一起線路差動保護動作引發的電網故障原因分析

(酒鋼（集團）公司能源中心，甘肅嘉峪關 735100)

引言

某電解鋁企業受大風天氣影響，電網（結構簡圖如圖1）內運行的2號機組送出線路差動保護動作跳閘，同時安全穩定控制裝置按“機組跳閘聯切負荷”控制策略分別切網內負荷；負荷側整流機組相繼退出運行造成電解鋁2 個系列負荷退出，網內配置的安全穩定控制裝置按“聯絡線斷面流出方向越限”控制策略切除網內的4號機組和1號機組。

圖1 電網結構簡圖

本次事故造成了鋁電網電源側3 臺300 MW 及以上發電機組跳閘，電網運行參數大幅波動，負荷側10臺整流機組相繼退出運行，對電網安全穩定運行造成了重大影響。

1 事故經過

（1）2017 年5 月3 日，05∶04∶18.567 電廠側2 號機組送出線路A 相電流差動保護動作，兩側開關跳閘。網內安穩系統“機組故障聯切負荷”動作分別切除電解鋁第一系列145.2 MW負荷、電解鋁第二系列143.0 MW負荷和33.9 MW網內其他負荷。

（2）05∶19∶48.859 電解鋁第二系列負荷基本回零，網內配置的安穩裝置檢測到“電解鋁第二系列供電線路跳閘”，需切機組量為544.9 MW。并向電廠側發切除3 號機組命令。但安穩裝置閉鎖，指令無法執行（由于#2 主變高壓側零序電壓異常閉鎖”報警，網內安穩裝置閉鎖）。

（3）05∶20∶13.118網內安穩裝置檢測到“聯絡線斷面上網越限112.3 MW，并向電廠側發切除電廠側4號機組命令，4號機組被切除。

（4）05∶23∶36.482 安穩裝置接收電解鋁第一系列負荷損失容量203.1 MW。

（5）05∶23∶36.946網內安穩裝置檢測到“聯絡線斷面再次上網越限動作”，并向電廠側發切除1號機組命令，1號機組被切除。

（6）05∶04∶18～05∶26∶52電網內運行的2號機組送出線路A相出現9次接地，具體見表1。

3 故障資料收集

05∶4∶18～05∶26∶52電網內運行的2號機組送出線路A相出現9次接地時的故障錄波曲線，見圖2。

05∶04∶18～05∶26∶52 期間，2 號機組送出線路A相差動保護動作，0.6 s 后斷路器重合閘動作，斷路器合閘的部分曲線見圖3。

表1 9次接地動作情況

圖2 2號機組送出線路故障錄波波形

圖3 斷路器合閘的部分曲線

05∶04∶18.584～05∶26∶52.314，線路A 相電壓出現9次異常，同時產生零序電壓，故障錄波穩態記錄見圖4。

圖4 故障錄波穩態記錄

4 原因分析

首先，大風天氣下出現#2 主變送出線路A 相出現接地，引起#2 主變送出線路電流差動保護動作，兩側開關跳閘。網內配置的安全穩定控制系統按照“電源故障聯切負荷”的控制邏輯，切除網內相對應的部分負荷。

其次，在切除網內負荷的同時發生了#2 主變送出線路A相再次接地和#2主變高壓側C相電壓互感器接線板松動的問題（期間，由于產生“零序電壓異常”，整套安全穩定控制系統閉鎖），而電解鋁控制系統同步信號跟蹤不及時，電解鋁第二系列負荷基本回零，雖然安全穩定控制系統主站判斷出“負荷損失需聯切機組”，但安穩系統閉鎖，控制邏輯無法執行，最后只能靠“并網聯絡線上網越線”動作，切除網內的4號機組。

最后，由于大風天氣下，#2 主變送出線路的A相交替出現重合閘動作和A 相生接地的發生，電網內的電解鋁控制系統同步信號跟蹤不及時，再次發生電解鋁第一系列負荷基本回零，“并網聯絡線上網越限動作”再次動作，并切除網內的1號機組。

5 故障原因排查

5.1 電源側

經現場查看和調閱事故期間的視頻材料，確定造成2 號機組送出線路A 相出現9 次接地原因為#2主變第一龍門架線路A相門架引線向爬梯進行了放電，經與設計部門確認，設計人員對現場大風惡劣天氣考慮不全，引線與爬梯的安全距離不夠，導致了大風天氣下引線向爬梯多次放電，從而引起#2 主變送出線路的單相重合閘多次動作。

檢查發現#2 主變高壓側C 相電壓互感器接線板出現了松動，在大風天氣下由于安穩裝置采集的C 相電壓出現異常，從而出現了電廠側配置的安穩裝置“零序電壓異常”的異常告警。

5.2 電網側

網內配置的安全穩定控制系統的“零序電壓異常”的控制邏輯，按照常規電網的配置，沒有充分考慮企業電網的特殊性，在安穩主站接收到電廠側安穩裝置的“零序電壓異常”信號后，對整個安穩系統進行閉鎖，故障期間安穩系統失效。

對于企業電網內不影響方式判斷的電源線路當檢測到“零序電壓異常”時不應該閉鎖整套安全穩定控制系統。

5.3 負荷側

大風天氣下，由于#2 主變第一龍門架線路A 相門架引線與爬梯之間的距離不夠，引起放電情況下，系統電壓出現異常，而負荷側電解鋁控制系統同步信號采用負荷側A、C 相電壓，在某一相電壓出現異常出現了穩流控制系統同步信號跟蹤不及時，與主回路失同步及逆變的問題，從而導致了大量負荷的損失。

6 防范措施

（1）對于電源側，依據當地氣候條件重新計算電氣設備的安全距離，并對不滿足要求的進行整改。

（2）優化網內配置的安全穩定控制系統邏輯。

涉及的元件電氣量異常影響主站控制策略的應遵循以下原則：

(a)對于影響方式判斷、判斷跳閘、過載、斷面越限的元件出現電氣量異常，閉鎖安穩裝置。

(b)對于其他的電源及負荷線路出現電氣量異常，如當產生的零序電壓大于10%～15%U 時，安穩裝置只報警，提醒運行人員檢查電壓采集回路，不再閉鎖全網的安全穩定控制系統，避免由于電壓回路異常期間發生網內負荷損失時安全穩定控制系統無法正常動作的問題。

（3）通過升級數控器JM810 的方法解決網內出現單相電壓異常后穩流控制系統同步信號跟蹤不及時，與主回路失同步及逆變等問題，具體如下：

同步識別，升級后單同步（A、C 相中任意相丟失）長期運行；雙同步（A、C 相均丟失）丟失延時25個周波，時間到后封鎖脈沖，電網故障切除后脈沖仍封鎖，只能通過手動開放。

7 結束語

(1)在項目設計階段應嚴格按照設計規范和當地最惡劣氣候條件進行設計，避免由于設計問題造成電氣安全距離不夠、引起帶電線路跳閘。

(2)在項目建設階段應嚴格按照會審后的施工圖紙進行施工。

(3)應依據企業電網的特點合理制定安全穩定控制系統控制邏輯。

(4)電解鋁控制系統應充分考慮電網出現的各類異常，在發生異常情況下，可靠躲過繼電保護及安全自動裝置的動作時間。