高云龍

（國(guó)家電投寧夏能源鋁業(yè)臨河發(fā)電分公司，寧夏銀川750411）

1 事故前運(yùn)行方式

XX公司共有兩臺(tái)200 MW機(jī)組；兩段母線，分別為Ⅰ母、Ⅱ母；X甲、乙兩條出線雙回線路。事故發(fā)生前220 kV系統(tǒng)接線如圖1所示，事故前#1、#2機(jī)組均滿負(fù)荷運(yùn)行，甲、乙線正常運(yùn)行，母聯(lián)開(kāi)關(guān)（38200）在合，#2主變開(kāi)關(guān)（38202）、啟備變開(kāi)關(guān)（38207）合于Ⅱ母，甲線（38211）合閘于Ⅰ母上運(yùn)行，乙線（38212）合閘于Ⅱ母上運(yùn)行。

圖1 220 kV系統(tǒng)圖

2 事故經(jīng)過(guò)

凌晨大霧，天氣濕度很大，整個(gè)變電所籠罩在霧氣之中。08：35，該廠NCS主控系統(tǒng)突然發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并顯示BP-2B型母線保護(hù)動(dòng)作、RCS-915CD型母線保護(hù)動(dòng)作、乙線A/B屏保護(hù)動(dòng)作、母聯(lián)保護(hù)啟動(dòng)、線路故障錄波器啟動(dòng)；220 kV變電所#2主變38202開(kāi)關(guān)、#1啟備變38207開(kāi)關(guān)、乙線38212開(kāi)關(guān)、母聯(lián)38200開(kāi)關(guān)三相跳閘，#2發(fā)電機(jī)被迫停機(jī)。事故發(fā)生后，查看保護(hù)動(dòng)作報(bào)文為Ⅱ母母差保護(hù)A相差動(dòng)動(dòng)作，跳Ⅱ母上所有連接元件38212、38207、38202開(kāi)關(guān)及跳母聯(lián)38200開(kāi)關(guān)。線路故障錄波器記錄故障時(shí)間為2009-03-03T08：35：55。

3 繼電保護(hù)動(dòng)作分析

3.1 相關(guān)保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告

3.1.1 RCS-915CD母線保護(hù)裝置

啟動(dòng)時(shí)間：08：35：55.358；動(dòng)作相別：A；5 ms變化量差動(dòng)作跳Ⅱ母3，6，8，ML1（母聯(lián)38200開(kāi)關(guān)）；20 ms跳母聯(lián)；21 ms穩(wěn)態(tài)量差動(dòng)跳Ⅱ母。

3.1.2 BP-2B母差保護(hù)裝置

故障時(shí)間：08：35：54；故障類型：差動(dòng)；故障母線：Ⅱ母；故障相別：A相，啟動(dòng)至出口時(shí)間：8.3 ms。

3.1.3 乙線分相操作箱信號(hào)指示

一組跳A，一組跳B(niǎo)，一組跳C，一組永跳，一組三跳燈亮。

3.2 線路保護(hù)錄波器動(dòng)作情況

故障時(shí)間：08：35：55；故障距離：0 km。

動(dòng)作的開(kāi)關(guān)量為：

8 ms RCS-915CD母線保護(hù)動(dòng)作跳Ⅱ母；

19 ms BP-2B母差保護(hù)動(dòng)作；

20 ms RCS-915CD母線保護(hù)動(dòng)作跳母聯(lián)開(kāi)關(guān)；

23 ms乙線操作箱A相跳閘、B相跳閘、C相跳閘。

3.3 繼電保護(hù)動(dòng)作分析

3.3.1 母線保護(hù)

該變電所電氣主接線為雙母線接線方式，配置兩套母差保護(hù)，分別為BP-2B型微機(jī)母線保護(hù)（深圳南瑞）和RCS-915CD型微機(jī)母線保護(hù)（南京南瑞）。

兩套母線保護(hù)均為分相式比率差動(dòng)保護(hù)，母差保護(hù)原理基本相同，差動(dòng)回路包括母線大差回路和各段母線小差回路，其中大差元件作為區(qū)內(nèi)外故障判別元件，小差元件作為故障母線的選擇元件。即由大差比率元件是否動(dòng)作來(lái)區(qū)分母線區(qū)外故障與母線區(qū)內(nèi)故障；當(dāng)大差比率元件動(dòng)作時(shí)，由小差比率元件是否動(dòng)作來(lái)決定故障發(fā)生在哪一段母線。母線保護(hù)裝置將母線上除母聯(lián)或分段外的所有連接元件的電流采樣值（帶方向的量）輸入差動(dòng)判據(jù)，構(gòu)成大差比率差動(dòng)元件；小差比率元件是將每一段母線所連接元件的電流采樣值（包括母聯(lián)或分段）輸入差動(dòng)判據(jù)，構(gòu)成小差比率差動(dòng)元件，各元件連接在哪一段母線上，是根據(jù)各連接元件的隔離開(kāi)關(guān)位置來(lái)決定的。母線差動(dòng)保護(hù)的邏輯框圖如圖2所示（以雙母線其中的Ⅱ母為例），可以看出以電流判據(jù)為主的差動(dòng)元件，用電壓閉鎖元件來(lái)配合，以提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性，即在動(dòng)作于故障母線跳閘時(shí)必須經(jīng)相應(yīng)的母線復(fù)合電壓元件閉鎖，要使母差保護(hù)動(dòng)作則相應(yīng)母線的復(fù)合電壓閉鎖元件動(dòng)作才行。電壓閉鎖元件的判據(jù)為：UΦ≤Uset；3U0≥U0set；U2≥U2set。其中UΦ為相電壓，3U0為三倍零序電壓（自產(chǎn)），U2為負(fù)序相電壓，Uset為相電壓閉鎖值，U0set和U2set分別為零序、負(fù)序電壓閉鎖值。以上三個(gè)判據(jù)任一個(gè)滿足時(shí)，該段母線的電壓閉鎖元件就會(huì)動(dòng)作。

