直流接地引起母線失靈保護(hù)誤動作分析

李陽　陳健　李超　惠杰

提要：針對一起一個半斷路器主接線母線失靈保護(hù)誤動事故，分析了因為直流系統(tǒng)一點接地發(fā)生直流負(fù)接地現(xiàn)象，造成母線保護(hù)裝置光耦開入回路導(dǎo)通，使失靈保護(hù)動作出口的原因。針對事故提出對策，做出母差保護(hù)開入板更換、完善了母差保護(hù)的雙失靈開入回路及相電流檢測的具體措施。

關(guān)鍵詞：一個半斷路器失靈保護(hù)；光耦；直流接地

中圖分類號：TM771

引言

電力系統(tǒng)的母線是發(fā)電廠和變電所中最重要的電氣設(shè)備之一，往往是電力系統(tǒng)匯合的樞紐。因此，母線故障率盡管少，卻是電氣設(shè)備中最嚴(yán)重的故障，后果十分嚴(yán)重，特別是500千伏系統(tǒng)將造成電力系統(tǒng)瓦解，使大面積用戶遭受停電，人員傷亡并使電氣設(shè)備遭到破壞，因而對母線保護(hù)裝置的 動作可靠、靈敏、迅速性、抗干擾性要求更為嚴(yán)格，母線故障時應(yīng)有足夠的靈敏度，區(qū)外故障及裝置本身故障保證不誤動。由于系統(tǒng)的要求，當(dāng)母線上發(fā)生故障時必須快速切除；保護(hù)裝置必須十分可靠和有足夠的靈敏度。

斷路器失靈保護(hù)是母線保護(hù)一個重要組成部分。目前一個半斷路器主接線方式下的母線保護(hù)，與一個半的斷路器失靈保護(hù)配合，完成失靈保護(hù)的聯(lián)跳功能。當(dāng)母線所連接的某個斷路器失靈時，該斷路器的失靈保護(hù)動作接點提供給保護(hù)裝置。保護(hù)檢測到此接點動作時，經(jīng)小延時聯(lián)跳母線的各個連接元件。只有在檢測到電網(wǎng)有擾動時，失靈聯(lián)跳才有可能動作，但是直流負(fù)極一點接地造成繼電保護(hù)光耦出口動作，特別是早期產(chǎn)品失靈開入沒有電流閉鎖，而且光耦開入回路是單開入，不符合出口繼電器動作電壓大于55%，小于70%直流電源電壓的繼電器（設(shè)計額定功率為5W）的要求。失靈開入接點發(fā)生誤碰、或者單端直流接地時往往發(fā)生誤動作，使母線所在斷路器跳閘，造成事故危害很大，必須引起高度重視。

1、事故經(jīng)過

500千伏XX站220千伏設(shè)備采用一個半斷路器主接線方式。2015年8月27日，220千伏Ⅱ母線保護(hù)屏第I 套RCS-915E母線保護(hù)失靈開入頻繁動作，在3分鐘時間內(nèi)開入變位共計23次，導(dǎo)致RCS-915E母線保護(hù)誤保護(hù)動作，2223開關(guān)、2233開關(guān)、2242開關(guān)、2253開關(guān)、2263開關(guān)誤跳閘。當(dāng)時站內(nèi)無工作，故障發(fā)生后，運行人員發(fā)現(xiàn)220千伏Ⅱ母線保護(hù)RCS-915E母線保護(hù)失靈保護(hù)信號燈亮，同時失靈保護(hù)動作，17：50，檢修人員到站檢查設(shè)備，經(jīng)過檢查確認(rèn)RCS-915E母線保護(hù)裝置失靈開入，造成所在Ⅱ母線斷路器跳閘。

2、事故原因分析

電網(wǎng)一個半斷路器主接線方式下母差、失靈保護(hù)的配置原則應(yīng)符合規(guī)程要求。電網(wǎng)XX站是1986年建設(shè)的變電站，母線保護(hù)投產(chǎn)時間較早，為2004年安裝的保護(hù)裝置，其中220千伏一個半斷路器主接線的母線保護(hù)的失靈保護(hù)僅僅是邊斷路器保護(hù)一路失靈接點輸入。雖然母線保護(hù)發(fā)生故障的幾率較低，但是有關(guān)失靈回路反措的沒有具備，是發(fā)生母線保護(hù)失靈保護(hù)誤動作的主要原因。

⑴ 母線失靈保護(hù)動作邏輯

每條母線應(yīng)配置兩套母線保護(hù)，兩套母線保護(hù)使用邊斷路器的失靈啟動直跳。為防止開入電纜誤碰等接地原因?qū)е卤Ｗo(hù)誤動，失靈及母差直跳等跳閘回路在開入設(shè)計時，設(shè)置雙開入。當(dāng)線路或主變故障、且邊開關(guān)失靈時，由該邊開關(guān)的失靈保護(hù)輸出兩路失靈接點，啟動母差保護(hù)中的失靈直跳功能，母差保護(hù)內(nèi)部失靈接點進(jìn)行“邏輯與”判別，確認(rèn)無誤后對故障點進(jìn)行隔離。

