一起线路故障导致母差保护误动事故分析_林力.pdf

第二十八卷 第一期，安徽电气工程职业技术学院学报 年 月 一起线路故障导致母差保护误动事故分析林 力，程玉凯收稿日期：作者简介：林 力（），男，福建莆田人，工程师，主要从事发电厂二次设备运检工作。程玉凯（），男，山东潍坊人，通信作者，硕士，工程师，主要从事变电运维相关工作。（国投云顶湄洲湾电力有限公司，福建 莆田；国网福建电力有限公司漳州供电公司，福建 漳州）摘 要：针对一起线路故障造成母差保护误动作的事故，通过现场情况检查，确定了 绕组短接片未拆除导致的 变比变化是造成母差保护误动作的主因。利用一次通流试验获得 实际变比后，通过带入实际运行数据，给出了 变比变化对各保护动作的影响，最后针对本次事故提出了相应的改进措施。关键词：误动作；短接片；变比；母差保护中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）：，：；引言电流互感器（即 ，以下简称）可将一次回路大电流转化为小电流以供保护装置、测控装置等设备使用。目前继电保护原理大多数是基于电流变量的，由此使得 在继电保护应用过程中是不可或缺的。一般来说 位置是保护范围的分界点，。以双母线接线所接某馈线为例，靠母线侧为母差保护范围，靠出线侧为线路保护范围。正常来说线路侧出线故障时，线路保护起动仅跳开线路开关，这样就最小范围地隔离了故障点。而若一些原因导致母差保护误动作，尽管也隔离了故障点，但造成了停电范围增大，扩大了事故范围。文章介绍了一起因 变比变化导致线路故障误起动母差保护的事故，通过现场检查情况，确定了造成母差保护误动作的原因，分析了 变化前后保护装置的动作情况，最后针对该起事故提出了相应的防范措施。安徽电气工程职业技术学院学报 第二十八卷 第一期 事故前一二次设备情况某 变电站位于省域边界县城，于 年 月投运，是该区域范围内第一座 变电站，其投运大大缓解了该区域供电压力，极大提高了供电可靠性。另外该站计划近年与外省电网联网，是未来重要的联络枢纽变电站。该站有三个电压等级：、及 。站内现有容量为 变压器 台，出线 回，出线 回。系统接线方式如图 所示。图 系统接线图 系统为双母线接线，、间隔接 段母线，、间隔接 段母线。线路是某 变电站唯一的电源进线，线路全长 公里，配置 型成套保护装置一套，该型保护装置可实现相间距离保护、接地距离保护、零序过流保护等功能。母线配置两套 母线保护装置，该型保护装置提供母线差动保护、母联死区保护、母联失灵保护等多种功能。事故经过 保护动作情况某日运行人员接调度通知：时 分 秒某 变电站 线路接地距离段保护动作，零序过流段保护动作，两套母差保护装置动作，段母线所接的、开关全部跳闸，段母线失压。运行人员查看远程调度系统报文显示继电保护装置动作时序如图 所示。图 保护动作时序图图 中，表示线路保护起动，表示线路保护分相差动动作，表示接地距离段动作，表示零序过流段动作，表示第套母差保护动动作，表示第套母差保护动作，表示开关分闸。现场检查情况 站内一次设备检查情况运行人员立即赶往现场查看站内设备。经查，现场天气为大雨，站内无其他工作。待雨势减弱，运行林 力，程玉凯：一起线路故障导致母差保护误动事故分析人员对 段母线所接各开关间隔、出线设备（避雷器、设备、出线导线、绝缘子等）进行仔细检查未发现异常，巡查各气室压力正常，可初步排除站内可见范围内一次设备出现异常的可能性。继电保护动作检查情况 线路的 线路保护装置保护动作，纵联差动保护动作、分相差动保护动作，接地距离段保护动作，零序过流段保护动作，故障测距，故障相位 相，故障电流为 ，零序电流 。段母线母差保护动作，故障相 相，大差差流为 ，段母线 相小差差流为 。试验人员测试情况试验人员对 段母线所有间隔的 气室进行气体分析测试，通过多次对各气室气体成分检测，未发现异常，可排除站内 设备内部绝缘问题导致的跳闸可能性。线路巡检人员检查情况线路巡检人员沿着 线路进行巡线检查，发现 线路某杆塔 相引流瓷瓶处有明显的放电痕迹，该杆塔与变电站距离大约 ，故障点及放电痕迹如图所示。