從保護(hù)動(dòng)作報(bào)文看，A相電壓降為9.5 V，而低電壓定值為45 V，滿足復(fù)壓開(kāi)放條件，Ⅱ母母線保護(hù)的差動(dòng)電流定值為2 A，而實(shí)際差流值為3.25 A，間隔電流值（小差電流）為3.25 A，滿足Ⅱ母差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件，因此Ⅱ母母差保護(hù)A相大差動(dòng)作，小差動(dòng)作跳開(kāi)Ⅱ母上的所有連接元件38200開(kāi)關(guān)、38212開(kāi)關(guān)、38207開(kāi)關(guān)及母聯(lián)38202開(kāi)關(guān)。根據(jù)RCS-915CD、BP-2B母線保護(hù)裝置動(dòng)作信息、線路故障錄波器數(shù)據(jù)分析，可以推斷出220 kVⅡ母發(fā)生了單相接地故障，兩套母差保護(hù)動(dòng)作行為正確。

圖2 母差保護(hù)邏輯框圖

3.3.2 線路保護(hù)

乙線裝設(shè)有兩套數(shù)字式超高壓線路保護(hù)裝置，分別為CSC-103C型（A屏，北京四方）和RCS-931BM型（B屏，南京南瑞）線路保護(hù)，保護(hù)原理基本相同，其主要功能包括縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)、三段式距離保護(hù)、四段式零序保護(hù)等。線路保護(hù)裝置設(shè)置有遠(yuǎn)方跳閘功能，當(dāng)母線故障及斷路器與電流互感器之間故障時(shí)，本側(cè)開(kāi)關(guān)三相跳閘。為使對(duì)側(cè)保護(hù)快速跳閘，裝置設(shè)有一個(gè)遠(yuǎn)方跳閘開(kāi)入端子，在本端啟動(dòng)元件啟動(dòng)情況下用于傳送母差、失靈等保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)，對(duì)側(cè)保護(hù)收到此信號(hào)后驅(qū)動(dòng)永跳。遠(yuǎn)方跳閘可通過(guò)控制字選擇經(jīng)啟動(dòng)元件閉鎖或經(jīng)方向元件閉鎖，乙線遠(yuǎn)跳定值設(shè)為經(jīng)啟動(dòng)元件閉鎖。

查看線路保護(hù)動(dòng)作報(bào)文故障差動(dòng)電流只有0.01 A，對(duì)于乙線來(lái)說(shuō)為區(qū)外故障，但由于乙線合閘在Ⅱ母上，當(dāng)Ⅱ母差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)跳開(kāi)該母線上的所有連接元件，所以兩套母差保護(hù)出口繼電器啟動(dòng)乙線分相操作箱中的TJR三跳繼電器，將38212開(kāi)關(guān)三相跳閘；另一方面，TJR繼電器的另兩副觸點(diǎn)閉合后，啟動(dòng)線路保護(hù)RCS-931BM、CSC-103C差動(dòng)保護(hù)中的遠(yuǎn)跳發(fā)信開(kāi)入量，通過(guò)光纖通道分別向?qū)?cè)線路保護(hù)RCS-931BM、CSC-103C發(fā)遠(yuǎn)跳命令，對(duì)側(cè)保護(hù)收到此命令后，同時(shí)判斷線路有故障電流，因此出口跳三相開(kāi)關(guān)，即乙線合于Ⅱ母運(yùn)行，母線保護(hù)動(dòng)作跳乙線本側(cè)開(kāi)關(guān)的同時(shí)，由線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的“遠(yuǎn)跳”功能將對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘。查看乙線保護(hù)動(dòng)作報(bào)文，2009-03-03T08：35：55.074，遠(yuǎn)方跳閘開(kāi)入61 ms發(fā)遠(yuǎn)跳令。詢問(wèn)寧夏調(diào)度通信中心故障管理負(fù)責(zé)人得知，對(duì)側(cè)為遠(yuǎn)跳動(dòng)作跳三相開(kāi)關(guān)，結(jié)合線路故障錄波圖可知，8 ms RCS-915CD母線保護(hù)動(dòng)作跳Ⅱ母，19 ms BP-2B母差保護(hù)動(dòng)作，20 ms RCS-915CD母線保護(hù)動(dòng)作跳母聯(lián)開(kāi)關(guān)，23 ms乙線操作箱A相跳閘、B相跳閘、C相跳閘，因此線路保護(hù)動(dòng)作行為正確。

