500kV线路永久性接地故障的分析判断

郑绍军 马海波

（国电双辽发电有限公司，吉林 双辽 136400）

1 引言

国电双辽发电有限公司是一座拥有 4台300MW火力发电机组的超百万电厂，于2000年建成投运。其中 3、4号发电机经主变压器升压后以500kV一级电压接入系统，以一回500kV线路至梨树变电站，线路长度约 73kM，命名为双梨乙线。如图1所示。

图1 双辽发电有限公司500kV系统一次简图

2009年5月29日双梨乙线线路A相断线发生永久性接地故障，线路保护及机组保护均正确动作，线路开关及机组主开关及时分闸。这是自该线路投运以来首次发生永久性故障。

2 事件概况

时间：5月29日14点16分

天气：狂风、雷雨

地点：500kV双梨乙线，距双辽厂侧5.21km

事件：

电气：（1）A相接地故障，线路保护高频距离、距离一段、分相差动保护动作跳开5013、5012开关A相，890毫秒后5013开关重合，重合于永久性故障，保护三跳，跳开5013、5012开关。

（2）3号发电机过激磁定时限动作（保护动作于信号）、发电机过激磁反时限动作（保护动作于解列灭磁)、5012开关非全相运行发信号动作、励磁系统故障保护动作跳开3号主变出口5011开关，3号机灭磁停机，厂用电切换。

（3）4号发电机过激磁定时限动作（保护动作于信号）、高厂变复压过流（保护动作于解列灭磁)、励磁系统故障保护动作跳开 4号主变出口 5022、5023开关，4号机灭磁停机，厂用电切换。

（4）3号机6kV厂用3A段PT来零序过压报警，3A、3C厂用段PT来低电压报警，保安段切换到备用电压，同时保安段工作电源来失电报警。

（5）4号机6kV厂用4A段PT来零序过压报警，4A、4C厂用段PT来低电压报警，保安段切换到备用电压，同时保安段工作电源来失电报警。

汽机： 3、4号机甩负荷至零，主汽压最高达20.48MPa，过热 1、2号安全门均动作，汽动给水泵跳闸，电泵联启，DEH汽轮机液压调速系统由自动切手动。3号汽轮机转速飞升至 3170rpm，OPC汽轮机超速限制保护动作。4号汽轮机转速飞升至3173rpm，OPC汽轮机超速限制保护动作。

锅炉：停 3、4号炉手动 MFT，主机跳闸，联系汽机专业投入高、低旁路运行。值长令3、4号炉灭火，汽包水位上至+300mm，停止上水，开省煤器再循环门。

3 事故分析

3.1 单相接地短路故障简介

2009年5月29日14时16分，事发时有雷击、暴风雨等恶劣天气，造成500kV双梨乙线A相单相接地故障。电力系统及电气设备最常见的短路是单相接地，统计数据显示约占电力系统全部短路的75%以上。其中绝大多数是瞬时性接地故障，而永久性接地故障仅占很小的比例。对大电流接地系统，继电保护应尽快切断单相接地短路电流。

单相接地瞬时性故障（动作顺序）：

单相故障→单跳→重合闸计时→单相重合闸→系统恢复正常运行

单相接地永久性故障（动作顺序）：

单相故障→单跳→重合闸计→单相重合闸→重合于永久性故障→三跳

3.2 线路保护动作情况分析

（1）500kV线路保护配置

500kV双梨乙线全长 72.28km，配置两套相互独立的主保护和后备保护，即配置国产许继GXW 101A-42/X型保护和瑞士ABB公司的REL561型进口保护。

GXW 101A-42/X型保护屏由许昌继电器厂生产，屏上装设有CSL101A型多CPU成套线路微机保护装置和 GSF-6A型高频保护收发信机。该保护屏具有高频闭锁式主保护、距离保护、零序保护，使用B相专用高频通道，频率为166kHz。

