一起发电厂复合型继电保护动作事故分析

汪 洋，王劲松，刘天海，张雅君

（淮沪煤电有限公司田集发电厂，安徽 淮南 232098)

0 引言

伊拉克某电厂共有6台燃油(气)机组，由上海电气集团总包、上海电力运营公司承运。此项目是伊拉克战后国家重建重点工程，发电量占伊拉克总发电量的1/4左右，可提供巴格达1/2左右的电力供应，其总装机容量为2 540 MW。

1 设备概况

继电保护动作跳机事故发生期间，1期4×330 MW机组已经商业运行；2期2×610 MW机组中5号机组处于并网后试运行阶段，即伊拉克电力行业RTR阶段(相当于中国机组商业运行前的“168 h试运行”阶段，由调试单位负责)。该电厂400 kV 1期升压站由5串构成，为4台机组、4条出线和2个联络变出线间隔，采用3/2接线，母线编号为ⅠA母线、ⅡA母线。400 kV 2期升压站由2串构成，为2台机组与2条出线间隔，母线编号为ⅠB母线、ⅡB母线。1，2期400 kV母线通过4101，4202母线分段开关相连。5号发变组接4083，4082开关。整个400 kV升压站示意图如图1所示。

事故前400 kV系统运行方式为ⅠA/ⅡA母线及5串运行、ⅠB/ⅡB母线运行，母线分段4101，4202开关合闸。5号主变、线路串中，5号机组运行，线路停运，4081，4082，4083开关合闸；6号主变、线路串未投运，3个开关均处于分闸状态。

图1 400 kV升压站结线示意

2 事故经过

2014-12-15T07:52，400 kVⅠA母线母差保护动作，跳开400 kVⅠA母线所连接的开关；4083开关短引线保护动作，5号机组跳机；5号机组厂用电快切装置切换成功后极短时间内，132 kV 3号启备变高压侧开关跳闸，3号启备变失电，机组失去高压厂用电源；高压厂用电源失电后，保安段失电，柴油发电机组未启动，无保安电源；为保障机组设备安全，抢送3号启备变成功，厂用电带电，5号机组安全停机。

3 事故分析

现场事故过程总体上由以下4个事件构成：

(1) 400 kVⅠA母线母差保护动作；

(2) 4083短引线保护动作；

(3) 3号启备变合闸成功又跳闸；

(4) 柴油发电机组未应急启动。

下面依次对这4个事件进行分析。

3.1 400 kVⅠA母线母差保护动作分析

事故发生后，调试人员检查各故障报告与记录，发现4083开关短引线保护与400 kVⅠA母线母差保护同时动作。首先查看了400 kVⅠA母线母差保护，母差保护装置采用的是南京南瑞继保电气有限公司的RCS-915E型设备，由母差保护动作记录可知：故障时C相差流达到了8.77 A，远远大于母差保护动作定值，保护动作行为正确；从故障开始到故障完全切除的时间为2.5个周波，即故障持续的时间为50 ms左右。

根据保护的动作信息，立即到升压站对400 kVⅠA母线进行仔细检查，发现由于冷水塔离升压站很近，大风将冷水塔水汽直接吹到升压站母线上，造成母线支柱绝缘子放电击穿，故障点放电痕迹很明显。图2为升压站故障时拍摄的气象图以及绝缘子放电击穿痕迹图。

图2 400 kV升压站气象及400 kVⅠA母瓷瓶放电痕迹

从图2(a)可以看出，当时400 kV升压站水汽弥漫，现场相当潮湿，极大地影响了电气设备的绝缘性能。图2(b)为故障点的情况，可以看出瓷瓶与支座之间有明显的放电击穿痕迹，此击穿瓷瓶为C相，与母差保护记录相符合，母差保护动作正确。

3.2 4083开关短引线保护误跳机分析

短引线保护主要针对3/2接线方式，当一串开关中一条线路(或主变)停用，则该线路(或主变)侧的隔离开关将断开。此时保护用电压互感器也停用，线路(或主变)主保护停用，因此在短引线T区范围内的故障，将没有快速保护来切除。为此，设置了短引线差动保护，在T区范围内故障时，该保护可快速动作切除故障。

