220 kV断路器非全相保护动作分析处理

张 伟,李晓龙

（五凌电力有限公司碗米坡电厂，湖南 湘西 416500）

0 引言

电力系统运行时，由于各种原因，断路器三相中可能断开或者合上一相或两相，造成非全相运行[1]。这种异常运行情况，发电机中流过负序电流，如果靠带延时的发电机负序电流保护动作，则由于延时较长可能使对侧后备保护动作，则严重影响系统的稳定性，甚至造成系统瓦解事故[2]。因此,对于大型发电机--变压器组,在 220 kV及以上为分相操作的断路器时,均要求装设非全相运行保护。

1 非全相保护原理

碗米坡电厂总装机容量3×80 MW，3台机均为单元接线，220 kV母线为单母线不分段接线，经两回220 kV出线接入系统。主变保护采用南瑞继保的PCS-985TW保护装置，双重化配置，每套保护中均设置有断路器非全相保护，装置通过断路器不一致接点、零序电流、负序电流等条件来判断断路器的非全相运行状态[3]。非全相保护负序电流定值0.27 A，零序电流定值0.64 A，延时0.5 s，动作出口主变高压侧断路器。非全相保护逻辑见图1。

图1 非全相保护逻辑

2 事故过程

2018年12月23 日，3 号机变检修完毕，11：11：09执行3号主变冲击合闸试验，监控系统报“3号主变A套保护非全相跳闸”、“3号主变B套保护非全相跳闸”、“3号主变630合闸位置复归”、“3号主变630分闸位置动作”等信息。现场检查3号主变高压侧630开关三相均处于分闸位置，CZX-12G操作箱上第Ⅰ、Ⅱ组跳闸信号灯TXa、TXb亮，TXc不亮，两套PCS-985TW保护装置跳闸信号灯亮，动作报文显示非全相保护Ⅰ时限动作。

3 事故分析

3.1 故障录波分析

调出故障录波相关数据，见图2，分析波形可看出：

图2 3号主变故障录波

11：11：16.219，主变高压侧 A 相电流 0.491 A、B相电流0.54 A、C相电流0.134 A，此时可判断630开关三相处于合闸状态。

11：11：09.220，主变 A 相差流0.433Ie、B 相差流0.085 Ie、C相差流0.358 Ie。A相差流大于差动保护启动值0.4 Ie，主变差动保护启动，由于差流中含有的二次谐波分量大于15%闭锁定值，差动保护被闭锁。

11：11：09.255，三相不一致开入变位为 1，此时A相电流4.152 A、B相电流1.124 A、C相电流0.023 A。

11：11：09.760，主变高压侧负序电流 0.584 A、零序电流1.514 A,大于整定值，非全相保护Ⅰ时限动作跳630开关三相。

据统计变压器励磁涌流开始衰减较快，一般经0.5～1 s即可减至0.25～0.5倍额定电流，但全部衰减完毕时间较长，中小变压器约几秒，大型变压器可达10～20 s[4]。但在本次冲击合闸中C相电流仅几十毫秒左右就衰减接近至零，衰减时间过短显然属于不正常现象。

再查看分析2018年1月29日2号主变冲击合闸波形，见图3，2号主变励磁涌流衰减时间大约为2 s左右。

图3 2号主变冲击合闸波形

以上分析可得出初步结论：3号主变冲击合闸期间，C相在合闸后几十毫秒内由于某种原因自动跳开，造成开关非全相运行，在非全相运行期间负序或零序电流大于整定值，非全相保护启动，经延时跳开A、B两相。

3.2 信号控制回路分析

630开关跳闸后现场检查发现CZX-12G操作箱上第Ⅰ和第Ⅱ组的跳闸信号灯TXa、TXb常亮，TXc不亮。跳闸信号灯回路原理见图4。当保护跳闸时，串入跳闸回路中的TBIJ动作，其接点去启动磁保持继电器TXJ的动作线圈，该继电器动作且自保持，它一方面去启动信号灯回路，另一方面送出跳闸信号，当按下复归按钮FA时，磁保持继电器TXJ的复归线圈励磁，跳闸信号返回。通过原理分析可知630开关两组跳闸回路上的C相跳闸信号灯TXc不亮只有一种可能，即C相在保护跳闸前就已经跳开，导致跳闸回路断开，从而造成串入跳闸回路中的TBIJ在保护动作时无法动作，C相跳闸信号灯TXc就不能启动。

