直流接地引起母线失灵保护误动作分析

李阳　陈健　李超　惠杰

提要：针对一起一个半断路器主接线母线失灵保护误动事故，分析了因为直流系统一点接地发生直流负接地现象，造成母线保护装置光耦开入回路导通，使失灵保护动作出口的原因。针对事故提出对策，做出母差保护开入板更换、完善了母差保护的双失灵开入回路及相电流检测的具体措施。

关键词：一个半断路器失灵保护；光耦；直流接地

中图分类号：TM771

引言

电力系统的母线是发电厂和变电所中最重要的电气设备之一，往往是电力系统汇合的枢纽。因此，母线故障率尽管少，却是电气设备中最严重的故障，后果十分严重，特别是500千伏系统将造成电力系统瓦解，使大面积用户遭受停电，人员伤亡并使电气设备遭到破坏，因而对母线保护装置的 动作可靠、灵敏、迅速性、抗干扰性要求更为严格，母线故障时应有足够的灵敏度，区外故障及装置本身故障保证不误动。由于系统的要求，当母线上发生故障时必须快速切除；保护装置必须十分可靠和有足够的灵敏度。

断路器失灵保护是母线保护一个重要组成部分。目前一个半断路器主接线方式下的母线保护，与一个半的断路器失灵保护配合，完成失灵保护的联跳功能。当母线所连接的某个断路器失灵时，该断路器的失灵保护动作接点提供给保护装置。保护检测到此接点动作时，经小延时联跳母线的各个连接元件。只有在检测到电网有扰动时，失灵联跳才有可能动作，但是直流负极一点接地造成继电保护光耦出口动作，特别是早期产品失灵开入没有电流闭锁，而且光耦开入回路是单开入，不符合出口继电器动作电压大于55%，小于70%直流电源电压的继电器（设计额定功率为5W）的要求。失灵开入接点发生误碰、或者单端直流接地时往往发生误动作，使母线所在断路器跳闸，造成事故危害很大，必须引起高度重视。

1、事故经过

500千伏XX站220千伏设备采用一个半断路器主接线方式。2015年8月27日，220千伏Ⅱ母线保护屏第I 套RCS-915E母线保护失灵开入频繁动作，在3分钟时间内开入变位共计23次，导致RCS-915E母线保护误保护动作，2223开关、2233开关、2242开关、2253开关、2263开关误跳闸。当时站内无工作，故障发生后，运行人员发现220千伏Ⅱ母线保护RCS-915E母线保护失灵保护信号灯亮，同时失灵保护动作，17：50，检修人员到站检查设备，经过检查确认RCS-915E母线保护装置失灵开入，造成所在Ⅱ母线断路器跳闸。

2、事故原因分析

电网一个半断路器主接线方式下母差、失灵保护的配置原则应符合规程要求。电网XX站是1986年建设的变电站，母线保护投产时间较早，为2004年安装的保护装置，其中220千伏一个半断路器主接线的母线保护的失灵保护仅仅是边断路器保护一路失灵接点输入。虽然母线保护发生故障的几率较低，但是有关失灵回路反措的没有具备，是发生母线保护失灵保护误动作的主要原因。

⑴ 母线失灵保护动作逻辑

每条母线应配置两套母线保护，两套母线保护使用边断路器的失灵启动直跳。为防止开入电缆误碰等接地原因导致保护误动，失灵及母差直跳等跳闸回路在开入设计时，设置双开入。当线路或主变故障、且边开关失灵时，由该边开关的失灵保护输出两路失灵接点，启动母差保护中的失灵直跳功能，母差保护内部失灵接点进行“逻辑与”判别，确认无误后对故障点进行隔离。

当线路或变压器等元件保护对该断路器发过跳闸命令，但该断路器依然有电流，经延时该断路器所在母线，以上失灵的过流元件判别和时间元件判别在断路器保护中完成，断路器输入到母线保护中的失灵直跳功能仅仅是为失灵保护提供跳闸出口。

⑵光耦接地动作分析

保护人员调取母线失灵保护误动作故障录波信息，电流电压未发生异常波动，确认220千伏Ⅱ母线未发生变化，RCS-915E母线保护的失灵直跳功能属于误动作。经现场监控系统反映，确认在误跳闸同时，第二组直流负极接地。发现2231断路器保护失灵到母差保护的电缆接点负电源的电缆芯绝缘为0MΩ。导致了Ⅱ母线保护屏第I套 RCS-915E母线保护的失灵保护用光耦隔离元件瞬时承受电压达到110V（额定电压的50%）。

对2231断路器保护启动RCS-915E母线保护的失灵回路误动作的分析。当3D46电缆芯发生绝缘问题时，光耦两端瞬间形成110V正向电压，此电压达到动作电压及功率，引起光耦二极管正向导通，母线保护失灵开入，母线保护误动，引起跳闸，如图1所示。

⑶模擬事故发生试验过程

为了再现事故过程， 结合本站500千伏Ⅱ母线停电，保护人员将同类型500千伏Ⅱ母线保护的进行光耦动作电压测试，将220千伏Ⅱ母线保护的光耦板装入500千伏Ⅱ母线RCS-915E保护，对RCS-915E母线保护的光耦动作电压进行了测试。测

