繼電保護越級跳閘故障分析與處理

汪曼乙

（江西銅業集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

電力系統是由發電、輸電、變電、配電和用電等環節組成的電能生產與消費的系統［1］。系統工作時，由于雷擊以及設備制造、運行維護等方面的因素，會出現故障及不正常工作狀態。繼電保護讓被保護的用電設備能夠快速脫離電網，在不正常工作狀態時，發出報警信號，以便電力工作人員及時進行維護和處理，保障正常用電［2］。

德興銅礦動力廠承擔著全礦生產供電任務。所轄35kV以上變電站14座，其中大山220kV變電站是供電等級最高，負荷最重要的變電站，承擔全礦70%以上的供電負荷。

2 故障現象

2020年5月5日06:33分左右大山變電站監控后臺事故報警，如圖2所示：顯示211進線開關、231母聯開關跳閘、321開關富家塢一線跳閘。與此同時下山變電站323大下一線避雷器及穿墻套管雷擊燒毀。07:30分左右，調取了后臺及保護裝置記錄，有以下幾點發現。

圖2 大山A套保護復合電壓閉鎖方向過流部分邏輯框圖

發現一：大山1#主變A套保護動作，將211及231開關跳閘，動作的保護為高復流Ⅰ段，Ⅰ時限、II時限動作，瞬間高壓側的二次電流為5.217A，高壓側產生的二次零序電壓為0.023V，已滿足保護動作的條件。

圖1 大山變電站部分一次主接線圖

發現二：中壓側二次電流大約為5.73A，中壓側產生的二次零序電壓為22.7V左右。已達到中壓側復壓過流Ⅰ段動作條件，但是保護未出口跳閘，301開關未動作。

發現三：幾乎同時大山323線路下山站內穿墻套管和避雷器炸裂，經檢查發現該保護裝置速斷值為12.5A，動作時間為0.1s，保護裝置已啟動保護，但是大山323開關沒有跳閘。

3 原因分析

首先，過流保護出口跳閘由低電壓、負序電壓元件動作，方向判別滿足條件，過流元件動作等進行邏輯判斷，在電壓硬壓板未投時，此時邏輯電路為由過流保護與其他側復合電壓過流條件主導，如圖2所示。

其次，高壓側復壓過流是由1側（本體側）、2側（母聯側）疊加而成，即根據兩側電流矢量和來判斷是否過流［3］。根據波形，高壓1側與高壓2側電流合成后如圖3所示。

圖3 保護啟動前波形分析圖

可以看到，保護啟動前，電流已經為4.861A，處于定值4.9A附近區間，此時保護裝置啟動。隨后，電流在中間部分有所減小，但隨后增大。

因為中間階段的電流減小低于定值，導致延時重新計時。在899ms時開始重新計時，最終經中壓側開放，經延時定值2200ms復壓保護1時限跳閘（3094ms），跳橋開關。故障未切除，高壓側電流仍大于定值，中壓側電壓依舊不正常，保護仍經中壓側開放，再經延時300ms即定值2500ms復壓2時限跳高壓側開關，故障切除，如圖4所示。

圖4 故障發展的中間階段保護波形分析圖

細化分析中壓側三相電壓，調取中壓側三相電壓保護波形圖，發現波形跳閘前后中壓側電壓三相偏差依然很大，中壓側間隔存在缺陷，需要逐級進行排查。因故障時間段為雷雨天氣，經初步判斷可能因素為下級變電站35kV線路引雷電流不暢，如圖5、圖6所示。

圖5 故障經高壓側切除前中壓側保護波形分析圖

圖6 跳閘前中壓側三相電壓波形圖

分析越級跳閘影響因素。

在繼電保護跳閘出口邏輯判斷中，硬壓板、軟壓板、控制字三者為與的關系，即三者全部滿足才能實現開放［4］，此故障中，分析硬壓板未投入是其中一個影響因素。

大下323線路雖為熱備用狀態，但其下端頭帶電，避雷器及穿墻套管雷擊燒毀后大山220kV變電站側323斷路器應出口跳閘，斷路器當時投速斷、過流II段保護，速斷保護不能保護線路全長，雷擊燒毀線路屬于線路末端，故速斷保護未出口；而過流II段保護雖能保護線路全長，但因定值設置問題，未能達到出口條件，故大山323斷路器未跳閘。

中壓側電流雖然已經達到定值，但是沒有達到延時定值1600ms。中壓側B相電流超過定值時間在3000ms左右，而高壓側開關在3400ms左右已經完成跳閘，不再滿足中壓側跳閘條件，如圖7、圖8所示。

圖7 跳閘后中壓側三相電壓波形圖

圖8 跳閘后高壓側三相電壓波形圖

4 故障處理

經過仔細檢查，在大山主變，220kV GIS室及220kV線路無明顯缺陷的情況下，試送大山1號主變211開關，主變未合上，1#主變差動保護啟動，經分析，為保護定值設置問題導致試送過程未躲過勵磁涌流，對主變定值設置后，9：04分，1#主變試送成功。

5 總結與改進

經過此次故障，總結電力系統繼電保護日常巡檢中存在的一些問題，并做相關優化。

（1）繼電保護定值在改造和更新后，要及時進行各級的梳理，對相關線路及斷路器進行放射性的考量；

（2）注意在保護定值設置的過程中，與終端用戶采礦場、精尾廠的時限、電流值配合，避免發生越級跳閘的情況；

（3）定值要考量終端用戶的負荷情況，將大容量設備啟動的負荷突增納入考量范圍［5］；

（4）梳理礦山供電系統的防雷網絡，對引雷線路進行檢查、搖測，確保接地電阻符合引雷要求；

（5）設置避雷針時要注意不與變電站主引雷網絡連接，滿足不發生反擊的要求［6］。

6 結束語

隨著電力系統的不斷發展，繼電保護技術愈來愈成為礦山電網發展的焦點，從頭痛醫頭、腳痛醫腳到預防性檢修、試驗和繼電保護裝置的全覆蓋應用，二次系統的硬件技術和軟件的雙提升，讓礦山供電系統越來越可靠。