一次母線差動保護動作事故分析

摘 要：2001年茂名500 kV變電站因雷擊引起一次母線故障。此次雷擊事故非常罕見，造成線路和母線同時發(fā)生故障。通過分析各種裝置記錄的故障數(shù)據(jù)和信號，對故障進行分析和推理，從而正確判斷故障的性質(zhì)，并且強調(diào)在數(shù)字式故障記錄裝置的條件下，如何更好地、更全面地采集故障數(shù)據(jù)，滿足事故調(diào)查的技術(shù)要求。
關(guān)鍵詞：線路；母線；差動保護；故障；變電站
1事故情況
2001年8月12日4時26分，500 kV江茂線發(fā)生故障跳閘。具體信號如下：江茂線兩側(cè)主保護I、主保護II兩套裝置設(shè)備動作；茂名側(cè)距離保護I段動作，選L1, L2相保護裝置三相跳閘;線路故障的同時，茂名雙套500 kV母線差動保護(簡稱母差保護)動作出口跳閘。
2現(xiàn)場檢查
故障到底在線路還是在母線？是否存在保護誤動？這都是本次故障需要澄清的關(guān)鍵問題。通過雷電定位系統(tǒng)，確認了在2001年8月12日4時21分至4時31分期間，江茂線兩側(cè)3 km范圍內(nèi)有2個落雷：第一個落雷時間是在2001年8月12日4時24分7秒，發(fā)生在533～540號塔，雷擊電流為－26.7kA，距離線路1.2 km；第二個落雷時間在4時28分5秒，發(fā)生在510～513號塔，雷擊電流為－48 kA，距離線路0.58 km。登塔檢查發(fā)現(xiàn)542號塔(酒杯塔)L1相絕緣子均壓環(huán)有放電痕跡，L2相絕緣子與橫擔(dān)連接金具處有灼燒痕跡，可以明確肯定線路確實存在故障，且線路保護裝置動作正確。考慮到母線與線路同時故障的可能性極小，基本肯定500 kV母差保護屬誤動，為此，著重檢查母差保護的誤動原因。
3線路母差保護配置及其運行情況檢查
由于茂名500 kV變電站只有一個完整串，為增加其運行的靈活性，將變電站500 kV部分接線由一個完整串與I母線和II母線之間的一條跨線組成，見圖1。
在實際運行中，由于兩條母線之間的跨線相當(dāng)于單母線，其母差保護配置為上海繼電器廠的RADSS/S型中阻母差保護裝置。5021，5022，5023斷路器各自裝有許繼四方公司的CSI121斷控單元。這次事故發(fā)生后，獲取與故障有關(guān)的信息包括：兩套母差保護裝置的動作信號；5021，5022，5023斷路器斷控單元的采樣報告；江茂線線路保護的動作報告及采樣值報告；江茂線及2號主變壓器的故障錄波顯示結(jié)果。針對這些檢查結(jié)果，對兩套母差保護裝置進行了認真的試驗和全面的檢查，均未發(fā)現(xiàn)任何異常情況。鑒于故障期間兩套母差的差動元件同時動作的情況，把懷疑的焦點集中在兩套母差保護裝置的公共部分上，也就是在5021，5023斷路器的TA及其回路上。是否由于TA回路的問題, 比如，是否存在二次回路分流？是否TA多點接地等問題造成母差保護受到不平衡電流沖擊，令保護誤動呢？根據(jù)當(dāng)時負荷電流較小的情況，我們切開5022斷路器，檢驗了5021，5023斷路器的TA電流在正常運行時的平衡性，結(jié)果是平衡性良好。

4對母差保護動作行為的定量分析
母差保護動作是否由于故障時的電流較大造成不平衡引起的呢？實際情況是本次故障的電流并不算大，最大電流不超過3 000 A，TA應(yīng)該不會出現(xiàn)飽和。同時由于在5021，5023斷路器上除用作計量的一組TA，共有5組TA，分別用于各種保護以及故障錄波，其中可以獲得故障當(dāng)時數(shù)字采樣值的包括故障錄波裝置、線路保護裝置、斷控單元等。由于他們分別取自不同組的TA，回路上幾乎沒有什么關(guān)聯(lián)，因此，對各組TA的故障采樣值進行了詳細的分析，希望能從中發(fā)現(xiàn)究竟是那一組TA回路發(fā)生了問題，出現(xiàn)二次分流，還是母線上確實存在故障點。
4.1錄波裝置顯示的故障情況
由于錄波裝置并未接入5021，5022，5023各斷路器的電流，而只是接入了江茂線(5022與5023斷路器的和電流)以及2號主變壓器的(5021與5022斷路器的和電流)電流。從茂名站500 kV系統(tǒng)的一次接線可知，如將500 kV系統(tǒng)看作一個結(jié)點，則江茂線的短路電流應(yīng)與2號主變壓器提供的短路電流大小相同，方向相反。錄波裝置顯示江茂線L1相電流與2號主變壓器提供的短路電流大小相同，方向相反。而江茂線L2相電流雖然相位相反, 幅值卻明顯小于2號主變壓器提供的短路電流。從錄波裝置顯示的結(jié)果還可看出：由2號主變壓器提供的L1, L2相故障電流幅值基本相同。
4.2線路保護裝置顯示的故障情況
