一起電廠500 kV電纜差動保護誤動事件分析與處理

董 征

(中國南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511400)

一起電廠500 kV電纜差動保護誤動事件分析與處理

董 征

(中國南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511400)

通過介紹500 kV電纜差動保護誤動的實例，深入分析了電纜差動保護誤動的原因，并提出了相應的解決措施。

電纜差動保護；原因；措施

0 引言

當電廠發變組離開關站較遠，機組與斷路器之間的電纜(引出線)較長時，為了防止因二次電纜產生的感應電壓等因素對保護裝置發生影響，通常在電纜(引出線)兩端分別配置一套電流差動保護，通過光纜(電纜)組成縱聯差動保護，稱為電纜(引出線)差動保護[1]。本文結合一起電廠500 kV電纜差動保護誤動的實例，深入分析了電纜差動保護誤動的原因，并給出了解決措施。

1 事件概況

1.1 故障及動作情況簡述

H電廠采用不完全單母分段的接線方式，如圖1所示。2008年9月25日15:07，H廠A套ALSTOM電纜差動保護(87C-1)動作(B套電纜差動保護(87C-2)未動作)跳開500 kV開關5002，選相A相。故障前該廠運行方式為500 kV開關5002、5007處于合閘位置，由500 kV HB線帶廠用電負荷運行。故障后5002開關跳開，18 kV廠用電切換成功。

圖1 故障前系統接線

1.2 故障錄波及保護裝置故障信息

由圖2的故障錄波可知，故障時UA波形有畸變，三相相電流正常，無明顯故障電流，但有明顯的零序電流。從保護裝置上讀取相關數據如下：f=49.97 Hz；IA-local=515.3 A，IA-remote=0 A(跳閘時的電流，local為廠房側，remote為開關站側)；IB -local=513.3 A，IB -remote=0 A；IC-local=514.4 A，IC-remote=0 A；IdA=515 A，IA-bias=257 A(跳閘時的差流和制動電流)；IdB=516.8 A，IB -bias=259 A；IdC=517.2 A，IC-bias=260 A。

圖2 5002開關保護錄波圖

2 故障檢查處理

根據當時的故障信息，初步分析故障原因[2]可能為：(1) CT斷線；(2) 區外故障保護裝置誤動；(3) 保護范圍內CT閃絡；(4) 主設備一次回路故障。

2.1 CT回路檢查

首先檢測保護裝置的CT接線、絕緣電阻、直流電阻等。通過檢查，排除了CT回路故障的可能。

2.2 保護裝置檢查

在排除CT故障后，進一步對保護裝置的采樣精度、定值設定、通信情況進行了檢查[3]。檢查中發現，當向開關站側保護裝置輸入三相對稱電流時，保護裝置顯示采樣電流正常，廠房側通過通信顯示開關站側電流也正常；當向開關站側保護裝置注入幅值相等、相位相同的零序電流時，保護裝置的采樣電流顯示為0，廠房側通過通信顯示開關站側電流也為0。廠房側保護裝置進行相同試驗時采樣均正常。因此，當電纜中流過較大零序電流時，保護裝置會檢測到開關站側電流為0，廠房側存在電流，如差流超過保護整定值，將出口跳閘。

2.3 系統故障信息

25日15:07，500 kV BD甲線發生A相短路接地故障，與H廠跳閘時間相同，而通過5002開關的故障錄波圖分析，導致保護動作的原因也恰好是A相短路接地，因此懷疑此次故障原因為區外短路保護裝置誤動。

3 ALSTOM電纜差動保護(87C)保護原理

H廠電纜差動保護(87C)由2組MICOM P541保護裝置組成，分別負責采集開關站側電流及廠房側電流，通過光纖通信，在裝置內部實現差動電流及制動電流的計算(圖3)，按照比率制動的原則判斷故障。正常運行時投入，動作后跳所在間隔的相鄰2個開關，同時停機滅磁。

圖3 引出線(電纜)縱聯差動保護配置示意圖

4 保護誤動原因分析

4.1 故障電流產生的原因分析

根據對稱分量法[4]，當系統發生故障時故障點的電壓可分解成正序、負序及零序電壓，接地點的故障電流需經過系統中接地的設備形成回路(即零序電流需要在系統零序網絡中流通)，造成H廠電纜及主變中性點處流經較大零序電流(從故障錄波波形分析故障時電纜中峰值電流達到900 A左右，有效值600 A以上)，而保護裝置本身存在問題，在電纜流經較大零序電流時發生誤動，如圖4、圖5所示。

圖4 故障時系統示意圖

圖5 系統零序等效網絡及零序電流分布圖

注：XS代表系統零序阻抗；XL代表線路零序阻抗；XT代表變壓器零序阻抗。

4.2 保護裝置動作分析

電纜差動保護(87C)的工作特性如圖6所示。

圖6 差動保護動作特性圖

H廠電纜差動保護定值：Is1=0.2 A，Is2=2 A，k1=0.3，k2=1.5，CT變比2 000/1。此次故障發生時：Ibias≈260 A(IA-bias=257 A，IB -bias=259 A，IC-bias=260 A)，折算至二次側：Ibias=260/2 000=0.13 A。依據保護特性曲線，其對應的差動電流Idiff=Is1+k1×Ibias=0.2+0.3×0.13=0.239 A，折算至一次側：Idiff=0.239×2 000=478 A。而本次故障時的差動電流Id≈516 A(IdA=515 A，IdB=516.8 A，IdC=517.2 A)，明顯大于制動值Idiff，故保護裝置動作跳閘。

4.3 保護裝置故障分析

經保護裝置供貨商ALSTOM確認，P54*系列保護裝置通常用于線路差動保護，但也可根據需要用于變壓器差動保護。當用于變壓器差動保護時，除需要對主變兩側電流的相位角進行補償外，還需要在程序中設置零序濾波功能，以避免在系統發生短路，變壓器一側流過零序電流時變壓器差動保護誤動。

H廠500 kV電纜A套保護開關站側P541裝置在出廠程序裝載時，錯誤地裝載了應用于變壓器差動保護的邏輯程序，集成了零序濾波程序模塊，在電纜中無零序電流流過時，保護裝置能夠正確動作，但當電纜中流過零序電流時，開關站側P541裝置將濾除零序電流，顯示正序電流，而廠房側P541裝置無零序濾波功能，將顯示總的電流(含正序、負序、零序)，造成兩側出現差流，當差流達到差動保護動作值時，差動保護將動作。

5 改進措施

確認裝置故障原因后，廠家人員對開關站側P541裝置程序進行了更新，取消零序濾波功能，保護裝置功能恢復正常。

[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[M].北京：中國電力出版社，2002

[2]趙永彬，景展.區外故障變壓器差動保護誤動原因分析與防治[J].電力自動化設備，2004，24(3)

[3]石結銀，李玉海.提高主設備保護可靠性的研究[J].西北電力技術，2006，34(1)

[4]夏道止.電力系統分析[M].北京：中國電力出版社，2004

2014-07-14

董征(1980—)，女，河北邢臺人，工學碩士，工程師，從事電廠計劃經營工作。