图4 CZX-12G跳闸信号灯原理

3.3 监控系统告警分析

监控系统动作报文见表1。630开关A、B、C三相的常闭辅助接点并联作为分闸位置信号告警，三相的常开辅助接点串联作为合闸位置信号告警。从动作报文可看出11：11：09.205 630开关三相都处于合闸位置，11：11：09.251 630开关至少有一相在分闸位置，0.516 s后非全相保护动作跳630开关，监控系统报文从时间节点上与保护装置动作报文相吻合。依据监控报文可看出630开关某相从合上到跳开时间间隔46 ms。

表1 监控系统动作报文

综合保护及监控系统分析结果，可进一步得出结论： 630开关C相在合闸后几十毫秒内由于某种原因突然跳开，从而启动非全相保护动作跳开A、B两相。检查的重点应该在C相开关偷跳的问题上，应对C相电气控制回路及操作机构重点进行排查。

3.4 电气控制回路检查

3.4.1 直流回路检查

查阅监控系统告警记录，在主变冲击合闸前后均无直流系统接地告警，现场测量630开关的操作电源电压：直流正对地114 V,负对地-112 V，直流回路无异常。

3.4.2 操作箱跳闸回路检查

对保护装置至开关端子箱的跳闸电缆进行绝缘检查，绝缘电阻合格。断电后取下CZX-12G操作箱上C相第1组跳闸回路6号插件，第2组跳闸回路13号插件检查无异常。

3.4.3 手动跳闸回路检查

对监控系统至开关端子箱的跳闸电缆进行绝缘检查，绝缘电阻合格。校验开关端子箱内手动跳闸继电器STJ1、STJ2动作电压合格。拉开6301、6303隔离刀闸，主接线见图5，使用仪器对C相的两个跳闸线圈进行电压监视，现场操作630开关合闸，在合闸过程中C相的两个跳闸线圈上均无电压。

图5 电气主接线

3.4.4 母差保护开入所引起的跳闸检查

对母差A、B套保护开入至主变保护CZX-12G操作箱回路的电缆进行绝缘检查，绝缘电阻合格。由于母差保护动作时会启动主变保护操作箱内的TJR继电器，并发出相应的信号告警，但主变保护除有非全相保护动作报文外，无任何其他动作报文。对电气控制回路排查结果表明，630开关C相偷跳的原因不是由电气控制回路问题引起。

3.5 开关操作机构检查

碗米坡电厂220 kV GIS设备为沈阳高压开关有限公司产品，于2003年12月投运。220 kV断路器采用弹簧合闸、气动分闸的操作方式，每相断路器均独立配用一套操作机构，三相断路器操作机构之间无机械联锁。

通过对机构分闸过程研究可知，断路器要分闸，或分闸线圈得电，或扣板（14）脱扣。在电气控制回路排查中已使用仪表对C相两个分闸线圈进行电压监视,操作断路器远方合闸时，并未发现分闸线圈上有电压，故可排除分闸线圈突然带电跳开C相的情况。那么重点就要检查扣板（14）在断路器合闸后与挚子（17）的衔接情况。做好相关安全措施后在630开关合闸位置，分别检查A、B、C相机构中的扣板与挚子的衔接情况，见图6、图7、图8。发现C相机构中的扣板与挚子衔接量比A、B相要小的很多，在断路器合闸过程中由于震动等各方面原因，就会造成扣板与挚子不能衔接到位，使断路器在合闸后因扣板脱扣引起开关偷跳。

图6 A相合闸状态扣板与挚子的衔接状态

图7 B相合闸状态扣板与挚子的衔接状态

图8 C相合闸状态扣板与挚子的衔接状态

图9 调整后C相合闸状态扣板与挚子的衔接状态

针对此种情况，通过对分闸时间调整螺杆，并结合进行开关动作特性试验，既要保证扣板与挚子衔接面位置适当，又要开关分合闸时间满足标准要求。最终调整后C相合闸状态见图9。2018年12月23日21:25，再次对主变进行冲击合闸成功。

4 结 语

本次事件发生在主变冲击合闸过程中，如果在机组发电过程中主变高压侧开关某相突然偷跳，非全相保护又拒动，会有其他什么保护动作。分析得知主变高压侧非全相运行状态属于纵向故障，对主变差动保护而言属于穿越性故障，主变差动保护不反映机组非全相运行状态，非全相运行期间差动保护不会动作[5]。偷跳相电流接近于零，两健全相电流相等；高压侧电压变化不大，TV开口三角电压接近于零，主变复压过流保护、间隙及接地零序保护都不会动作。只有反映负序分量的发电机负序反时限保护可能启动，动作时间依据当时机组所带负荷的大小而不同。为了防止负序电流损害发电机，要做好事故预想，完善事故处理手册，同时运行人员要依据机组运行工况的变化，在发生断路器非全相运行时及时正确地处理。