江茂線線路保護裝置打印出來的報告與錄波裝置顯示的情況基本相符。L1相電流與L2相電流相位相差120°，幅值相差1/2, 且主保護I、主II保護裝置的采樣打印報告比較一致。由于兩套保護的電流、電壓取自不同的TA二次繞組, 所以L1, L2相的電流、電壓應(yīng)該是可信的。因此，可以看出L1相電流完全正常。對于500 kV茂名站這個系統(tǒng)結(jié)點來說，流進和流出的電流相等；而L2相有些奇怪, 流進和流出的電流有明顯的差值, 母差保護的差動元件應(yīng)該是由這種不平衡引起的。
4.3斷控單元CSI121顯示的故障情況
為了更好地分析母差保護裝置的動作行為(由于這種母差保護裝置不是微機型的，所以不能提供故障時的具體數(shù)據(jù))，我們提取了當(dāng)時5021, 5022, 5023的斷控單元CSI121的采樣值打印報告。由于L1相電流沒有任何疑問，我們就以L1相電流作為參照分析L2相電流。故障發(fā)生后，L1相電流從5021斷路器流向I母，經(jīng)過I母線、母線跨條、5023斷路器流向江茂線; 另一部分電流經(jīng)5022斷路器流向江茂線。而L2相電流除了經(jīng)5021斷路器流向I母線，經(jīng)5022斷路器流向江茂線外，另有一部分電流卻從5023斷路器流向II母線, 這部分電流與L1相方向相反。根據(jù)采樣值大致可以得出L2相的5021斷路器、江茂線與5023斷路器的電流之和等于2號主變壓器提供的故障電流, L1相5021與5023斷路器之間是穿越性的電流。這樣可以判斷：在I母線與母線跨條及II母線之間應(yīng)該有電流汲出, 也就是說線路發(fā)生故障時母線上也有故障點。錄波裝置顯示結(jié)果和保護裝置采樣報告得出的結(jié)論都支持這一觀點外，還有以下幾點可以補充說明：
a) 江茂線和2號主變壓器的U相電壓均有一定的殘值，而V相電壓幾乎完全等于零。
b) 從最近的一次區(qū)外故障看，7月26日220 kV泥榭線L1, L2相故障有較大的故障電流流過江茂線和2號主變壓器。錄波裝置顯示結(jié)果反映L1, L2相電流都相當(dāng)平衡，從一個側(cè)面證明TA及二次回路應(yīng)該沒有異常。
c) 江茂線自1999年6月投產(chǎn)至今，發(fā)生了3次L3相接地、2次L1相接地以及2次L2相接地的區(qū)內(nèi)故障。500 kV母差保護均未發(fā)生誤動, 也證實了母差保護及其回路的正確性, 而且這次雙套母差保護同時動作，是由于其二次回路的獨立性引起的。兩套保護同時出現(xiàn)二次分流的可能性極小, 而且中阻母差保護裝置這種成熟產(chǎn)品也基本不存在原理上誤動的可能性。
從以上分析可知，應(yīng)該存在線路發(fā)生故障的同時，母線也存有一個可以分流的故障點，于是申請停運500 kV母線。線路人員登桿檢查后發(fā)現(xiàn)I段母線L2相母線瓷瓶的確存在放電痕跡，證實了母線確實發(fā)生過接地短路故障。
5結(jié)束語
這次事故對我們今后的工作有以下一些啟示：
a) 數(shù)字式錄波裝置、微機保護裝置的應(yīng)用給事故調(diào)查帶來便利。依據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析可計算出電流、電壓故障當(dāng)時的向量關(guān)系以及幅值大小，從而可以用定性和定量的方式分析事故原因。
b) 平時工作中，應(yīng)注意收集故障信息和保護裝置的信息，并充分認識其重要性。這次事故發(fā)生后，希望獲得以前區(qū)內(nèi)故障時的斷控單元采樣值打印報告，但因為平時沒有收集而無法獲得。過去對于保護正確動作的故障，只要求錄波圖和微機保護打印的表頭，很多有價值的第一手資料沒有要求存儲。現(xiàn)在的計算機容量極大，對數(shù)據(jù)庫的檢索和管理都非常方便，應(yīng)該考慮可以多收集一些平時運行的數(shù)據(jù)和信息自動添加如各種數(shù)據(jù)庫，這樣可以為分析事故以及各種研究提供第一手資料。
c) 在這次事故調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)雖然保護裝置能在故障發(fā)生時啟動，但由于缺少統(tǒng)一的時標，造成很多即時數(shù)據(jù)缺乏可比性，數(shù)據(jù)的效能沒有很好地發(fā)揮出來。GPS對時系統(tǒng)的使用對解決這個問題有很大的幫助。不過現(xiàn)在各種對時系統(tǒng)的精度不統(tǒng)一，保護對時間隔太長，不能保證毫秒級的精確度。在各級信息管理系統(tǒng)建立的同時，如何將各種有用的保護及故障信息收集并溶入信息管理系統(tǒng)，同時建立和提高各種技術(shù)標準以適應(yīng)新設(shè)備的應(yīng)用，都將是未來繼電保護發(fā)展急需解決的問題。今后在各種事故分析以及日常運行管理中，數(shù)字化的應(yīng)用越來越多，將給繼電保護人員提出越來越高的要求。