（）放电杆塔塔头（）放电痕迹图 故障点及放电痕迹现场照片线路巡线人员对杆塔及周边检查未发现鸟巢、树障隐患，且周边无施工场地，结合故障时天气、雷电监测系统及分布式故障诊断装置等信息可判断该杆塔引流瓷瓶受到雷击放电引起线路保护动作。继保人员检查情况继保人员对 所有间隔二次回路进行详细检查，发现 线路汇控柜内绕组接线端子排存在多余短接片，该短接片导致 开关 的 （套母线保护用绕组）和 绕组（套母差保护用绕组）的 和 短接，以 绕组为例，如图 所示。（）绕组接线图 （）绕组原理图图 绕组接线及原理图安徽电气工程职业技术学院学报 第二十八卷 第一期由图（）可知，短接片的存在导致 绕组二次接线发生变化，判断对 变比有一定的影响。保护装置动作情况分析 实际变比通流校验 开关 相绕组如图 所示。图 开关 相绕组实际接线图如图 所示，开关 有 个分绕组，其中 绕组和 绕组接至线路保护装置和故障录波装置，绕组和 绕组接至两套母线保护装置，绕组和 绕组为备用绕组。绕组和 绕组中短接片的存在会导致 变比的变化。为确认 各绕组的实际变比，现通过一次通流试验进行实地测量。具体方法为：在 各组一次侧绕组分别注入 、电流，在短接片投入和取下两种情况下分别测量二次电流从而得到各自变比大小，测量结果如表、表 和表 所示。表 通流试验二次绕组测量数据表绕组编号绕组用途相别有短接片无短接片二次电流 变比二次电流 变比 线路保护 故障录波 母线保护 母线保护 林 力，程玉凯：一起线路故障导致母差保护误动事故分析表 通流试验二次绕组测量数据表绕组编号绕组用途相别有短接片无短接片二次电流 变比二次电流 变比 线路保护 故障录波 母线保护 母线保护 表 通流试验二次绕组测量数据表绕组编号绕组用途相别有短接片无短接片二次电流 变比二次电流 变比 线路保护 故障录波 母线保护 母线保护 由表、表 和表 可知，短接片接入后，线路保护和故障录波装置用 绕组变比由原来的 左右升高为 左右，母线保护装置用 绕组变比由原来的 左右升高为 左右。线路保护动作情况当短接片接入时，线路保护 绕组升高为，当本文提及的故障点发生 相放电故障时，接地距离段动作，零序过流段动作，故障电流 （二次值），零序电流为 （二次值），故障测距为 ，而现场故障杆塔距离变电站为 ，可知保护装置故障测距并不准确。若将短接片移除，则线路保护 绕组变比恢复至，故障电流 即为：（）同理，零序电流 为：（）故障测距实际应为：（）安徽电气工程职业技术学院学报 第二十八卷 第一期由此可知，当 绕组恢复为 时，在原故障点发生故障后线路保护装置会显示接地距离段动作，零序过流段动作，故障电流 （二次值），零序电流为 （二次值），故障测距为 ，测距距离更接近故障点距离变电站的实际距离 。母差保护动作情况母差保护有两个电流参数即大差电流和小差电流：大差电流是所有母线上所有连接元件（母联和分段开关除外）同一时刻电流采样值的矢量和，用以区分母差范围内外故障；小差电流即各分段母线上所有连接元件（包括母联和分段开关）同一时刻电流采样值的矢量和，用以选出故障母线。查阅 母线保护定值单，部分定值如表 所示。表 母差保护相关定值表定值名称整定值 线路 变比 线路 变比 线路 变比 线路 变比 线路 变比 线路 变比 线路 变比 开关 变比 母差保护基准变比 母差保护起动定值 不论大差电流还是小差电流，其动作判据一般均为比率差动判据，如式（）所示。|（）式（）中，为第 个连接支路的电流，为差流起动定值，为常规比例制动系数（本站母差保护装置小差比率制动系数为 ，大差比率制动系数为 ）。短接片未取下母差保护动作情况 开关 绕组短接片未取下时，经通流实验测得母差保护用 绕组变比为。现将故障录波装置中该录波事件期间 所有母线上所接元件电流采样数据导出（为节约篇幅，本文仅分析各支路 相电流数据），分别记为：、，即 开关、开关、开关、开关、开关、开关、开关、开关二次电流采样值。