一起220 kV變電所設備污閃事故的分析

高云龍

（國家電投寧夏能源鋁業臨河發電分公司，寧夏銀川750411）

1 事故前運行方式

XX公司共有兩臺200 MW機組；兩段母線，分別為Ⅰ母、Ⅱ母；X甲、乙兩條出線雙回線路。事故發生前220 kV系統接線如圖1所示，事故前#1、#2機組均滿負荷運行，甲、乙線正常運行，母聯開關（38200）在合，#2主變開關（38202）、啟備變開關（38207）合于Ⅱ母，甲線（38211）合閘于Ⅰ母上運行，乙線（38212）合閘于Ⅱ母上運行。

圖1 220 kV系統圖

2 事故經過

凌晨大霧，天氣濕度很大，整個變電所籠罩在霧氣之中。08：35，該廠NCS主控系統突然發出聲光報警信號，并顯示BP-2B型母線保護動作、RCS-915CD型母線保護動作、乙線A/B屏保護動作、母聯保護啟動、線路故障錄波器啟動；220 kV變電所#2主變38202開關、#1啟備變38207開關、乙線38212開關、母聯38200開關三相跳閘，#2發電機被迫停機。事故發生后，查看保護動作報文為Ⅱ母母差保護A相差動動作，跳Ⅱ母上所有連接元件38212、38207、38202開關及跳母聯38200開關。線路故障錄波器記錄故障時間為2009-03-03T08：35：55。

3 繼電保護動作分析

3.1 相關保護裝置動作報告

3.1.1 RCS-915CD母線保護裝置

啟動時間：08：35：55.358；動作相別：A；5 ms變化量差動作跳Ⅱ母3，6，8，ML1（母聯38200開關）；20 ms跳母聯；21 ms穩態量差動跳Ⅱ母。

3.1.2 BP-2B母差保護裝置

故障時間：08：35：54；故障類型：差動；故障母線：Ⅱ母；故障相別：A相，啟動至出口時間：8.3 ms。

3.1.3 乙線分相操作箱信號指示

一組跳A，一組跳B，一組跳C，一組永跳，一組三跳燈亮。

3.2 線路保護錄波器動作情況

故障時間：08：35：55；故障距離：0 km。

動作的開關量為：

8 ms RCS-915CD母線保護動作跳Ⅱ母；

19 ms BP-2B母差保護動作；

20 ms RCS-915CD母線保護動作跳母聯開關；

23 ms乙線操作箱A相跳閘、B相跳閘、C相跳閘。

3.3 繼電保護動作分析

3.3.1 母線保護

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，分別為BP-2B型微機母線保護（深圳南瑞）和RCS-915CD型微機母線保護（南京南瑞）。

兩套母線保護均為分相式比率差動保護，母差保護原理基本相同，差動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內外故障判別元件，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作來區分母線區外故障與母線區內故障；當大差比率元件動作時，由小差比率元件是否動作來決定故障發生在哪一段母線。母線保護裝置將母線上除母聯或分段外的所有連接元件的電流采樣值（帶方向的量）輸入差動判據，構成大差比率差動元件；小差比率元件是將每一段母線所連接元件的電流采樣值（包括母聯或分段）輸入差動判據，構成小差比率差動元件，各元件連接在哪一段母線上，是根據各連接元件的隔離開關位置來決定的。母線差動保護的邏輯框圖如圖2所示（以雙母線其中的Ⅱ母為例），可以看出以電流判據為主的差動元件，用電壓閉鎖元件來配合，以提高保護動作的可靠性，即在動作于故障母線跳閘時必須經相應的母線復合電壓元件閉鎖，要使母差保護動作則相應母線的復合電壓閉鎖元件動作才行。電壓閉鎖元件的判據為：UΦ≤Uset；3U0≥U0set；U2≥U2set。其中UΦ為相電壓，3U0為三倍零序電壓（自產），U2為負序相電壓，Uset為相電壓閉鎖值，U0set和U2set分別為零序、負序電壓閉鎖值。以上三個判據任一個滿足時，該段母線的電壓閉鎖元件就會動作。

從保護動作報文看，A相電壓降為9.5 V，而低電壓定值為45 V，滿足復壓開放條件，Ⅱ母母線保護的差動電流定值為2 A，而實際差流值為3.25 A，間隔電流值（小差電流）為3.25 A，滿足Ⅱ母差動保護動作條件，因此Ⅱ母母差保護A相大差動作，小差動作跳開Ⅱ母上的所有連接元件38200開關、38212開關、38207開關及母聯38202開關。根據RCS-915CD、BP-2B母線保護裝置動作信息、線路故障錄波器數據分析，可以推斷出220 kVⅡ母發生了單相接地故障，兩套母差保護動作行為正確。