REL561型保护屏是ABB公司生产的成套线路保护装置，该保护屏具有分相电流差动保护、距离保护、零序保护。

此外在断路器辅助继电器屏还设有断路器失灵保护和重合闸继电器。

（2）故障前线路运行情况

1）双梨乙线A相电压 306.54kV。

2）双梨乙线B相电压 306.76kV。

3）双梨乙线C相电压 304.49kV。

4）双梨乙线N相电压4.59kV。

5）双梨乙线A相电流 0.56kA。

6）双梨乙线B相电流 0.56kA。

7）双梨乙线C相电流 0.57kA。

8）双梨乙线N相电流 0.01kA。

结论：运行正常，电流电压平稳。

（3）500kV线路保护动作情况及分析

101A保护记录信息 （第一套保护）

1）2009-5-29 14：16：30。

2）7 GPQD 高频启动。

3）18 1ZKJCK 距离I段出口。

4）32 GPJLCK 高频距离出口。

5）928 XXJCK 阻抗相近加速出口。

6）935 GJJSCK 高频保护瞬时距离加速出口。

7）CJ L=5.21 AN 测距 5.21KM A相接地。

REL561保护记录信息 （第二套保护）

1）2009-5-29 14：16：27.400。

2）TRIP A 跳A相。

3）PHS STPE 接地选相动作。

4）PHS-STFW-A A相正方向选相动作。

5）PHS-STFW PE 正方向接地选相动作。

6）ZM 1 TRIP 距离1段跳闸。

7）DIFL TRIP 差动跳闸。

8）DIFF TRIP A 差动跳A相。

9）AR 1P START 单相启动重合闸。

10）TEF START 零序启动。

11）TEF STFW 零序正方向。

12）CB 1PH OPEN 开关单相分闸。

13）CB OPEN 开关分闸。

线路保护动作行为分析：

1）故障相：A相

2）单跳时间：18mS线路保护高频距离、距离一段、分相差动保护动作，60.6mS跳开5013、5012开关A相（录波图2）

3）重合闸时间：881.4mS后5013开关重合（录波图3）

4）三跳时间：928mS阻抗相近加速出口保护三跳，959.5mS跳开5013、5012开关（录波图4）

5）故障性质：A相永久性故障

图2 故障发生60.6m s后5012、5013开关A相分闸

图3 881.4m S后5013开关重合

图4 959.5m S跳开5013、5012开关

结论：经过实际对线路检查，确认A相发生永久性接地故障，保护动作行为及故障录波正确。

3.3 机组保护动作情况分析

（1）机组保护配置

我厂3、4号机组采用发电机－变压器组的单元接线接入500kV 3/2接线的配电装置，经双梨乙线送出电能。单元机组的励磁变压器电源、高压厂用变压器电源由发电机与主变压器之间的主封闭母线引出。

发变组及高厂变保护采用东南大学和南京电力自动化设备总厂联合研制成功的GZFB-W 251型微机发电机变压器组保护装置。可提供三十多种保护功能和非电量保护接口，分布于若干个相互完全独立的CPU系统。3、4号微机发变组、厂高变保护分A、B、C柜，主、后备保护分别布置在四个CPU单元中。

（2）故障前3号机组运行情况

1）3号机组有功272MW。

2）3号机组无功96MVAR。

3）发电机定子电流A相7971A。

4）发电机定子电流B相8149A。

5）发电机定子电流C相7971A。

6）发电机定子电压20.53kV。

7）发电机转子电压248V。

8）发电机转子电流1957A。

结论：3号发电机组正常运行。

（3）3号发电机组保护动作情况及分析

3号发变组保护屏发电机过激磁定时限动作（保护动作于信号）、发电机过激磁反时限动作（保护动作于解列灭磁)、5012开关非全相运行发信号动作、励磁系统故障保护动作。

3号发电机组保护动作行为分析：

1）500kV线路发生单相接地故障，此时线路保护动作单跳5012开关、5013开关A相，导致5012开关非全相运行信号发出。

2）由于5013开关重合于永久性故障，线路保护动作跳开5013、5012开关，此时3号机组突然甩负荷，此时由于励磁调节器的滞后特性，各限制未来得及动作，机端电压迅速上升，同时机组转速上升，频率同时上升，当过激磁倍数（n=U/F)至 1.1倍时，致使发电机过激磁定时限发出信号，持续一段此状态后达到过激磁反时限保护动作值，保护动作跳开5011开关，3号机组灭磁停机。