當(dāng)線路或變壓器等元件保護(hù)對該斷路器發(fā)過跳閘命令，但該斷路器依然有電流，經(jīng)延時該斷路器所在母線，以上失靈的過流元件判別和時間元件判別在斷路器保護(hù)中完成，斷路器輸入到母線保護(hù)中的失靈直跳功能僅僅是為失靈保護(hù)提供跳閘出口。

⑵光耦接地動作分析

保護(hù)人員調(diào)取母線失靈保護(hù)誤動作故障錄波信息，電流電壓未發(fā)生異常波動，確認(rèn)220千伏Ⅱ母線未發(fā)生變化，RCS-915E母線保護(hù)的失靈直跳功能屬于誤動作。經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)反映，確認(rèn)在誤跳閘同時，第二組直流負(fù)極接地。發(fā)現(xiàn)2231斷路器保護(hù)失靈到母差保護(hù)的電纜接點負(fù)電源的電纜芯絕緣為0MΩ。導(dǎo)致了Ⅱ母線保護(hù)屏第I套 RCS-915E母線保護(hù)的失靈保護(hù)用光耦隔離元件瞬時承受電壓達(dá)到110V（額定電壓的50%）。

對2231斷路器保護(hù)啟動RCS-915E母線保護(hù)的失靈回路誤動作的分析。當(dāng)3D46電纜芯發(fā)生絕緣問題時，光耦兩端瞬間形成110V正向電壓，此電壓達(dá)到動作電壓及功率，引起光耦二極管正向?qū)?，母線保護(hù)失靈開入，母線保護(hù)誤動，引起跳閘，如圖1所示。

⑶模擬事故發(fā)生試驗過程

為了再現(xiàn)事故過程， 結(jié)合本站500千伏Ⅱ母線停電，保護(hù)人員將同類型500千伏Ⅱ母線保護(hù)的進(jìn)行光耦動作電壓測試，將220千伏Ⅱ母線保護(hù)的光耦板裝入500千伏Ⅱ母線RCS-915E保護(hù)，對RCS-915E母線保護(hù)的光耦動作電壓進(jìn)行了測試。測

試電源準(zhǔn)備，需準(zhǔn)備兩路直流電 源：

一路為保護(hù)裝置提供工作電源，輸出為220V DC，加在“裝置電壓”端；另一路由繼電保護(hù)試驗儀提供，為電路提供可調(diào)大小的正負(fù)電源加在“光耦電壓端”。

為確保電源有相同的參考電位，應(yīng)將兩臺試驗儀的接地端同時接地，兩臺試驗儀的直流電壓“負(fù)”端，用導(dǎo)線相連，此時兩臺試驗儀的“負(fù)”端與 “地”等電位。

將繼電保護(hù)試驗儀的直流電壓“正”端接至ZD15，對應(yīng)保護(hù)中支路失靈開入。采用逐次逼近的方法，將電壓從60V遞增，步進(jìn)電壓為1V，直到支路失靈開入置1。支路失靈開入置1后，將電壓逐次遞減，直到支路失靈開入返回。

以上試驗結(jié)果見表1。

⑷光耦動作的根本原因是動作電壓低

由表中看到，2004年的產(chǎn)品顯然不符合規(guī)程規(guī)定動作電壓大于55%，小于70%直流電源電壓的繼電器（設(shè)計額定功率為5W）的要求。實際測量動作電壓為96V（額定電壓的43.6%），返回電壓為95V（定電壓的43.1%）；同樣不合格保護(hù)裝置返廠檢測結(jié)果是：動作電壓開入分別為96.2V（43.7%）、98V（44.5%），返回電壓為95V（43.2%）、為97V（44.1%）。測量中的符合規(guī)程要求的是近期投產(chǎn)的保護(hù)裝置，可見廠家已經(jīng)進(jìn)行了重要的改進(jìn)。

220千伏Ⅱ母線保護(hù)第I 套裝置光耦動作電壓不符合反措強(qiáng)電光耦導(dǎo)通動作電壓大于60%、小于75%額定直流電源電壓要求。因此事故結(jié)論：2231斷路器保護(hù)失靈到母差保護(hù)的電纜接點負(fù)電源的電纜芯絕緣為0MΩ是事故起因，而保護(hù)裝置動作電壓不符合反措要求是造成此次事故的直接原因。

3、本次事故的經(jīng)驗教訓(xùn)

通過本次事故的分析，提出對策并且實施。

⑴ 母線失靈保護(hù)開入應(yīng)符合出口動作電壓要求

嚴(yán)格執(zhí)行華北調(diào)局繼（2005）7號《關(guān)于繼電保護(hù)光耦回路研討論會會議紀(jì)要及整改措施》中的規(guī)定：強(qiáng)電光耦導(dǎo)通動作電壓大于60%、小于75%額定直流電源電壓。為防止光耦誤導(dǎo)通，所有牽扯到失靈及母差直跳、非電量等跳閘回路的開入一律采用強(qiáng)電中間繼電器，以增加可靠性。動作電壓大于55%，小于70%直流電源電壓的繼電器（設(shè)計額定功率為5W）對直跳回路開入進(jìn)行重動。

