一起线路差动保护动作引发的电网故障原因分析

(酒钢（集团）公司能源中心，甘肃嘉峪关 735100)

引言

某电解铝企业受大风天气影响，电网（结构简图如图1）内运行的2号机组送出线路差动保护动作跳闸，同时安全稳定控制装置按“机组跳闸联切负荷”控制策略分别切网内负荷；负荷侧整流机组相继退出运行造成电解铝2 个系列负荷退出，网内配置的安全稳定控制装置按“联络线断面流出方向越限”控制策略切除网内的4号机组和1号机组。

图1 电网结构简图

本次事故造成了铝电网电源侧3 台300 MW 及以上发电机组跳闸，电网运行参数大幅波动，负荷侧10台整流机组相继退出运行，对电网安全稳定运行造成了重大影响。

1 事故经过

（1）2017 年5 月3 日，05∶04∶18.567 电厂侧2 号机组送出线路A 相电流差动保护动作，两侧开关跳闸。网内安稳系统“机组故障联切负荷”动作分别切除电解铝第一系列145.2 MW负荷、电解铝第二系列143.0 MW负荷和33.9 MW网内其他负荷。

（2）05∶19∶48.859 电解铝第二系列负荷基本回零，网内配置的安稳装置检测到“电解铝第二系列供电线路跳闸”，需切机组量为544.9 MW。并向电厂侧发切除3 号机组命令。但安稳装置闭锁，指令无法执行（由于#2 主变高压侧零序电压异常闭锁”报警，网内安稳装置闭锁）。

（3）05∶20∶13.118网内安稳装置检测到“联络线断面上网越限112.3 MW，并向电厂侧发切除电厂侧4号机组命令，4号机组被切除。

（4）05∶23∶36.482 安稳装置接收电解铝第一系列负荷损失容量203.1 MW。

（5）05∶23∶36.946网内安稳装置检测到“联络线断面再次上网越限动作”，并向电厂侧发切除1号机组命令，1号机组被切除。

（6）05∶04∶18～05∶26∶52电网内运行的2号机组送出线路A相出现9次接地，具体见表1。

3 故障资料收集

05∶4∶18～05∶26∶52电网内运行的2号机组送出线路A相出现9次接地时的故障录波曲线，见图2。

05∶04∶18～05∶26∶52 期间，2 号机组送出线路A相差动保护动作，0.6 s 后断路器重合闸动作，断路器合闸的部分曲线见图3。

表1 9次接地动作情况

图2 2号机组送出线路故障录波波形

图3 断路器合闸的部分曲线

05∶04∶18.584～05∶26∶52.314，线路A 相电压出现9次异常，同时产生零序电压，故障录波稳态记录见图4。

图4 故障录波稳态记录

4 原因分析

首先，大风天气下出现#2 主变送出线路A 相出现接地，引起#2 主变送出线路电流差动保护动作，两侧开关跳闸。网内配置的安全稳定控制系统按照“电源故障联切负荷”的控制逻辑，切除网内相对应的部分负荷。

其次，在切除网内负荷的同时发生了#2 主变送出线路A相再次接地和#2主变高压侧C相电压互感器接线板松动的问题（期间，由于产生“零序电压异常”，整套安全稳定控制系统闭锁），而电解铝控制系统同步信号跟踪不及时，电解铝第二系列负荷基本回零，虽然安全稳定控制系统主站判断出“负荷损失需联切机组”，但安稳系统闭锁，控制逻辑无法执行，最后只能靠“并网联络线上网越线”动作，切除网内的4号机组。

最后，由于大风天气下，#2 主变送出线路的A相交替出现重合闸动作和A 相生接地的发生，电网内的电解铝控制系统同步信号跟踪不及时，再次发生电解铝第一系列负荷基本回零，“并网联络线上网越限动作”再次动作，并切除网内的1号机组。

5 故障原因排查

5.1 电源侧

经现场查看和调阅事故期间的视频材料，确定造成2 号机组送出线路A 相出现9 次接地原因为#2主变第一龙门架线路A相门架引线向爬梯进行了放电，经与设计部门确认，设计人员对现场大风恶劣天气考虑不全，引线与爬梯的安全距离不够，导致了大风天气下引线向爬梯多次放电，从而引起#2 主变送出线路的单相重合闸多次动作。

检查发现#2 主变高压侧C 相电压互感器接线板出现了松动，在大风天气下由于安稳装置采集的C 相电压出现异常，从而出现了电厂侧配置的安稳装置“零序电压异常”的异常告警。

5.2 电网侧

网内配置的安全稳定控制系统的“零序电压异常”的控制逻辑，按照常规电网的配置，没有充分考虑企业电网的特殊性，在安稳主站接收到电厂侧安稳装置的“零序电压异常”信号后，对整个安稳系统进行闭锁，故障期间安稳系统失效。

对于企业电网内不影响方式判断的电源线路当检测到“零序电压异常”时不应该闭锁整套安全稳定控制系统。

5.3 负荷侧

大风天气下，由于#2 主变第一龙门架线路A 相门架引线与爬梯之间的距离不够，引起放电情况下，系统电压出现异常，而负荷侧电解铝控制系统同步信号采用负荷侧A、C 相电压，在某一相电压出现异常出现了稳流控制系统同步信号跟踪不及时，与主回路失同步及逆变的问题，从而导致了大量负荷的损失。

6 防范措施

（1）对于电源侧，依据当地气候条件重新计算电气设备的安全距离，并对不满足要求的进行整改。

（2）优化网内配置的安全稳定控制系统逻辑。

涉及的元件电气量异常影响主站控制策略的应遵循以下原则：

(a)对于影响方式判断、判断跳闸、过载、断面越限的元件出现电气量异常，闭锁安稳装置。

(b)对于其他的电源及负荷线路出现电气量异常，如当产生的零序电压大于10%～15%U 时，安稳装置只报警，提醒运行人员检查电压采集回路，不再闭锁全网的安全稳定控制系统，避免由于电压回路异常期间发生网内负荷损失时安全稳定控制系统无法正常动作的问题。

（3）通过升级数控器JM810 的方法解决网内出现单相电压异常后稳流控制系统同步信号跟踪不及时，与主回路失同步及逆变等问题，具体如下：

同步识别，升级后单同步（A、C 相中任意相丢失）长期运行；双同步（A、C 相均丢失）丢失延时25个周波，时间到后封锁脉冲，电网故障切除后脉冲仍封锁，只能通过手动开放。

7 结束语

(1)在项目设计阶段应严格按照设计规范和当地最恶劣气候条件进行设计，避免由于设计问题造成电气安全距离不够、引起带电线路跳闸。

(2)在项目建设阶段应严格按照会审后的施工图纸进行施工。

(3)应依据企业电网的特点合理制定安全稳定控制系统控制逻辑。

(4)电解铝控制系统应充分考虑电网出现的各类异常，在发生异常情况下，可靠躲过继电保护及安全自动装置的动作时间。