4 故障原因及故障點(diǎn)查找

核對(duì)所有保護(hù)間隔裝置定值與保護(hù)定值單結(jié)果無(wú)誤，核對(duì)母線保護(hù)的外部電流、電壓回路接線無(wú)誤，且母差保護(hù)回路一點(diǎn)接地良好；調(diào)查了值班記錄，故障時(shí)段該變電所無(wú)任何操作工作。查看保護(hù)動(dòng)作記錄及線路故障器錄波文件，故障發(fā)生時(shí)Ⅱ母A相電壓二次值降低至9.5 V，Ⅱ母上所有間隔A相電流明顯增大，并根據(jù)保護(hù)裝置動(dòng)作情況分析，可判斷Ⅱ段母線發(fā)生了A相接地故障，確定本次故障原因?yàn)棰蚰窤相接地，故由此展開(kāi)故障點(diǎn)的查找。結(jié)合當(dāng)時(shí)的環(huán)境因素查找故障點(diǎn)，該220 kV變電所北側(cè)為制鈉廠，該廠排出的酸性物質(zhì)與塵埃極易附著在瓷柱及絕緣子表面。另外，該變電所為新投運(yùn)變電所，投運(yùn)近兩年至故障發(fā)生時(shí)，瓷柱及絕緣子從未進(jìn)行過(guò)清掃，且沒(méi)有做過(guò)防污閃處理，雨天勢(shì)必會(huì)降低設(shè)備的爬電距離。發(fā)生故障的前一天陰雨連綿，故障發(fā)生時(shí)正是大霧天氣，空氣中的鹽密度陡增，變電所設(shè)備的有效爬電距離迅速減小，造成整個(gè)變電所多處設(shè)備發(fā)生閃絡(luò)，Ⅱ母?jìng)?cè)絕緣子正是最先發(fā)生閃絡(luò)的部位。

天晴后，利用高倍望遠(yuǎn)鏡結(jié)合故障測(cè)距（線路故障錄波器顯示故障距離為0 km）對(duì)Ⅱ母進(jìn)出線間隔瓷柱及絕緣子進(jìn)行逐個(gè)檢查，在檢查到#1主變高壓側(cè)38201-2 A相隔離開(kāi)關(guān)靜觸頭絕緣子，即靠近Ⅱ母線側(cè)的懸式絕緣子時(shí)，發(fā)現(xiàn)其表面有閃絡(luò)痕跡，與其他瓷柱及絕緣子反復(fù)比對(duì)后，確認(rèn)該點(diǎn)與門型鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生了閃絡(luò)故障，導(dǎo)致38201-2隔離開(kāi)關(guān)A相接地，如圖3、圖4所示。當(dāng)時(shí)該組隔離開(kāi)關(guān)處在開(kāi)斷位置，由此可得出故障類型為設(shè)備污閃造成A相接地，故障點(diǎn)位于Ⅱ母差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作范圍內(nèi)。

圖3 閃絡(luò)點(diǎn)拍攝圖片

5 防范措施

利用發(fā)電機(jī)組小修及線路春檢，清掃變電所隔離開(kāi)關(guān)瓷柱及所有絕緣子；并借鑒其他變電所防污閃的經(jīng)驗(yàn)，在變電所瓷柱及絕緣子表面刷RTV防污閃涂料，至今XX公司220 kV變電所再未發(fā)生因天氣原因造成的設(shè)備污閃事故。

6 結(jié)語(yǔ)

本次故障是一次非常典型的因設(shè)備污閃造成的母線故障，由于兩套母差保護(hù)的正確動(dòng)作，及時(shí)切除了故障，并通過(guò)母線保護(hù)動(dòng)作信息、故障錄波圖及有關(guān)線路保護(hù)動(dòng)作信息，快速查找出了閃絡(luò)點(diǎn)，使故障點(diǎn)得以快速修復(fù)，并使發(fā)電機(jī)組得以盡快并網(wǎng)運(yùn)行，取得了非常大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，本次事故中，繼電保護(hù)的正確動(dòng)作發(fā)揮了非常重要的作用，我們也進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到了保護(hù)的重要性。

圖4 閃絡(luò)點(diǎn)示意圖

[1]RCS-915CD微機(jī)母線保護(hù)裝置技術(shù)和使用說(shuō)明書(shū)[Z].

[2]BP-2B微機(jī)母線保護(hù)裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū)[Z].

[3]CSC-103C數(shù)字式超高壓線路保護(hù)裝置說(shuō)明書(shū)[Z].

[4]RCS-931BM數(shù)字式超高壓線路成套保護(hù)裝置技術(shù)和使用說(shuō)明書(shū)[Z].