一次母差保护装置的事故分析及改进措施

冀红宙,李 丽

RADSS/S型母线保护装置适用于220 k V及以下电压等级,该保护装置在中国高压电网中已运行了很长时间,有良好的运行效果,但由于运行时间较长,自行检查能力较差,并且维护起来比较困难,因此不能满足双重化配置的要求.

本文主要通过分析河南白沙电厂110 k V机组保护和母差保护在一次系统故障中的动作情况,分析了Ⅰ母母差保护动作、Ⅱ母母差保护拒动的原因,并得出母差配置的不合理、不完善的地方以及现有RDASS/S型母差保护的不足,并对母差保护提出有效的改进方案.

1 事故情况简介

1.1 事故前整个系统运行过程

110 k V开关站的运行方式为单线运行:Ⅰ母线停电检修,Ⅱ母线带1#-2#、4#-6#共五台发电机,带G31-G36、G38共七条线路以及联络开关G46运行,3#、7#电机及G42检修[1].

1.2 事故问题

110 k V开关站出现Ⅱ母A相母线接地故障问题,事故点为041#闸刀对地短路,在母差保护中,Ⅰ母差支路保护出现误动,Ⅱ母差动保护出现拒动现象,从而导致事故的范围扩大,04DL、804-806DL跳闸,4#-6#停机.

Ⅱ母线A相线接地出现故障后,返回信号为:“母差动作”字高亮,“4#、5#、6#电气事故”字高亮.

2 整个机组保护过程分析

2.1 发电机组保护动作分析

1)5F保护动作分析

7JP、8JP保护装置励磁变过流保护动作,动作报告见表1.

励磁变过流保护定值为1.3 A、0.2 s.实际动作电流为1.328 A.因母差保护拒动,而后备保护中励磁变过流保护动作时间最短,因此保护动作为正确动作.

表1 5#机励磁变过流动作报告

2)6F保护动作分析

7JP、8JP保护装置励磁变过流保护动作,动作报告见表2.

励磁变过流保护定值为1.3 A、0.15 s.实际动作电流为1.478 A,保护动作正确.

3)4F保护动作分析

7JP、8JP保护装置励磁变过流保护动作、发变组差动保护动作报告见表3.励磁变过流保护定值为1.3 A、0.15 s,实际动作电流1.445 A,保护动作正确.

表2 6#机励磁变过流动作报告

表3 4#机励磁变过流动作报告

4)发变组差保护动作分析见表4.

表4 6#机发变组差动动作报告

发变差保护动作于速断段,速断段定值为24 A,保护动作电流为34.115 A.

发电机出现保护动作差乱的问题,从保护动作时间来分析,励磁变化动作时间为当日10时24分24秒884.29 ms,发变差保护动作出现的时间为当天10点24分24秒460.18 ms,因此,发变差保护比励磁变化先动作;然而,故障点应该在发变差保护范围之外,所以,发变差保护不应该动作.但从故障试验数据分析来看,情况却相反.

通过具体分析,出现这种情况的原因如下:第一:从4#故障表可知,4#励磁变过电流首先动作后,跳开804DL、FMK,保护结束后,发变差保护避开04DL;第二:励磁变过电流保护动作时间和发变组差动保护动作时间分别为子系统2及3时间,通过用同一电流同时做两者保护动作试验证明子系统3较子系统2时间早数百毫秒,这与4#机组出现的故障情况相一致;第三:从发变差保护动作采集的数据来看,4#高压侧短路电流远远大于TA额定电流,已经出现严重饱和.

以上情况充分说明,在Ⅱ母A相线接地出现故障后,励磁变过电流先动作,从而跳过804DL,引起中性点电流消失,但高压侧A相TA已经严重饱和,其二次侧电流不会立即消失.所以,对于发变组差动保护而言,通过把A相和C相差流换算到低压侧的值后,满足发变组差动保护动作的条件.

2.2 母差保护动作情况分析

RADSS/S型母差保护原理如图1所示[2,3],在整个回路中,RD 11为可变差动回路电阻,RD 3=1.1Ω,RS/2=7.3Ω,nd=10.差动保护动作条件:

当满足式(1)后,串接在出口回路中的启动继电器动作,接点闭合.如式(2)成立,电阻RD3上的压降大于电阻RS上的压降,那么差动继电器CJ动作.如果上述两个条件同时满足,保护出口跳闸.