⑵ 完善母線失靈保護(hù)開入使用“邏輯與”原理

為提高保護(hù)的安全性，失靈及母差直跳等跳閘回路在開入設(shè)計時，設(shè)置雙開入即“邏輯與”，以防止開入電纜誤碰等接地原因?qū)е卤Ｗo(hù)誤動。同時在斷路器保護(hù)裝置增加雙路重動繼電器，分別對母線保護(hù)雙開入進(jìn)行重動。在今后的驗收、技改工作中嚴(yán)格按照要求執(zhí)行，完善母差保護(hù)的雙失靈開入。

嚴(yán)格執(zhí)行2012年國調(diào)中心下發(fā)的《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)反事故措施》，事故發(fā)生后，山東省檢修公司運檢部組織排查同一批次的母差保護(hù)，共涉及23站60多套不合格保護(hù)，安排保護(hù)輪停更換光耦插件板。

⑶ 加強(qiáng)對直流系統(tǒng)的絕緣檢查

采用施工中拆線包扎絕緣膠布的方法，一旦發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)接地，應(yīng)立刻處理，對一點母線接地故障特別重視。提醒現(xiàn)場工作人員，改變直流一點接地危害不大，兩點接地才跳閘的觀念，加強(qiáng)施工工具的絕緣處理等措施。

⑷ 提高驗收、技改二次施工工藝管理

重視運行中裝置的補(bǔ)充檢驗，例如對運行中的裝置進(jìn)行較大的更改或增設(shè)新的回路后的檢驗；檢修或更換一次設(shè)備后的檢驗；運行中發(fā)現(xiàn)異常情況后的檢驗；事故后檢驗，加強(qiáng)回路絕緣檢查。

⑸ 增加失靈擾動就地判據(jù)

為防止誤動，在失靈聯(lián)跳邏輯中加入了失靈擾動就地判據(jù)，并帶有50ms固定延時，見圖2。當(dāng)接點誤碰或直流電源異常時，而失靈就地電流判據(jù)又躲不過負(fù)荷電流的情況下失靈聯(lián)跳誤動，設(shè)計了失靈擾動就地判據(jù)：穩(wěn)態(tài)判據(jù)： Iφ>1.1In

或 |3I0-3I0p|>0.03In 展寬5s（3I0p為30s前3I0的值）

或 失靈啟動前3I0<0.08In 且失靈啟動后3I0>0.1In

或 失靈啟動前3I2<0.08In 且失靈啟動后3I2>0.1In

暫態(tài)判據(jù)： Σi| >0.2In展寬5s

只有在檢測到電網(wǎng)有擾動時，失靈聯(lián)跳才有可能動作，大大提高了失靈聯(lián)跳的安全性。

4 、結(jié)論

一個半斷路器的母線保護(hù)不像其它的主接線例如雙母線帶母聯(lián)帶有復(fù)合電壓閉鎖，國網(wǎng)公司規(guī)定，一個半斷路器的母線保護(hù)不經(jīng)過所在母線二次電壓閉鎖。隨著檢修范圍增大，母線保護(hù)誤動作切負(fù)荷的危險性加大，安全性更加重要，因此應(yīng)該提高對防止直流回路一點接地引起母線失靈保護(hù)光耦接點閉合，使保護(hù)出口誤動作的重視，對于光耦接點開入的啟動失靈保護(hù)必需采用“邏輯與”加上閉鎖失靈擾動就地判據(jù)手段，特別注意對于早期的不合格產(chǎn)品，必須嚴(yán)禁光耦回路直流系統(tǒng)一點接地，及時通過技術(shù)改造，達(dá)到母線失靈保護(hù)不誤動的反事故措施落實。

參考文獻(xiàn)：

【1】 丁書文.斷路器失靈保護(hù)若干問題分析.電力系統(tǒng)自動化.2006，30（3）；89-91.

【2】 RCS-915GD微機(jī)母線保護(hù)裝置技術(shù)及使用說明書 南瑞繼保電氣有限公司2010.2

作者簡介：

第一作者：李陽（1987-）男，山東濰坊人，國家電網(wǎng)山東省檢修公司，助理工程師， 研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運行維護(hù)

第二作者：陳?。?983-）男，山東濟(jì)南人，國家電網(wǎng)山東省檢修公司，工程師， 研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運行維護(hù)

第三作者：李超（1981-）男，山東棗莊人，國家電網(wǎng)山東省檢修公司，工程師， 研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運行維護(hù)

第四作者：惠杰（1979-）男，山東萊蕪人，國家電網(wǎng)山東省檢修公司，高級工程師， 研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運行維護(hù)