圖2 母差保護邏輯框圖

3.3.2 線路保護

乙線裝設有兩套數字式超高壓線路保護裝置，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，保護原理基本相同，其主要功能包括縱聯電流差動保護、三段式距離保護、四段式零序保護等。線路保護裝置設置有遠方跳閘功能，當母線故障及斷路器與電流互感器之間故障時，本側開關三相跳閘。為使對側保護快速跳閘，裝置設有一個遠方跳閘開入端子，在本端啟動元件啟動情況下用于傳送母差、失靈等保護的動作信號，對側保護收到此信號后驅動永跳。遠方跳閘可通過控制字選擇經啟動元件閉鎖或經方向元件閉鎖，乙線遠跳定值設為經啟動元件閉鎖。

查看線路保護動作報文故障差動電流只有0.01 A，對于乙線來說為區外故障，但由于乙線合閘在Ⅱ母上，當Ⅱ母差動保護動作時跳開該母線上的所有連接元件，所以兩套母差保護出口繼電器啟動乙線分相操作箱中的TJR三跳繼電器，將38212開關三相跳閘；另一方面，TJR繼電器的另兩副觸點閉合后，啟動線路保護RCS-931BM、CSC-103C差動保護中的遠跳發信開入量，通過光纖通道分別向對側線路保護RCS-931BM、CSC-103C發遠跳命令，對側保護收到此命令后，同時判斷線路有故障電流，因此出口跳三相開關，即乙線合于Ⅱ母運行，母線保護動作跳乙線本側開關的同時，由線路縱聯差動保護的“遠跳”功能將對側開關跳閘。查看乙線保護動作報文，2009-03-03T08：35：55.074，遠方跳閘開入61 ms發遠跳令。詢問寧夏調度通信中心故障管理負責人得知，對側為遠跳動作跳三相開關，結合線路故障錄波圖可知，8 ms RCS-915CD母線保護動作跳Ⅱ母，19 ms BP-2B母差保護動作，20 ms RCS-915CD母線保護動作跳母聯開關，23 ms乙線操作箱A相跳閘、B相跳閘、C相跳閘，因此線路保護動作行為正確。

4 故障原因及故障點查找

核對所有保護間隔裝置定值與保護定值單結果無誤，核對母線保護的外部電流、電壓回路接線無誤，且母差保護回路一點接地良好；調查了值班記錄，故障時段該變電所無任何操作工作。查看保護動作記錄及線路故障器錄波文件，故障發生時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，并根據保護裝置動作情況分析，可判斷Ⅱ段母線發生了A相接地故障，確定本次故障原因為Ⅱ母A相接地，故由此展開故障點的查找。結合當時的環境因素查找故障點，該220 kV變電所北側為制鈉廠，該廠排出的酸性物質與塵埃極易附著在瓷柱及絕緣子表面。另外，該變電所為新投運變電所，投運近兩年至故障發生時，瓷柱及絕緣子從未進行過清掃，且沒有做過防污閃處理，雨天勢必會降低設備的爬電距離。發生故障的前一天陰雨連綿，故障發生時正是大霧天氣，空氣中的鹽密度陡增，變電所設備的有效爬電距離迅速減小，造成整個變電所多處設備發生閃絡，Ⅱ母側絕緣子正是最先發生閃絡的部位。

天晴后，利用高倍望遠鏡結合故障測距（線路故障錄波器顯示故障距離為0 km）對Ⅱ母進出線間隔瓷柱及絕緣子進行逐個檢查，在檢查到#1主變高壓側38201-2 A相隔離開關靜觸頭絕緣子，即靠近Ⅱ母線側的懸式絕緣子時，發現其表面有閃絡痕跡，與其他瓷柱及絕緣子反復比對后，確認該點與門型鋼結構發生了閃絡故障，導致38201-2隔離開關A相接地，如圖3、圖4所示。當時該組隔離開關處在開斷位置，由此可得出故障類型為設備污閃造成A相接地，故障點位于Ⅱ母差動保護動作范圍內。

圖3 閃絡點拍攝圖片

5 防范措施

利用發電機組小修及線路春檢，清掃變電所隔離開關瓷柱及所有絕緣子；并借鑒其他變電所防污閃的經驗，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變電所再未發生因天氣原因造成的設備污閃事故。

6 結語

本次故障是一次非常典型的因設備污閃造成的母線故障，由于兩套母差保護的正確動作，及時切除了故障，并通過母線保護動作信息、故障錄波圖及有關線路保護動作信息，快速查找出了閃絡點，使故障點得以快速修復，并使發電機組得以盡快并網運行，取得了非常大的經濟效益。因此，本次事故中，繼電保護的正確動作發揮了非常重要的作用，我們也進一步認識到了保護的重要性。

圖4 閃絡點示意圖

[1]RCS-915CD微機母線保護裝置技術和使用說明書[Z].

[2]BP-2B微機母線保護裝置技術說明書[Z].

[3]CSC-103C數字式超高壓線路保護裝置說明書[Z].

[4]RCS-931BM數字式超高壓線路成套保護裝置技術和使用說明書[Z].