中阻抗母线差动保护不正确动作事故分析.pdf

中阻抗母线差动保护不正确动作事故分析 柳焕章 华中电网有限公司 湖北省武汉市 430077 摘要 华中电网连续发生 2 起 RADSS S 型中阻抗母线差动保护不正确动作事故 有误动 也有拒 动 一起事故是 短接了备用间隔辅助变流器一次侧 形成短接变流器与差动回路分流 造成 RADSS S 型母线保护拒动 另一起事故是 电流切换接点击穿 双母线的 2 套 RADSS S 型母线保 护直接产生了电的联系 破坏了差动保护的电流关系 误动保护引入了差动电流 拒动保护吸出的 差动电流反而成为制动电流 2 起事故一个共同点是违背了 RADSS S 型母线保护的工作原理 继电保护专业人员缺乏对保护原理的掌握 制造厂家没有指导用户正确使用保护 运行维护人员缺 乏定期检验和维护 按照十八项反措 对重要 220 kV 变电站配置双套母线保护 逐步更换有触点 切换的模拟式母线保护为无触点切换的微机保护 关键词 母线故障 事故分析 中阻抗母线保护 切换继电器 反事故措施 中图分类号 TM772 收稿日期 2006 04 05 修回日期 2006 06 27 0 引言 1 3 中阻抗母线差动保护以结构简单 动作快速 抗 电流互感器 T A 饱和等特点 在高压电网中得到广 泛应用 华中电网 1 个月发生 2 起中阻抗母线差动 保护不正确动作事故 有误动 也有拒动 这 2 起事 故具有典型性 性质恶劣 严重威胁电网安全稳定运 行 通过对事故的调查分析 深刻体会到 继电保护 专业人员掌握保护的原理 正确使用保护 加强对保 护装置的检验和维护至关重要 1 RADSS S型母线保护原理简述 差动保护是根据基尔霍夫电流定律 任何一个 节点流入电流等于流出电流 即节点电流的代数和 为 0 i 0 理论上 差动保护无区内短路则 差动电流为 0 区内短路差动电流等于短路点电流 实际上 T A 的传变误差使得区外短路产生不平衡 差动电流 不平衡电流随穿越电流增加而增加 自然 想到将差动保护的动作特性设计成比率制动 RADSS S 型母线保护选用绝对值之和作为制动 量 i S i T A 传变的另一个误差是 TA 饱和 所谓 T A 饱和就是 T A 的励磁电抗降 低 RADSS S 型母线保护在差动回路中串联一个 中阻抗 当区外短路 T A 饱和时 利用中阻抗与饱和 TA 的二次回路阻抗形成分流 分流至饱和 TA 的 二次回路的电流只产生制动电流 不产生差动电流 有效地防止了区外短路情况下 T A 饱和误动作 RADSS S 型母线保护原理如图 1 所示 图 1 RADSS S 型母线保护原理 Fig 1 RADSS S bus protection theory 结合图 1 分析中阻抗母线差动保护的工作过程 如下 1 区内无短路 TA 未饱和 差动电流 Id1 0 穿越电流在 2 个制动电阻 Rs 2 上产生制动压降 对 差动继电器 CDJ 施加反向电压 CDJ 可靠不动作 2 区内短路 将短路后电流分为短路点电流和 穿越电流 短路点电流流经差动回路 Rcd T md DXJ 经差动回路变流器 Tmd 整流后 对 CDJ 施加 正向电压 起驱动作用 穿越电流对 CDJ 起制动作 用 这样就形成了差动继电器的制动特性 3 区外短路 T A 饱和 可以将饱和 T A 看成 一个纯电阻 它不能提供电流来平衡其他 TA 提供 的电流 因而产生差动电流 另一方面 这个纯电阻 91 第 30 卷 第 24 期 2006 年 12 月 25 日 Vol 30 No 24 Dec 25 2006 串联一个 Rs 2 与二极管和差动回路并联 流过并 联回路的电流在 2 个 Rs 2 上产生制动电压 防止区 外短路 TA 饱和引起差动保护误动作 2 仓颉变电站 RADSS S型母线保护拒动分 析 2006 年 2 月 14 日 河南省仓颉变电站发生 500 kV 母 B 相接地短路 2 套 RADSS S 型母线 保护拒动 拒动原因十分简单 安装人员将 2 个备 用间隔辅助变流器一次侧短接 将短接的辅助变流 器从二次侧看成一个等效电阻 Rdx 如图 2 虚线所 示 由于一次侧短路 Rdx远小于差动回路电阻 Rcd 和 R 当发生 500 kV 母 B 相接地短路时 被短接 的辅助变流器旁路了中阻抗差动保护的差动回路 旁路电流只产生制动电流 不产生差动电流 因此 差动电流远小于制动电流 差动保护拒动 中阻抗 母线差动保护的原理就是在差动回路串联一个中阻 抗 防止区外短路 TA 饱和差动保护误动作 仓颉 变电站母线保护拒动事故就是人为地将备用间隔辅 助变流器一次侧短接 完全模拟了区外短路 T A 