对于该电厂项目，短引线保护采用的是180°差电流回路接线。当5号机组检修，正常合环运行时，由于4083，4082开关电流互感器中流过的电流幅值相等且向量和为0，即差流为0，保护不会动作。当短引线T区出现故障时，2电流向量和不为0，出现差流，保护能可靠动作以切除故障。

当5号机组正常运行时，由于机组分别通过4083，4082开关向ⅠB，ⅡB母线送出负荷。4083，4082开关电流方向相反，类似于短引线区内的短路故障情况，所以需要退出短引线保护，防止保护误动。一般设计院设计时，短引线的投退方式有以下2种：

(1) 通过主变(或线路)隔离刀闸的常闭接点串入跳闸出口回路中，以实现自动投退短引线保护；

(2) 在跳闸出口回路中串入保护投退硬压板，运行人员根据实际运行方式手动投退短引线保护。

该电厂短引线保护的投退方式采用主变(或线路)隔离刀闸的常闭接点和保护投退硬压板并联的方式。短引线保护投入时，主变(或线路)隔离刀闸常闭接点闭合或者手动投入保护硬压板任一条件满足即可；退出时，必须主变(或线路)隔离刀闸常闭接点打开并且手动打开保护硬压板2个条件同时满足。短引线保护跳闸回路如图3所示。实际接线采用隔离刀闸常闭接点的重动接点与投退压板并联，并经光耦隔离环节后接入短引线保护出口回路，将强电、弱电部分隔离。

图3 短引线保护跳闸回路

事故分析时，通过询问调试人员，发现调试人员在保护调试过程中，未能检查清楚保护出口回路部分。调试人员根据以往工作经验，认为跳闸回路为主变侧隔离刀闸常闭接点和外接保护投退压板是串接后出口跳闸，如图4所示。调试人员误认为只要主变隔离刀闸合上后，主变隔离刀闸常闭接点打开，保护自动退出，不需要运行人员手动断开压板退出保护。

图4 调试人员误认为的短引线保护跳闸回路

在5号机组运行时，虽然主变隔离刀闸常闭接点打开，但调试人员没有手动退出短引线保护硬压板，造成短引线保护一直处于投入状态，是造成此次短引线保护误动作，5号机组跳机的最直接原因。

另外一个需要分析的问题是：机组正常运行时，短引线保护没有动作，而在母线出现接地故障时，保护会出现误动。

通过检查短引线保护定值，差动保护启动值为0.3 A，跳闸时间为0，CT变比为2 500/1，折算成主变出力为：此新建机组试运行期间，发电机出力没有达到此负荷值，所以短引线差动保护没有启动及出口跳闸。

而400 kVⅠA母线C相出现接地故障时， 5号机组通过2条途径向故障点提供故障电流。第1条途径:通过4083开关、4202开关以及1期400 k V完整运行串向故障点提供故障电流；第2条途径：通过4082开关、4081开关、4101开关向故障点提供故障电流。所以4082，4083开关电流会瞬间变大，即短引线保护的故障电流变大。从4083短引线保护动作记录可知：故障时2个开关C相电流明显变大，2个开关电流都大于1 A，且相位相同，差流为2电流向量之和，所以故障瞬间短引线保护采集到的差流大于2 A，远远大于短引线保护定值0.3 A；另外故障电流持续时间约为2.5个周波，即约为50 m s，和400 kVⅠA母线保护完全切除时间大致相等。由此得出，在母线出现接地瞬间，短引线保护和母线保护同时动作。短引线保护动作跳开4083，4082开关，5号机组跳机。

按照设计要求，当母线故障时，母线保护动作，跳开故障母线，隔离故障点。400 kVⅠA母线C相故障点不属于4083短引线保护范围内，短引线保护动作的原因是机组正常运行时应该退出短引线保护，而调试人员没有实际检查保护装置跳闸回路的逻辑，只是根据个人经验，未退出短引线保护，从而导致保护动作，5号机组跳机。

