一起接地事故中保護裝置“拒動”的整定配合問題分析

耿 淬

（江蘇聯合職業技術學院，江蘇 213025）

1 事故經過

2014年3月29日14時40分52秒，某電廠1號機10kV IB段進線開關跳閘，1號機10kV IB段母線失電。

發生保護動作的裝置為發變組保護，發變組保護“IB分支零序過流I段”動作并出口，同時發出保護閉鎖信號，閉鎖IB段廠用電源快速切換裝置（簡稱快切裝置），導致1號機10kV IB段未能切換至備用電源供電，最終致1號機10kV IB段母線失電，1號機10kV IB段多臺設備低電壓跳閘（A引風機、B給水泵、送風機、一次風機、A磨煤機、C磨煤機、E磨煤機、B漿液循環泵、1號爐電除塵等多個設備）。經檢查，故障發生在10kV IB段A引風機側，但該引風機的保護裝置卻未發生保護動作，造成10kV IB分支進線開關越級跳閘，事故范圍大大擴大。

2 事故原因檢查

2.1 事故直接原因檢查

事故發生后，電廠檢修人員檢查并發現10 kV IB段A引風機電纜絕緣受損，受損部分對該電機開關柜外殼放電，產生的弧光造成了間歇式接地短路，是此次事故發生的主要原因。

正常情況下，按照繼電保護“選擇性”的要求，保護裝置應該在故障區內可靠動作，即當引風機發生接地短路時，應該由引風機保護裝置的零序保護動作并切除故障設備。而在此次事故過程中，引風機保護裝置未能及時跳閘，造成發變組保護裝置的高廠變低壓側IB分支零序保護動作，跳10kV IB分支進線開關（即上級開關），為越級跳閘，保護失去了選擇性，使事故擴大。（圖1為電廠主接線圖，廠用電系統中性點接地方式為經中電阻接地。）

2.2 保護裝置定值設置情況檢查

（1）引風機保護裝置相關參數引風機保護裝置的主要整定值如見表1。

表1

（2）發變組保護情況檢查

動作報告為“IB分支零序過流I段”動作，跳IB分支10kV IB段進線開關，并閉鎖快切。

高廠變低壓側IB分支零序電流整定值為1A，時限0.6s。零序CT變比100／5。

（3）快切裝置情況檢查

IB段廠用電快切裝置切換閉鎖燈亮，報告為保護閉鎖。

（4）故障錄波情況

從圖2錄波波形可以看出，14：40：51：130ms故障錄波器44通道（即IB分支零序）發生突變量啟動。當引風機一次電纜絕緣損壞后，電纜對開關柜外殼放電，IB分支產生了零序電壓和零序電流，IB分支零序電流突變啟動故障錄波。

從圖3～圖5相電壓有效值圖可以看出，發生故障時，IB分支A相電壓降低了，而B、C相電壓升高了，電壓變化不大，電纜間歇式放電造成的接地短路現象不嚴重，此時IB分支零序電流較小。經錄波軟件分析計算，IB分支的零序電流有效值約為1.16A。

圖2 IB分支零序突變啟動錄波波形

圖3 Ua相電壓有效值

圖4 Ub相電壓有效值

圖5 Uc相電壓有效值

圖6 IB分支零序電流有效值

從圖7錄波可以看出，14：40：51：930ms后（即圖中前面一條主標線時刻），IB電壓分支電壓、電流諧波分量增大，14：40：52：226ms后（即圖中后面一條輔助標線時刻），IB分支零序明顯增大。

圖7 IB分支錄波波形

從圖8錄波可以看出，14：40：52：897ms故障錄波器41通道（即IB分支A相電流）發生突變量啟動。結合發變組保護動作報告，從錄波圖上可以得知14：40：52：897ms時刻，IB分支動作于分支零序保護跳閘，IB分支進線三相電流消失，零序電流也隨之消失（從定值時間延時可以推知發變組IB分支零序14：40：52：297ms達到了動作值，零序保護啟動，經0.6s延時動作于保護跳閘）。從圖上IB分支母線三相電壓可以分析可知，IB分支進線開關雖然已經跳閘，IB分支母線電壓開始衰減，但是IB分支母線三相電壓仍然不平衡，接地故障仍存在。

圖8 IB分支A相電流突變啟動錄波波形

從圖9分析可知，由于發變組保護閉鎖了快切，導致了IB分支母線失電，當IB母線電壓衰減到一定值時，A引風機保護裝置的低電壓保護發生動作并跳閘，此時A引風機接地故障切除，IB分支母線三相電壓趨于平衡。與A引風機低電壓保護動作記錄相印證，結論完全相符。