饱 和 造成 RADSS S 型母线保护拒动 图 2 仓颉 RADSS S 型母线保护拒动原理 Fig 2 Principle of RADSS S bus protection refusing operation in Cangjie substation 3 葛洲坝二江发电厂 RADSS S型母线保护 不正确动作分析 2006 年 3 月 14 日 葛洲坝二江发电厂发生 220 kV 母A 相接地短路 RADSS S 型母线保护 母误动 母拒动 葛洲坝母线保护不正确动作 相对仓颉变电站复杂得多 葛洲坝二江发电厂主接 线为双母线带旁路 旁路母线分段 事故前 葛洲坝 二江发电厂 220 kV 系统单母线运行 母停运 母运行 5 台机组和 8 回出线在 220kV 母正常运 行 母线保护不正确动作原因是 2 号发变组单元 双位置继电器的其中一副常开接点击穿 如图3 所 示 该继电器由 2 号发变组接入母线的刀闸控制 自动切换接入母差的电流 接跳断路器等 被击穿 接点将 2 号发变组电流同时接入 母 母差动保 护 使 母 母差动保护产生了直接电的联系 图 3 葛洲坝 RADSS S型母线保护不正确动作原理 Fig 3 Principle of RADSS S bus protection incorrect operation in Erjiang power plant 1 母差动保护误动原因分析 由于 母停运 理应 母差动保护无任何电流 2 号发变组切换继电器接点击穿 所以流入 母差 动电流仅为该接点电流 它既是差动电流 也是制动 电流 其动作斜率为 1 保护的制动系数 S 0 8 因 此 只要该电流达到动作电流就动作 该电流不仅 是2号发变组分得的短路电流 由于 母 母差动 保护产生了直接电的联系 它还会从 母差动保护 中获得大量的电流 这一点在分析 母拒动中说 明 它远远大于动作电流 造成 母的差动保护误 动 2 母差动拒动原因分析 由于 母接有 5 台发变组和 8 条送出线路 仅 从分流的观点看 即使 2 号发变组电流全部被分流 至 母母差 也不会造成 母母差保护拒动 母 母差保护拒动的根本原因是 母 母差动保护的 差动回路被并联 并联回路为 一端是中间变流器 二次侧中性点 另一端是 2 号发变组切换继电器的 切换电流接点 母击穿 母正常闭合 把图 3 简化后如图 4所示 图 4 葛洲坝 RADSS S型母线保护不正确动作简化图 Fig 4 Simplified graph of the failure of RADSS S bus protection of Erjiang power plant 假设 2 号发变组电流为 Ik 其他 4 台发变组和 8 条送出线路的电流为 k 倍Ik 母差动电流为 Id 母差动电流为 p 倍Id 整个差动回路的等效电阻 92 2006 30 24 为 Rd 保守的估计是 k 5 若 D1 导通 D2 截止 肯定 p 5 B 点的电位高于C 点p 倍 A 点的电位 高于 B 点的电位 由于 Rs远小于 Rd 下面证明 D 点的电位略高于 C 点的电位 A 点的电位高于 D 点的电位 所以 D1 必然截止 只要 p 1 B 点的 电位高于 C 点 也就高于D 点 就有 D1 截止 D2 导 通 从图 4 可见 D1 截止 D2 导通 母 母差动 回路基本对称 母差动电流略大于 母差动电流 即 p 略大于 1 证明如下 由图 3 并参见文献 1 有 S Id1 IT3 Rs nmdR Rs 2 1 式中 S 为制动系数 厂家推荐的数据为S 0 8 nmd 为差动回路变流器变比 将 S 0 8 代入式 1 得到 nmdR 1 5Rs 2 2 整个差动回路等效电阻为 Rd Rcd n 2 mdR 3 将式 2 及厂家推荐的数据 nmd 10 代入式 3 得到 Rd Rcd nmd 1 5Rs 2 Rcd 1 5Rs 2 因此 Rd Rs 2 4 从 母差动回路计算 D 点的电压为 UD IdRd Rs 2 VF 5 式中 VF为二极管压降 VF 0 7 从 母差动回路计算 D 点的电压为 UD pIdRd ID2Rs 2 VF 6 式中 ID2为流经二极管 D2 的电流 ID2 Id Ik 7 计算 0 节点的电流为 Ik kIk Id pId 经变换后可得 1 k Id Ik k p Id 8 将式 8 代入式 7 得 ID2 k p 1 kI d 9 将式 9 代入 6 再与式 5 联立 得到 IdRd Rs 2 VF pIdRd k p 1 kI d Rs 2 VF 忽略 VF 同除以 Id 得 Rd Rs 2 pRd k p 1 k