一起220 kV变电所设备污闪事故的分析

高云龙

（国家电投宁夏能源铝业临河发电分公司，宁夏银川750411）

1 事故前运行方式

XX公司共有两台200 MW机组；两段母线，分别为Ⅰ母、Ⅱ母；X甲、乙两条出线双回线路。事故发生前220 kV系统接线如图1所示，事故前#1、#2机组均满负荷运行，甲、乙线正常运行，母联开关（38200）在合，#2主变开关（38202）、启备变开关（38207）合于Ⅱ母，甲线（38211）合闸于Ⅰ母上运行，乙线（38212）合闸于Ⅱ母上运行。

图1 220 kV系统图

2 事故经过

凌晨大雾，天气湿度很大，整个变电所笼罩在雾气之中。08：35，该厂NCS主控系统突然发出声光报警信号，并显示BP-2B型母线保护动作、RCS-915CD型母线保护动作、乙线A/B屏保护动作、母联保护启动、线路故障录波器启动；220 kV变电所#2主变38202开关、#1启备变38207开关、乙线38212开关、母联38200开关三相跳闸，#2发电机被迫停机。事故发生后，查看保护动作报文为Ⅱ母母差保护A相差动动作，跳Ⅱ母上所有连接元件38212、38207、38202开关及跳母联38200开关。线路故障录波器记录故障时间为2009-03-03T08：35：55。

3 继电保护动作分析

3.1 相关保护装置动作报告

3.1.1 RCS-915CD母线保护装置

启动时间：08：35：55.358；动作相别：A；5 ms变化量差动作跳Ⅱ母3，6，8，ML1（母联38200开关）；20 ms跳母联；21 ms稳态量差动跳Ⅱ母。

3.1.2 BP-2B母差保护装置

故障时间：08：35：54；故障类型：差动；故障母线：Ⅱ母；故障相别：A相，启动至出口时间：8.3 ms。

3.1.3 乙线分相操作箱信号指示

一组跳A，一组跳B，一组跳C，一组永跳，一组三跳灯亮。

3.2 线路保护录波器动作情况

故障时间：08：35：55；故障距离：0 km。

动作的开关量为：

8 ms RCS-915CD母线保护动作跳Ⅱ母；

19 ms BP-2B母差保护动作；

20 ms RCS-915CD母线保护动作跳母联开关；

23 ms乙线操作箱A相跳闸、B相跳闸、C相跳闸。

3.3 继电保护动作分析

3.3.1 母线保护

该变电所电气主接线为双母线接线方式，配置两套母差保护，分别为BP-2B型微机母线保护（深圳南瑞）和RCS-915CD型微机母线保护（南京南瑞）。

两套母线保护均为分相式比率差动保护，母差保护原理基本相同，差动回路包括母线大差回路和各段母线小差回路，其中大差元件作为区内外故障判别元件，小差元件作为故障母线的选择元件。即由大差比率元件是否动作来区分母线区外故障与母线区内故障；当大差比率元件动作时，由小差比率元件是否动作来决定故障发生在哪一段母线。母线保护装置将母线上除母联或分段外的所有连接元件的电流采样值（带方向的量）输入差动判据，构成大差比率差动元件；小差比率元件是将每一段母线所连接元件的电流采样值（包括母联或分段）输入差动判据，构成小差比率差动元件，各元件连接在哪一段母线上，是根据各连接元件的隔离开关位置来决定的。母线差动保护的逻辑框图如图2所示（以双母线其中的Ⅱ母为例），可以看出以电流判据为主的差动元件，用电压闭锁元件来配合，以提高保护动作的可靠性，即在动作于故障母线跳闸时必须经相应的母线复合电压元件闭锁，要使母差保护动作则相应母线的复合电压闭锁元件动作才行。电压闭锁元件的判据为：UΦ≤Uset；3U0≥U0set；U2≥U2set。其中UΦ为相电压，3U0为三倍零序电压（自产），U2为负序相电压，Uset为相电压闭锁值，U0set和U2set分别为零序、负序电压闭锁值。以上三个判据任一个满足时，该段母线的电压闭锁元件就会动作。

从保护动作报文看，A相电压降为9.5 V，而低电压定值为45 V，满足复压开放条件，Ⅱ母母线保护的差动电流定值为2 A，而实际差流值为3.25 A，间隔电流值（小差电流）为3.25 A，满足Ⅱ母差动保护动作条件，因此Ⅱ母母差保护A相大差动作，小差动作跳开Ⅱ母上的所有连接元件38200开关、38212开关、38207开关及母联38202开关。根据RCS-915CD、BP-2B母线保护装置动作信息、线路故障录波器数据分析，可以推断出220 kVⅡ母发生了单相接地故障，两套母差保护动作行为正确。

