线与线路同时故障的可能性极小，基本肯定500 kV母差保护属误动，为此，着重检查母差保护的误动原因。
3线路母差保护配置及其运行情况检查
    由于茂名500 kV变电站只有一个完整串，为增加其运行的灵活性，将变电站500 kV部分接线由一个完整串与I母线和II母线之间的一条跨线组成，见图1。
    在实际运行中，由于两条母线之间的跨线相当于单母线，其母差保护配置为上海继电器厂的RADSS/S型中阻母差保护装置。5021，5022，5023断路器各自装有许继四方公司的CSI121断控单元。这次事故发生后，获取与故障有关的信息包括：两套母差保护装置的动作信号；5021，5022，5023断路器断控单元的采样报告；江茂线线路保护的动作报告及采样值报告；江茂线及2号主变压器的故障录波显示结果。针对这些检查结果，对两套母差保护装置进行了认真的试验和全面的检查，均未发现任何异常情况。鉴于故障期间两套母差的差动元件同时动作的情况，把怀疑的焦点集中在两套母差保护装置的公共部分上，也就是在5021，5023断路器的TA及其回路上。是否由于TA回路的问题, 比如，是否存在二次回路分流？是否TA多点接地等问题造成母差保护受到不平衡电流冲击，令保护误动呢？根据当时负荷电流较小的情况，我们切开5022断路器，检验了5021，5023断路器的TA电流在正常运行时的平衡性，结果是平衡性良好。

4对母差保护动作行为的定量分析
    母差保护动作是否由于故障时的电流较大造成不平衡引起的呢？实际情况是本次故障的电流并不算大，最大电流不超过3 000 A，TA应该不会出现饱和。同时由于在5021，5023断路器上除用作计量的一组TA，共有5组TA，分别用于各种保护以及故障录波，其中可以获得故障当时数字采样值的包括故障录波装置、线路保护装置、断控单元等。由于他们分别取自不同组的TA，回路上几乎没有什么关联，因此，对各组TA的故障采样值进行了详细的分析，希望能从中发现究竟是那一组TA回路发生了问题，出现二次分流，还是母线上确实存在故障点。
4.1录波装置显示的故障情况
    由于录波装置并未接入5021，5022，5023各断路器的电流，而只是接入了江茂线(5022与5023断路器的和电流)以及2号主变压器的(5021与5022断路器的和电流)电流。从茂名站500 kV系统的一次接线可知，如将500 kV系统看作一个结点，则江茂线的短路电流应与2号主变压器提供的短路电流大小相同，方向相反。录波装置显示江茂线L1相电流与2号主变压器提供的短路电流大小相同，方向相反。而江茂线L2相电流虽然相位相反, 幅值却明显小于2号主变压器提供的短路电流。从录波装置显示的结果还可看出：由2号主变压器提供的L1, L2相故障电流幅值基本相同。
4.2线路保护装置显示的故障情况
    江茂线线路保护装置打印出来的报告与录波装置显示的情况基本相符。L1相电流与L2相电流相位相差120°，幅值相差1/2, 且主保护I、主II保护装置的采样打印报告比较一致。由于两套保护的电流、电压取自不同的TA二次绕组, 所以L1, L2相的电流、电压应该是可信的。因此，可以看出L1相电流完全正常。对于500 kV茂名站这个系统结点来说，流进和流出的电流相等；而L2相有些奇怪, 流进和流出的电流有明显的差值, 母差保护的差动元件应该是由这种不平衡引起的。
4.3断控单元CSI121显示的故障情况
    为了更好地分析母差保护装置的动作行为(由于这种母差保护装置不是微机型的，所以不能提供故障时的具体数据)，我们提取了当时5021, 5022, 5023的断控单元CSI121的采样值打印报告。由于L1相电流没有任何疑问，我们就以L1相电流作为参照分析L2相电流。故障发生后，L1相电流从5021断路器流向I母，经过I母线、母线跨条、5023断路器流向江茂线; 另一部分电流经5022断路器流向江茂线。而L2相电流除了经5021断路器流向I母线，经5022断路器流向江茂线外，另有一部分电流却从5023断路器流向II母线, 这部分电流与L1相方向相反。根据采样值大致可以得出L2相的5021断路器、江茂线与5023断路器的电流之和等于2号主变压器提供的故障电流, L1相5021与5023断路器之间是穿越性的电流。这样可以判断：在I母线与母线跨条及II母线之间应该有电流汲出, 也就是说线路发生故障时母线上也有故障点。录波装置显示结果和保护装置采样报告得出的结论都支持这一观点外，还有以下几点可以补充说明：
    a) 江茂线和2号主变压器的U相电压均有一定的残值，而V相电压几乎完全等于零。
    b) 从最近的一次区外故障看，7月26日220 kV泥榭线L1, L2相故障有较大的故障电流流过江茂线和2号主变压器。录波装置显示结果反映L1, L2相电流都相当平衡，从一个侧面证明TA及二次回路应该没有异常。
    c) 江茂线自1999年6月投产至今，发生了3次L3相接地、2次L1相接地以及2次L2相接地的区内故障。500 kV母差保护均未发生误动, 也证实了母差保护及其回路的正确性, 而且这次双套母差保护同时动作，是由于其二次回路的独立性引起的。两套保护同时出现二次分流的可能性极小, 而且中阻母差保护装置这种成熟产品也基本不存在原理上误动的可能性。
    从以上分析可知，应该存在线路发生故障的同时，母线也存有一个可以分流的故障点，于是申请停运500 kV母线。线路人员登杆检查后发现I段母线L2相母线瓷瓶的确存在放电痕迹，证实了母线确实发生过接地短路故障。
5结束语
    这次事故对我们今后的工作有以下一些启示：
    a) 数字式录波装置、微机保护装置的应用给事故调查带来便利。依据现有的设备，经过数据分析可计算出电流、电压故障当时的向量关系以及幅值大小，从而可以用定性和定量的方式分析事故原因。
    b) 平时工作中，应注意收集故障信息和保护装置的信息，并充分认识其重要性。这次事故发生后，希望获得以前区内故障时的断控单元采样值打印报告，但因为平时没有收集而无法获得。过去对于保护正确动作的故障，只要求录波图和微机保护打印的表头，很多有价值的第一手资料没有要求存储。现在的计算机容量极大，对数据库的检索和管理都非常方便，应该考虑可以多收集一些平时运行的数据和信息自动添加如各种数据库，这样可以为分析事故以及各种研究提供第一手资料。
    c) 在这次事故调查中，发现虽然保护装置能在故障发生时启动，但由于缺少统一的时标，造成很多即时数据缺乏可比性，数据的效能没有很好地发挥出来。GPS对时系统的使用对解决这个问题有很大的帮助。不过现在各种对时系统的精度不统一，保护对时间隔太长，不能保证毫秒级的精确度。在各级信息管理系统建立的同时，如何将各种有用的保护及故障信息收集并溶入信息管理系统，同时建立和提高各种技术标准以适应新设备的应用，都将是未来继电保护发展急需解决的问题。今后在各种事故分析以及日常运行管理中，数字化的应用越来越多，将给继电保护人员提出越来越高的要求。

来源：广东电力

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