Rs 2 P 1 k Rd 1 2k Rs 2 1 k Rd Rs 2 由式 4 可知 Rd Rs 2 故 p 略大于 1 p 略大于 1 说明 只要 D1 截止 D2 导通 此时 母的制动电流和 2号发变组的短路电流汇集成为 母的差动电流 母的差动保护轻而易举地误动 作 被 母拉走的 母的差动电流反而作为 母的 制动电流 母的差动保护必然拒绝动作 4 葛洲坝二江发电厂母线故障事故的调查 过程 根据事故现象 列出产生母线保护不正确动作 的几种可能性 4 1 一次 二次定义交叉 将 母母差定义为 母母差 母母差定义为 母母差 即将 母电流切换至 母母差 将 母电 流切换至 母母差 接跳回路为 母母差动作跳 母 母母差动作跳 母 这样动作的后果完全 符合事故现象 4 2 切换继电器动作错误 1 切换继电器误动作 造成 母 母互联 将 母母差电流全部切换至 母母差 接跳 母 母 所有断路器 如果这样 母短路 虽然只有 母母 差动作 但是跳闸后果与事故现象不符合 2 切换继电器电流切换接点粘连 正常运行便 会出现差流 差流告警继电器会动作告警 4 3 二次回路 母 母母差保护窜电 验证试验过程如下 1 停运母差保护 检测 母 母复合电压的对 应关系 检测结果完全对应 动作信号正确 返回时 信号返回 2 测量 母 母母差保护差动电压及制动电 压 B C 相 母无 母有 A 相 母 母均有 说明一次 二次定义无交叉 A 相 母 母母差产 生电联系 3 不短接 TA 二次回路 外加电流 进一步发现 A 相的差动电压及制动电压同时随外加电流变化而 变化 母 母分别外加电流反应趋势一致 进一 下转文后第 25 页 continued on page 25 of 2006 Index 93 现场经验 柳焕章 等 中阻抗母线差动保护不正确动作事故分析 朱湘有 见 刘杨华 李欣然 朱湘有 等 13 79 朱晓彤 见 金华锋 余荣云 朱晓彤 等 3 65 朱英伟 赵舫 基于流程的地区电网电能 量采集系统设计和应用 10 105 朱勇军 见 陈荣保 朱勇军 费敏锐 14 102 朱兆霞 邹斌 PJM 日前市场电价的统计 分析 23 53 朱治中 谢开 于尔铿 电力市场制度研 究 一 电力市场产权制度设计 5 37 朱治中 谢开 于尔铿 等 电力市场制度 研究 二 电力 市场交易费 用分析 6 35 朱治中 谢开 于尔铿 电力市场制度研 究 三 电力市场风险及其对策 7 37 庄侃沁 武寒 黄志龙 等 龙政直流双极 闭锁 事故 华东 电网 频 率特 性分 析 22 101 邹斌 见 朱兆霞 邹斌 23 53 邹斌 言茂松 张影 基于古诺博弈的容量 补偿与容量持留比较 2 51 邹贵彬 江世芳 保留非线性的交直流联 合系统状态估计算法 9 15 邹积岩 见 王玉峰 李立伟 邹积岩 等 22 96 邹吉昌 见 段斌 孙璐 邹吉昌 15 30 邹晴 林湘宁 翁汉琍 基于闭环控制的独 立电力系统低频减载策略 22 34 邹晓玉 王浩 吴晓博 I EC 61850 标准中 SCL 语言的几个实践应用问题探讨 15 77 邹云屏 见 何英杰 邹云屏 刘飞 等 10 64 左幸 马光文 过夏明 三角旋回算法求解 梯级电站群短期优化调度 13 28 上接第 93 页 continued from page 93 步说明 A 相 母 母母差存在直接电的联系 母 差保护不能运行 B C 相正常 4 短接 TA 二次回路 做母差保护动作特性 做 母时 将所有元件切换至 母 做 母时 将所 有元件切换至 母 除 母 A 相外 其他相特性基 本正常 试验中发现 母 A 相差动回路短路 为 查找短路回路 断开中间变流器二次中性线与 母 A 相差动回路 分别外加电流 当直接在差动回路 加电流时 甩开了短路回路 保护动作特性基本正 常 当在中间变流器二次中性线加电流时 回路被短 接 由于所有元件切换至 母 回路本应开路 出现 短路说明电流切换接点粘连 最终查找到 2 号发变 组切换继电器的切换电流接点击穿 5 更换 2号发变组切换继电器 保护装置一切 正常 5 反事故措施 继电保护专业人员加强对保护原理的学习 掌 握 制造厂家指导用户正确使用保护 特别是事关保 护拒动 误动的注意事项要特别提醒 运行维护人员 定期对保护装置检验和维护 系统要为母线保护定 期检验创造条件 对重要的 220 kV 变电站按十八 项反措配置双套母线保护 逐步更换有触点切换的 模拟式母线保护为无触点切换的微机保护 参 考 文 献 1 柳焕章 中阻型母线差动保护动作行为分析 电力自动化设备 1999 19 2 28 29 LIUHuanzhang Middleimpe