某變電站弱饋側母聯電流互感器爆炸原因分析

鄒啟群，舒逸石，于培杰

(安陽供電公司，河南 安陽 455000)

0 引言

繼電保護是電力系統的重要組成部分，是電網安全、穩定運行的重要保證，在電網中具有極其重要的作用。系統發生設備故障時，如何正確分析其故障性質及繼電保護的動作行為，是確保電力設備安全運行的基礎［1］。

2010年10月29日，某220 kV變電站甲母聯電流互感器C相發生爆炸，該站220kV第1套、第2套母差保護動作，唯一給其供電的220 kV線路2套縱聯保護動作，跳開該站所有220 kV開關，造成全站失壓。

1 故障簡介

1.1 故障前運行方式

以變電站甲為220 kV終端變電站，僅有1條220 kV線路由變電站乙向其供電。事故發生前，線路開關1DL、#1主變壓器高壓側開關1BDL運行于220 kV東母(II母)，#2主變壓器高壓側開關2BDL運行于220kV西母(I母)，母聯斷路器MLDL運行，母聯電流互感器MLTA安裝于母聯斷路器和220kV西母間，其220 kV系統運行方式如圖1所示。

圖1 故障前220 kV系統運行方式

1.2 故障情況

2010－10－29 T 14:17，該站220 kV母聯電流互感器C相發生爆炸，部分殼體及頂部膨脹器脫落至周圍地面，互感器本體上炸裂的殼體還伴隨有噴油、燃燒現象;該站220 kV第1套、第2套母差保護動作，線路 1DL側 2套保護動作，MLDL，1DL，1BDL，2BDL開關跳閘，線路2DL側第1套線路保護(PSL－603G，光纖差動)傳跳閘動作，2DL開關跳閘，220 kV東、西母及線路全部失壓。

2 保護動作行為檢查

2.1 相關保護配置

220 kV母線:配置2套母線保護，第1套為南京南瑞繼保電氣有限公司生產的RCS－915母線保護裝置(含失靈裝置)，第2套為深圳南瑞科技有限公司生產的BP－2CS母線保護裝置。

1DL，2DL:配置2套線路保護，第1套為國電南京自動化股份有限公司生產的PSL603G線路保護裝置，第2套為南京南瑞繼保電氣有限公司生產的RCS－902BF線路保護裝置。現場所有保護及自動裝置均實現了GPS對時。

2.2 故障報文信息及現象

母線保護。

RCS－915母差保護裝置:

14:17:44.570 C相跳閘保護動作 4 ms。

14:17:44.587 母差跳母聯保護動作 21 ms。

14:17:44.588 穩態量差動跳I母保護動作22 ms。

14:17:44.610 穩態量差動跳II母保護動作46 ms。

BP－2CS母差保護裝置:

14:17:44.567 保護啟動 0 ms。

14:17:44.572 I母線差動保護出口保護動作5 ms。

14:17:44.595 II母線差動保護出口保護動作28 ms。

1DL保護。

PSL－603G光纖差動保護裝置(帶操作箱):

13:59:41.765 遠傳跳閘出口 79 ms。

13:59:41.765 差動永跳出口 79 ms。

操作箱第2組跳閘燈亮，第1組跳閘燈未亮。

RCS－902BF光纖距離保護裝置:

13:59:42.715 縱聯距離動作ABC 110 ms。

2DL保護。

PSL－603G光纖差動保護裝置(帶操作箱):

14:17:44.266 遠傳跳閘出口 54 ms。

14:17:44.266 遠傳跳閘出口 54 ms。

RCS－902BF光纖距離保護裝置:

保護未動作，只有啟動信息。

3 故障行為分析

3.1 母線保護動作行為

2套母線差動保護均判斷先是I母故障，隨后II母故障。母聯電流互感器MLTA C相發生故障時［2］，靠近I母側應先發生絕緣擊穿，此時故障點在I母范圍內，故2套母線保護裝置均判定I母差動動作。隨著TA殼體及頂部膨脹器被炸裂，頂置式TA兩側短路，二次線圈遭到破壞，母聯C相二次電流為0。由1DL的故障錄波圖可知，48 ms時，線路故障電流消失，即故障發生后46 ms內，母聯開關未能完全跳開或熄滅電弧，II母母線繼續提供故障電流，所以2套母線保護的II母小差元件均動作(第1套母差46 ms出口動作，第2套母差28 ms出口動作)，由此判斷，2套母線保護動作行為正確。

3.2 1DL保護操作箱指示現象

2套母線保護動作后，1DL操作箱第2組跳閘燈亮，第1組跳閘燈未亮。現以保護啟動時刻為故障發生時刻，其他所有保護動作時間均以此為基準。由3.1可知，1DL運行于220 kV東母(II母)，第1套母差保護II母差動動作時間為46 ms(動作后跳第1、第2組跳閘線圈)，第2套母差保護為28 ms(動作后跳第2組跳閘線圈)，兩者相差18 ms，第2套母差保護先出口跳1DL開關，操作箱第2組跳閘燈亮;當第1套母差保護46 ms出口再跳1DL時，此時1DL開關的狀態正在發生改變，即操作回路正在轉變過程中，第1組跳閘燈未能點亮(此現象被模擬故障情況驗證是正確的)，因此，1DL保護操作箱指示現象是正確的。