图1 RADSS/S型母线差动保护原理图

1)Ⅱ母差拒动原因

由于2#电机组中继电器1MZJ中A相电流切换接点旁塑料熔化,接点接通,导致两套差动保护装置中A相回路出现窜电,电流分布如图2[4].从图中可以看出,Ⅰ母线A相回路中只保留了2#变流器支路,与产生差流的1#机组、3#-6#机组等支路合并.

接点1MZJ和2MZJ均为接通状态,这相当于通过M、N点Ⅰ母线A相回路和Ⅱ母线A相回路并联.如果发生故障,差动回路中电流的流向如图2所示,并且满足以下方程式:

设公共点N为参考点,且有UN=0,则有

为方便计算,如果发生故障时,假设通过各个发电机组流入差动回路的电流均为IF,其他线路变化产生的影响忽略不计,则式(4)变为:

将(4)代入(5),则有

且(RdII+nd2Rd3)≫RS,忽略RS,则(7)变为:

所以有

联合(6)、(9)求得:

2)Ⅰ母差动作原因

由上面计算得:

只要ITI大于启动电流后,保护即动作出口.

3)报警继电器拒动作情况分析

一次侧系统运行正常时,Ⅱ母线A相差动保护电流分布如图2所示,图中N点与变流器之间没有电流通过.2#单元1MZJ接点短路,这等于在N点串联后,Ⅰ母线回路并接在图2中M、A点上.

M、A点间电压为Ⅱ母差动回路中下侧的RS/2电阻上的压降,其大小U小于制动电压的一半.故障检查实测Ⅱ母A相制动电压为1.32 V,所以U＜0.66 V,因而流过差动回路的电流为:

按RdII+nd2Rd3＞110Ω计算,则I＜3 m A,制动电压小于50 m V,即流过Ⅰ母、Ⅱ母的差动电流小于3 m A,所以告警继电器不会动作.

3 母差保护改进

河南白沙电厂110 k V母线保护目前配置了一套某继电器集团生产的RADSS型中阻抗母差保护,于2000年5月安装投入运行.由于只有一套母差保护,其难以停运检验,所以定检工作每年不能按时进行,元器件是否损坏无法及时知道.在此次系统事故时母差保护已经延续运行了好几年没有进行年检.由于2#机组单元中的继电器1MZJ A相电流接点因绝缘外皮烧坏而粘在一起,这使Ⅰ母线差动保护出现误动,Ⅱ母线差动保护出现拒动现象,对整个设备系统造成了严重的安全影响.因此,通过对事故原因的分析,提出以下几条改进措施:1)将双位置继电器1MZJ的电流切换接点采取串联方式;2)新增一套微机控制的母差保护装置,将隔刀位置接点从现场操作箱直接引入微机保护装置,避免双位置继电器接点粘死而造成误动作[5];3)改变双位置继电器1MZJ切换方式,保证设备运行的可靠性;4)拆除中阻抗保护,新增两套微机控制的母差保护装置,均用TA回路串接,将其中一套改接至新增加的TA回路中,判别方式采用电流判别为主、接点识别为辅的方式[6].

图2 两套差动保护A相差动回路通过1MZJ接点窜电后示意图

4 结束语

RADSS/S型母差保护在中国电网中运行的效果是很好的,但由于该电厂只装备了一套母差保护,维护起来非常不便,再加上不能按时定检,元器件运行情况无法得知,母差保护改进后,彻底避免由于继电器接点粘死而造成误动作,另外还可以实现完全双重化及微机化.

参考文献:

[1]李晓华.微机型发变组故障分量差动保护运行分析[J].继电器,2001,10(9):45-48.

[2]RDASS/S型母线差动保护说明书(Manual for RADSS/S Type Bus Differential Protection)[Z].上海:上海继电器厂,1997.

[3]张华贵.RADSS/S型母线中阻差动保护的动作特性[J].继电器,2004,32(3):60-62.

[4]尤旦锋,何雪锋,李力,等.RCS-915系列微机母差保护中失灵保护及其双重化方案[J].电力系统自动化,2001,25(21):5860.

[5]王力飞.一起由母线单相接地引发的母差保护异常动作分析[J].电力系统保护与控制,2010,38(13):148-150.

[6]王俐,郑公艺.城头变220KV WMZ-41A母差保护异常现象的分析及预防措施[J].电力系统保护与控制,2009,37(22):166-168.