3.3 备用电源快切成功后启备变跳闸分析

该电厂2期2×610 MW机组备用电源3号、4号启备变取自132 kV母线。事故发生当天，3号启备变运行，4号启备变未投运。其中3号启备变间隔断路器通过132 kV高压电缆接到3号启备变高压侧，距离比较远。132 kV高压电缆保护采用光纤差动保护，两侧装有国电南京自动化股份有限公司的PSL-621U型保护装置，实现光纤差动以及远传、远跳等功能。启备变保护动作时，通过远传、远跳保护来实现3号启备变132 kV高压侧开关的跳闸。其中，远传保护是用于启备变非电量跳闸，即：当启备变出现非电量保护动作时，启动远传保护将跳闸指令通过光纤传到对侧保护装置，跳开启备变高压侧开关。远跳保护是用于电气量跳闸，即：当启备变电气量保护动作时，启动远跳保护将跳闸指令通过光纤传到对侧保护装置，跳开启备变高压侧开关。

查看厂用电快切过程中故障录波器记录的波形可知：3号启备变低压侧A分支三相电流持续时间约234 ms。说明快切成功大约234 ms后，3号启备变跳闸。

检查启备变跳闸原因时，发现3号启备变高压侧电缆保护装置PSL-621U电缆保护中远传保护动作。而远传保护必须由启备变非电量保护动作后才能启动。检查启备变非电量保护装置，无任何报警、跳闸信号，装置内也无任何相关报文，相关DCS、故障录波器中也未记录任何非电量保护动作信号。因此，远传保护动作原因不明。

3.4 柴油发电机组未应急启动分析

在正常情况下，当启备变跳闸、厂用电失电后，保安段2路主电源失电时，柴油发电机系统应该自动启动为保安段供电。但此次事故中柴发设备并没有启动。检查发现，机组在试运行期间，调试单位将柴发控制权限放在“就地”位置，调试结束后并没有将控制方式还原到“远方”位置。致使在保安段失电时，柴发控制系统不能执行远方启动的逻辑，使保安段完全失电。

为了保护设备安全，使发电机组可以安全停机避免主设备损坏，调试人员抢送3号启备变成功，厂用电带电，才使机组安全停机。

4 结束语

通过此次事故的分析处理，得到如下经验总结。

(1) 力戒“经验主义”。此次事故中短引线保护误动作，是由于调试人员经验主义造成的，所以电力工作人员一定要摒弃凭经验干活的陋习。经验很重要，但不能脱离实际。任何现场的逻辑、回路都需要通过严谨的试验、检查来验证。特别对于短引线保护这种对系统运行方式有严格要求的保护，一定要严格把控，核对清楚回路及逻辑。

(2) 加强设备运行方式管理。柴油发电机系统未能启动，完全是由于设备管理出现问题造成的。电气管理人员一定要重视并加强设备运行管理工作。特别是对设备运行方式的操作、保护定值及投退压板管理等，容不得半点麻痹大意。此次事故发生时，如果启备变不能抢送成功，很有可能造成发电机组损坏事故，造成巨大损失。

(3) 不放过任何疑点。虽然为了机组设备安全，抢送3号启备变成功，但远传保护动作具体原因并未检查出来，在以后设备的运行中要加强观察、分析，查明快切装置动作异常原因。作为继电保护工作人员，必须认真对待任何一个疑点，通过一切可能的手段与方法进行相关试验和论证，消除设备隐患，确保设备运行安全。

(4) 认真执行设备防污闪事故措施。上述事故是一次由母线闪络引起的连锁故障。母线支柱绝缘子闪络故障在国内很多地方都曾发生，特别是在大雾、暴雨、大雪天气，更容易造成此类绝缘事故的发生。由于伊拉克地处中东，干旱少雨，灰尘比较大，支柱绝缘子积灰情况比较严重，碰到大雾以及雨季，很容易发生闪络故障，这也给日常维护工作敲响了警钟。对于常见的瓷瓶积灰现象，电气工作人员应该根据实际情况，仔细观察、检查瓷瓶和绝缘子的污脏情况，并制定相应的应对措施，如加强巡检、定期清扫等。

(5) 注重细节。很多电气事故的发生都是由于忽视细节引起的。最简单、基础的工作往往最容易被忽视。因此，电气工作人员一定要注重细节，才能防止失误及事故的发生。

1 国家电力调度通信中心．电力系统继电保护实用技术问答[M]．北京：中国电力出版社，2004.

2 崔家增，孟庆炎，熊炳耀，等．电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M]．北京：中国电力出版社，2006.