（5）DCS最大相電流波形

參考圖10中DCS系統記錄的最大相電流波形可以看出，當A引風機側發生故障時，相電流增大，最大相電流從251A上升至281A，再升至350A左右，故障切除后，電流開始下降。（最大相電流Imax=max（Ia，Ib，Ic），A 引風機 CT 變比為800／5）

圖9 IB分支進線開關跳閘后的電壓衰減波形

圖10 DCS系統最大相電流波形

3 事故分析

（1）發變組保護零序保護動作簡要分析

根據波形情況得知故障時，零序電流的有效值達到了動作值1A，耗時0.6s，保護動作，跳1B分支進線開關，同時發出保護閉鎖信號，閉鎖快切，動作正確，無異議。由于發變組保護IB分支零序CT變比為100／5，可以算出線路一次部分的零序電流有效值達到了23.2A。

（2）保護裝置的零序保護動作邏輯分析

為防止在電動機在較大的啟動電流下，由于零序不平衡電流引起保護裝置誤動作，保護采用了最大相電流Imax作制動量，動作條件如下，其動作特性見圖11。

式中I0—— 電動機的零序電流倍數；

I0dz——零序電流動作值，倍；

Ie——電動機額定電流，A；

t0dz——整定的接地保護動作時間，s；

t0——接地保護動作時間，s。

零序量程視中性點接地電流大小確定，保護裝置提供了0.02和0.2兩種量程供選擇。一般地，中性點小電流接地時，取0.02量程；中性點大電流接地時，取0.2量程。此系統采用中阻接地，現場選擇了0.2量程。

（3）保護裝置零序保護整定分析

本保護采用最大相電流Imax做制動量，從圖11曲線上可以看出，當Imax≤1.05Ie時，零序電流I0大于零序電流動作值I0dz，保護延時t0dz動作；當Imax＞1.05Ie時，零序電流I0大于［1+（Imax／Ie-1.05）／4］I0dz，保護延時t0dz動作。

圖11 零序保護特性曲線

（4）本事故中零序保護動作整定分析

參考DCS系統錄波波形可知，最大相電流二次值為350／160=2.19A＜Ie，零序保護動作曲線在Imax≤1.05Ie范圍內。

根據發電機保護零序保護動作分析推知線路一次部分的零序電流有效值23.2A，A引風機的零序CT變比為50／5，計算得知保護裝置采樣的零序電流有效值2.32A。以上分析可知，電動機零序保護動作定值14.28倍在0.2量程的情況下，其二次側的動作電流為14.28×0.2=2.86 A，動作時間為0.3s。在間歇接地短路最初發生時，IB分支零序電流較小，A引風機零序保護并未達到動作值，故此零序保護不動作，保護裝置保護正常。再回看圖8，在發變組保護動作于IB分支零序跳閘前，通過波形計算分析，當時IB分支零序有效值已達到3.1A，A引風機零序保護應該啟動并動作，但由于A引風機零序保護存在0.3s的延時，而發變組保護的IB分支零序保護已先于A引風機零序保護啟動，當A引風機零序保護還未滿足延時條件時，發變組保護的IB分支零序保護已達到0.6s延時，并動作于跳IB分支進線開關，發生越級跳閘。

（5）保護裝置功能驗證

鑒于以上分析，對保護裝置進行了定值檢查和保護功能校驗，并重新進行整定計算。結論：保護裝置的保護功能完好，運行正常。

4 結語

綜合以上分析，本次事故中，A引風機保護裝置未能及時動作，導致事故范圍擴大，主要是由于上下級定值整定配合問題引起的。此次事故中，雖然A引風機保護裝置的定值及保護功能正確、完好，但與發變組保護的IB分支零序保護定值配合存在問題，當故障發生時造成保護失去了選擇性。

保護定值的整定配合問題，從根本上來說是定值整定時的考慮不周。所以在定值整定時要充分考慮系統結構及運行方式，在保護滿足選擇性要求的同時，保證足夠的靈敏性。針對此次事故，我們建議能否考慮保護在滿足動作靈敏度時，在保護整定的允許范圍內，將IB分支零序保護定值適當調整，以從定值上最大限度躲過暫態時的最大不平衡電流，保證設備安全穩定運行。

本次事故是由電纜對地間歇式放電引起的接地故障，由于定值整定的不合理，造成保護越級跳閘、10kV IB分支母線失壓。同時針對間這種歇式接地故障發生時，零序電流間斷、不連續的情況，我們提出了思考：保護裝置本身能否針對此類故障有所改進，從而更準確的反映故障類型，并切除故障，避免事故擴大。