大差 相电流幅值 可表示为：()()（）段母线小差电流幅值 可表示为：林 力，程玉凯：一起线路故障导致母差保护误动事故分析 ()（）若用、，分别表示 开关、开关、开关、开关、开关、开关、开关、开关采样二次电流值的基波有效值，那么大差 相制动电流幅值 （此处 ）可表示为：()()()()（）段母线小差 相制动电流幅值 （此处 ）可表示为：()()()（）按照式（）和式（）将采样数据处理后，可得到 相大差比率制动特性，如图 所示。图 短接片未取下时 母线大差比率制动特性图按照式（）和式（）将采样数据处理后，可得到 相小差比率制动特性，如图 所示。图 短接片未取下时 段母线小差比率制动特性图由图 和图 可知，相大差和母小差均超过差动保护定值 ，且 相大差和母小差均大于各比率制动电流幅值，满足 段母线母差保护动作条件，保护装置动作，跳开段母线所接所有开关。短接片取下后母差保护动作情况 间隔 绕组中短接片取下后，母差保护用 绕组变比由 恢复至，此时大差 相电流幅值 可表示为：()()（）安徽电气工程职业技术学院学报 第二十八卷 第一期 段母线小差电流幅值 可表示为：()（）大差 相制动电流幅值 （此处 ）可表示为：()()（）小差 相制动电流幅值 （此处 ）可表示为：()（）按照式（）和式（）将采样数据处理后，可得到 相大差比率制动特性如图 所示。图 短接片取下后 母线大差比率制动特性图按照式（）和式（）将采样数据处理后，可得到 相小差比率制动特性如图 所示。图 短接片取下后 段母线小差比率制动特性图由图 和图 可知，若 变比正确（即为），那么母差保护装置大差和小差均不会动作，也即母差保护并不会误动作。事故原因分析及改进措施 事故原因 线路自投运以来，负荷电流一直不大，因母线保护 变比不一致导致的计算差流较小，未达到差流越限告警值，因此运行监控人员在现场巡视和远程监盘过程中一直未发现异常。直到本次 线路故障发生时，相电流随着 相短路电流的激增而增大，母差保护计算差流达到保护动作值，造成了母差保护误动作。改进措施从源头上讲，短接片误接入暴露出现场施工管理不到位，施工人员未按图施工。在施工结束后未取下 厂家预装的短接片，在施工质量管控环节存在重大隐患。现场调试方案不合理（一、二次设备物理林 力，程玉凯：一起线路故障导致母差保护误动事故分析隔离，分别通流试验），导致调试时未能发现 绕组变比错误的问题。现场人员验收不到位，未认真按照图纸对设备接线进行详细检查，未对调试人员提交的试验报告进行详细核查，验收工作流于形式。针对上述暴露出来的问题，现场人员应严格管理验收试验过程和报告，结合相关排查对在建工程开展二次设备短接片隐患专项排查治理，严防遗留问题隐患。针对二次专业性强、隐蔽性高、业务高度依赖厂家等特点，进一步加强作业人员的技术交底、技能培训，规范执行试验验收的规程规定和技术标准，切实发挥验收调试、检修预试、专业巡检等手段的把关作用，及时并有效地发现、消除二次设备隐患。结论设备故障时，继电保护装置及时、准确地隔离故障是基本特性。扩大故障点隔离的范围，造成停电范围扩大，使得事故会发展得更加严重。文章介绍了一起因短接片误接入引起 变比变化最终导致母差保护误动作，造成停电范围扩大的严重事故。该事故的发生暴露出了现场施工人员、二次调试人员、运行人员等在现场施工、试验调试以及设备验收等环节存在的重大问题。在今后的工作中，现场人员应吸取经验，严格把控现场施工，加强验收管理，以本事故为鉴，严防此类事故的再次发生。参考文献：刘杰，黄陆明，朱圣群，等 一起 接线错误引发的大变比 的误差分析 电工电气，（）：赵江，何洋 变比选择不当引起保护装置频繁启动的分析与处理 科技视界，（）：蒋连钿，刘斌，黄超，等 保护越级跳闸事件中变电站直流失压原因分析 广西电力，（）：朱忠义 变电站双母线母差保护模块化改造方案的设计 电子测试，（）：，王风光，李力，吕航，等 基于电流分布系数的母差保护非故障相饱和判别 电力工程技术，（）：王健伟，杨剑，周小舟 变电站双母差改造工程分析与应用 电气传动自动化，（）：，责任编辑：刘显祖