（4）故障前4号机组运行情况

1）4号机组有功265MW。

2）4号机组无功94MVAR。

3）发电机定子电流A相7941A。

4）发电机定子电流B相8089A。

5）发电机定子电流C相7901A。

6）发电机定子电压20.52kV。

7）发电机转子电压248V。

8）发电机转子电流2048A。

结论：4号发电机组正常运行

（5）4号发电机组保护动作情况

发电机过激磁定时限动作（保护动作于信号）、高厂变复压过流（保护动作于解列灭磁)、励磁系统故障保护动作。

4号发电机组保护动作行为分析：

1）由于5013开关重合于永久性故障，线路保护动作跳开5013、5012开关，此时4号机组突然甩负荷，此时由于励磁调节器的滞后特性，各限制未来得及动作，机端电压迅速上升，同时机组转速上升，频率同时上升，当过激磁倍数（n=U/F)至 1.1倍时，致使发电机过激磁定时限发出信号。

过激磁反时限保护未动，分析是由于3、4号机组励磁调节器、汽轮机转速限制等存在一些差异，过激磁保护动作情况会有所不同。

2）4号发变组保护高厂变复压过流保护动作，分析是由于4号机组孤岛运行，厂用段电机同时启动使高厂变复压过流保护动作，跳开 5022、5023开关，4号机组灭磁停机。

结论：经过对故障录波器数据调取和保护报告打印，确认此次故障时，3、4号机组保护动作行为正确。

3.4 厂用系统异常情况分析

（1）故障前3、4号机组运行情况

1）3（4）号高厂变运行，低压侧 63A1（64A1）、63B1(64B1)开关分别带6kV厂用3A(4A)段、3B(4B)段运行。

2）2号起备变运行，低压侧62G1、62G2开关分别带6kV公用2A段、2B段运行。

3）3(4)号机0.4kV保安段B31(B41)开关合位、B312(B412)开关合位、B32(B42)开关合位、B322(B422)开关分位、3HKK(4HKK)开关分位。保安段由工作电源带负荷运行。

4）结论：3号发电机组厂用系统标准方式运行。（2）3(4)号机组厂用系统异常情况

6kV厂用电切换至备用电源（2号起备变），6kV厂用3A(4A)段PT来零序过压报警，3A(4A)、3C(4C)低厂变 PT来低电压报警，保安段切换到备用电源B32(B42)、B322(B422)开关。

3（4）号机组厂用系统异常情况分析：

1） 6kV厂用电切换至备用电源

机组事故跳闸时，6kV厂用电将进行串联切换。即 63A1（64A1）、63B1（64B1）开关由机组保护动作跳闸，此时机组保护启动快切装置切换至2号起备变带厂用段运行，63A0（64A0）、63B0（64B0）开关合闸。

2）6kV厂用3A（4A）段PT来零序过压报警

由于6kV厂用3A（4A）段与3B（4B）段所带负载不同，所以6kV电压由工作电源切为备用电源存在先后，分析认为 6kV厂用 3B（4B）段快切是以同期捕捉切换到备用电源的，3A（4A）段快切是以残压切换到备用电源的，6kV厂用 3A（4A）段切换较6kV厂用3B（4B）段慢 ，造成厂用电压不平衡 瞬间表现出来，延时0.1s发零序过电压报警。而6kV厂用 3B（4B）段未来报警原因为其切换时间小于0.1s。

（3）3A（4A）、3C（4C）低厂变 PT来低电压报警，保安段切换到备用电源。

6kV厂用3A（4A）段切换较6kV厂用3B（4B）段慢，造成电压降低，使厂用PC 3A（4A）、3C（4C）段来低压报警，同时跳开保安段工作电源，此时由于6kV3B（4B）段已经切换到备用电源，所以保安段也切换到备用电源。

结论：3、4号机组厂用电系统受线路故障影响，致使一些保护动作及发出异常报警信号，分析认为各保护动作行为正确。

4 结论

（1）本次 “500kV双梨乙线A相发生永久性接地故障”时，500kV线路保护及3、4号机组各主、后备保护均正确动作。

（2）本次故障在给我厂造成一定经济损失的同时，检验我厂机、炉、电系统保护的正确性。

（3）本次故障是一次难得的学习机会，对以后的学习工作具有极强的借鉴价值。