试电源准备，需准备两路直流电 源：

一路为保护装置提供工作电源，输出为220V DC，加在“装置电压”端；另一路由继电保护试验仪提供，为电路提供可调大小的正负电源加在“光耦电压端”。

为确保电源有相同的参考电位，应将两台试验仪的接地端同时接地，两台试验仪的直流电压“负”端，用导线相连，此时两台试验仪的“负”端与 “地”等电位。

将继电保护试验仪的直流电压“正”端接至ZD15，对应保护中支路失灵开入。采用逐次逼近的方法，将电压从60V递增，步进电压为1V，直到支路失灵开入置1。支路失灵开入置1后，将电压逐次递减，直到支路失灵开入返回。

以上试验结果见表1。

⑷光耦动作的根本原因是动作电压低

由表中看到，2004年的产品显然不符合规程规定动作电压大于55%，小于70%直流电源电压的继电器（设计额定功率为5W）的要求。实际测量动作电压为96V（额定电压的43.6%），返回电压为95V（定电压的43.1%）；同样不合格保护装置返厂检测结果是：动作电压开入分别为96.2V（43.7%）、98V（44.5%），返回电压为95V（43.2%）、为97V（44.1%）。测量中的符合规程要求的是近期投产的保护装置，可见厂家已经进行了重要的改进。

220千伏Ⅱ母线保护第I 套装置光耦动作电压不符合反措强电光耦导通动作电压大于60%、小于75%额定直流电源电压要求。因此事故结论：2231断路器保护失灵到母差保护的电缆接点负电源的电缆芯绝缘为0MΩ是事故起因，而保护装置动作电压不符合反措要求是造成此次事故的直接原因。

3、本次事故的经验教训

通过本次事故的分析，提出对策并且实施。

⑴ 母线失灵保护开入应符合出口动作电压要求

严格执行华北调局继（2005）7号《关于继电保护光耦回路研讨论会会议纪要及整改措施》中的规定：强电光耦导通动作电压大于60%、小于75%额定直流电源电压。为防止光耦误导通，所有牵扯到失灵及母差直跳、非电量等跳闸回路的开入一律采用强电中间继电器，以增加可靠性。动作电压大于55%，小于70%直流电源电压的继电器（设计额定功率为5W）对直跳回路开入进行重动。

⑵ 完善母线失灵保护开入使用“逻辑与”原理

为提高保护的安全性，失灵及母差直跳等跳闸回路在开入设计时，设置双开入即“逻辑与”，以防止开入电缆误碰等接地原因导致保护误动。同时在断路器保护装置增加双路重动继电器，分别对母线保护双开入进行重动。在今后的验收、技改工作中严格按照要求执行，完善母差保护的双失灵开入。

严格执行2012年国调中心下发的《国家电网公司十八项电网反事故措施》，事故发生后，山东省检修公司运检部组织排查同一批次的母差保护，共涉及23站60多套不合格保护，安排保护轮停更换光耦插件板。

⑶ 加强对直流系统的绝缘检查

采用施工中拆线包扎绝缘胶布的方法，一旦发现直流系统接地，应立刻处理，对一点母线接地故障特别重视。提醒现场工作人员，改变直流一点接地危害不大，两点接地才跳闸的观念，加强施工工具的绝缘处理等措施。

⑷ 提高验收、技改二次施工工艺管理

重视运行中装置的补充检验，例如对运行中的装置进行较大的更改或增设新的回路后的检验；检修或更换一次设备后的检验；运行中发现异常情况后的检验；事故后检验，加强回路绝缘检查。

⑸ 增加失灵扰动就地判据

为防止误动，在失灵联跳逻辑中加入了失灵扰动就地判据，并带有50ms固定延时，见图2。当接点误碰或直流电源异常时，而失灵就地电流判据又躲不过负荷电流的情况下失灵联跳误动，设计了失灵扰动就地判据：稳态判据： Iφ>1.1In

或 |3I0-3I0p|>0.03In 展宽5s（3I0p为30s前3I0的值）

或 失灵启动前3I0<0.08In 且失灵启动后3I0>0.1In

或 失灵启动前3I2<0.08In 且失灵启动后3I2>0.1In

暂态判据： Σi| >0.2In展宽5s

只有在检测到电网有扰动时，失灵联跳才有可能动作，大大提高了失灵联跳的安全性。

4 、结论

一个半断路器的母线保护不像其它的主接线例如双母线带母联带有复合电压闭锁，国网公司规定，一个半断路器的母线保护不经过所在母线二次电压闭锁。随着检修范围增大，母线保护误动作切负荷的危险性加大，安全性更加重要，因此应该提高对防止直流回路一点接地引起母線失灵保护光耦接点闭合，使保护出口误动作的重视，对于光耦接点开入的启动失灵保护必需采用“逻辑与”加上闭锁失灵扰动就地判据手段，特别注意对于早期的不合格产品，必须严禁光耦回路直流系统一点接地，及时通过技术改造，达到母线失灵保护不误动的反事故措施落实。

参考文献：

【1】 丁书文.断路器失灵保护若干问题分析.电力系统自动化.2006，30（3）；89-91.

【2】 RCS-915GD微机母线保护装置技术及使用说明书 南瑞继保电气有限公司2010.2

作者简介：

第一作者：李阳（1987-）男，山东潍坊人，国家电网山东省检修公司，助理工程师， 研究方向：电力系统继电保护运行维护

第二作者：陈健（1983-）男，山东济南人，国家电网山东省检修公司，工程师， 研究方向：电力系统继电保护运行维护

第三作者：李超（1981-）男，山东枣庄人，国家电网山东省检修公司，工程师， 研究方向：电力系统继电保护运行维护

第四作者：惠杰（1979-）男，山东莱芜人，国家电网山东省检修公司，高级工程师， 研究方向：电力系统继电保护运行维护