图2 母差保护逻辑框图

3.3.2 线路保护

乙线装设有两套数字式超高压线路保护装置，分别为CSC-103C型（A屏，北京四方）和RCS-931BM型（B屏，南京南瑞）线路保护，保护原理基本相同，其主要功能包括纵联电流差动保护、三段式距离保护、四段式零序保护等。线路保护装置设置有远方跳闸功能，当母线故障及断路器与电流互感器之间故障时，本侧开关三相跳闸。为使对侧保护快速跳闸，装置设有一个远方跳闸开入端子，在本端启动元件启动情况下用于传送母差、失灵等保护的动作信号，对侧保护收到此信号后驱动永跳。远方跳闸可通过控制字选择经启动元件闭锁或经方向元件闭锁，乙线远跳定值设为经启动元件闭锁。

查看线路保护动作报文故障差动电流只有0.01 A，对于乙线来说为区外故障，但由于乙线合闸在Ⅱ母上，当Ⅱ母差动保护动作时跳开该母线上的所有连接元件，所以两套母差保护出口继电器启动乙线分相操作箱中的TJR三跳继电器，将38212开关三相跳闸；另一方面，TJR继电器的另两副触点闭合后，启动线路保护RCS-931BM、CSC-103C差动保护中的远跳发信开入量，通过光纤通道分别向对侧线路保护RCS-931BM、CSC-103C发远跳命令，对侧保护收到此命令后，同时判断线路有故障电流，因此出口跳三相开关，即乙线合于Ⅱ母运行，母线保护动作跳乙线本侧开关的同时，由线路纵联差动保护的“远跳”功能将对侧开关跳闸。查看乙线保护动作报文，2009-03-03T08：35：55.074，远方跳闸开入61 ms发远跳令。询问宁夏调度通信中心故障管理负责人得知，对侧为远跳动作跳三相开关，结合线路故障录波图可知，8 ms RCS-915CD母线保护动作跳Ⅱ母，19 ms BP-2B母差保护动作，20 ms RCS-915CD母线保护动作跳母联开关，23 ms乙线操作箱A相跳闸、B相跳闸、C相跳闸，因此线路保护动作行为正确。

4 故障原因及故障点查找

核对所有保护间隔装置定值与保护定值单结果无误，核对母线保护的外部电流、电压回路接线无误，且母差保护回路一点接地良好；调查了值班记录，故障时段该变电所无任何操作工作。查看保护动作记录及线路故障器录波文件，故障发生时Ⅱ母A相电压二次值降低至9.5 V，Ⅱ母上所有间隔A相电流明显增大，并根据保护装置动作情况分析，可判断Ⅱ段母线发生了A相接地故障，确定本次故障原因为Ⅱ母A相接地，故由此展开故障点的查找。结合当时的环境因素查找故障点，该220 kV变电所北侧为制钠厂，该厂排出的酸性物质与尘埃极易附着在瓷柱及绝缘子表面。另外，该变电所为新投运变电所，投运近两年至故障发生时，瓷柱及绝缘子从未进行过清扫，且没有做过防污闪处理，雨天势必会降低设备的爬电距离。发生故障的前一天阴雨连绵，故障发生时正是大雾天气，空气中的盐密度陡增，变电所设备的有效爬电距离迅速减小，造成整个变电所多处设备发生闪络，Ⅱ母侧绝缘子正是最先发生闪络的部位。

天晴后，利用高倍望远镜结合故障测距（线路故障录波器显示故障距离为0 km）对Ⅱ母进出线间隔瓷柱及绝缘子进行逐个检查，在检查到#1主变高压侧38201-2 A相隔离开关静触头绝缘子，即靠近Ⅱ母线侧的悬式绝缘子时，发现其表面有闪络痕迹，与其他瓷柱及绝缘子反复比对后，确认该点与门型钢结构发生了闪络故障，导致38201-2隔离开关A相接地，如图3、图4所示。当时该组隔离开关处在开断位置，由此可得出故障类型为设备污闪造成A相接地，故障点位于Ⅱ母差动保护动作范围内。

图3 闪络点拍摄图片

5 防范措施

利用发电机组小修及线路春检，清扫变电所隔离开关瓷柱及所有绝缘子；并借鉴其他变电所防污闪的经验，在变电所瓷柱及绝缘子表面刷RTV防污闪涂料，至今XX公司220 kV变电所再未发生因天气原因造成的设备污闪事故。

6 结语

本次故障是一次非常典型的因设备污闪造成的母线故障，由于两套母差保护的正确动作，及时切除了故障，并通过母线保护动作信息、故障录波图及有关线路保护动作信息，快速查找出了闪络点，使故障点得以快速修复，并使发电机组得以尽快并网运行，取得了非常大的经济效益。因此，本次事故中，继电保护的正确动作发挥了非常重要的作用，我们也进一步认识到了保护的重要性。

图4 闪络点示意图

[1]RCS-915CD微机母线保护装置技术和使用说明书[Z].

[2]BP-2B微机母线保护装置技术说明书[Z].

[3]CSC-103C数字式超高压线路保护装置说明书[Z].

[4]RCS-931BM数字式超高压线路成套保护装置技术和使用说明书[Z].