3.3 1DL，2DL光纖差動保護裝置動作行為

1DL，2DL光纖差動保護裝置均發“遠傳跳閘出口”令。該線路PSL603G保護裝置設計為“其他保護動作啟動遠跳”功能，由PSL603G保護原理圖可知，母差動作后啟動1DL保護裝置操作箱永跳繼電器TJR，其接點開入到PSL603G裝置“其他保護動作發遠跳”回路，如圖2所示。遠跳開入經專門的處理及8 ms的確認后，作為開關量，連同其他裝置信息通過光纖通道傳送至對側保護裝置，當保護控制字“遠跳經本地啟動”為0時，則收到遠跳信號后無條件永跳出口。由3.2可知，28 ms時第2套母差保護動作啟動1DL側的TJR，經8 ms的延時后，向2DL側線路保護裝置傳遠跳令(裝置控制字“遠跳經本地啟動”為0)，2DL側裝置收到遠跳令后于54 ms發“遠傳跳閘出口”令，驅動 A，B，C，Q，R 跳閘出口繼電器，跳開2DL開關。同時，2DL側的TJR接點也開入到PSL603G裝置，經8 ms的確認，將遠跳令發回1DL側，收到遠跳令后，1DL側保護裝置于79 ms時發“遠傳跳閘出口”令，因此，動作行為正確。

3.4 1DL，2DL光纖距離保護裝置動作行為

圖2 PSL－603G裝置“其他保護動作發遠跳”開入回路圖

光纖距離保護裝置1DL側動作而2DL側未動作。該線路的RCS－902BF線路保護裝置設計為“其他保護動作發信”功能，由圖1可知，MLTA C相處故障，超出了線路縱聯保護范圍，故障起始時刻，1DL側光纖距離保護判斷為反方向故障，不會向2DL側發允許跳閘信號，2DL側保護雖判斷為正方向故障，但因收不到允許信號，保護只啟動不動作;28 ms第2套母差跳1DL開關時，TJR的接點也會開入到RCS－902BF保護裝置的“其他保護動作發信”回路并展寬150 ms，但2DL側保護裝置在啟動40 ms后為防止故障功率倒向時保護誤動，被閉鎖并延時25 ms，雖然收到允許跳閘信號，但無法動作;由1DL的故障錄波圖可知，48 ms時，甲、乙線已無故障電流，該側正方向元件返回，所以2DL側縱聯保護不會動作。由3.2可知，54 ms時，PSL603G裝置跳2DL開關，開關跳開后，2DL側光纖距離縱聯保護將向1DL側發允許跳閘信號，而此時1DL側滿足弱電源側，故障電壓低于30 V［3］，反方向元件不動作(此時，故障電流、電壓均消失，方向元件不會動作)，則判為正方向，1DL光纖距離裝置于110ms動作并報“縱聯距離動作”，兩側光纖距離保護裝置動作行為正確。

4 建議

通過上述分析可知，此次故障發生時，220kV母線保護、線路兩側保護動作行為均正確，符合設計要求和裝置動作原理，遺憾的是，線路兩側 RCS－902BF裝置均未能及時動作，存在一定的安全隱患。針對此次事故提出以下建議［4－6］:

(1)對于弱饋線路，建議配置2套光纖差動保護裝置。光纖差動保護與光纖距離保護相比較具有原理簡單、動作速度快等優點，當出現此類故障時，2套裝置均能及時動作，以防止因光纖差動保護有問題導致保護拒動或動作時間較長而使故障擴大或越級。

(2)對于弱饋線路，已配置成光纖差動保護與光纖距離保護的，建議TJR的接點接入光纖距離保護“其他保護動作遠跳”開入回路，2套保護裝置均采用遠方跳閘設計，發生類似故障時，均能及時出口跳閘。

［1］袁文嘉，李敏霞，姬希軍.一起區外故障引起主變差動保護動作的分析［J］.電力系統保護與控制，2009，37(23):130－132.

［2］任立輝，樊文東，程天保，等.母聯保護中母聯死區故障保護邏輯的研究［J］.電力系統保護與控制，2006，34(10):12－15.

［3］沈森，邱宏瑜.淺談RCS－900系列允許式光纖線路縱聯保護的通道聯調［J］.電力系統保護與控制，2008，36(18):96－99.

［4］王世祥，宗秀紅.比相式母差保護死區的消除［J］.電力系統保護與控制，2007，35(21):25 －28.

［5］舒逸石，于培杰，馬勇.電壓擴展屏在變電站的應用［J］.華電技術，2009，31(1):53 －54.

［6］張芬.一起220 kV變電站主變壓器跳閘事故分析［J］.華電技術，32(10):46－47.