6 kV 高压柜越级保护故障分析与整改

卢鹏， 崔平

（金隆铜业有限公司，安徽铜陵 244000）

某稀贵金属公司原设有1 座110 kV/6 kV 总降压站， 外部进线电源为单回路110 kV 供电电源，配置1 台25 MVA 主变压器及1 个6 kV 高压配电所。110 kV 系统为单母线接线方式，6 kV 系统因扩建需要采用单母线分段接线方式。 该总降压站有完善的110 kV/6 kV 线路保护、变压器保护、配电设备保护、监控管理系统等功能。 2018 年，金隆铜业有限公司与该公司合并，将其划分为稀贵车间和渣选车间，并为原6 kV 高压配电室改造了1 路6 kV 备用电源，主要用于满足稀贵车间的生产及保安用电。 该备用电源引自金隆公司转炉车间高压配电室，日常生产中处于热备用状态。当总降压站110 kV 线路及变压器检修时，备用电源能短时间内投入使用，满足稀贵车间的生产需求。

1 稀贵车间备用供电电源系统

转炉车间6 kV 高压配电柜Ⅰ段AHE1 出线柜为原稀贵金属公司6 kV 配电所提供备用电源，如图1 所示。 原稀贵金属公司配电所AHE2 高压柜作为6 kV 备用电源的进线柜，AHE2 高压柜与XAH1 高压进线柜有电气回路安全操控联锁，严禁同时合闸。只有在XAH1 高压柜分断状态， 且PT 检测柜体主母线无电压的状况下，AHE2 高压柜才能进线合闸操作；同样，AHE2 高压柜分闸状态也是XAH1 高压柜合闸的必要条件之一。 该备用电源的主要负荷的稀贵车间5 台动力变压器低压侧所有正常生产运行设备、渣选车间照明及保安电源负荷[1]。 然而在两个厂110 kV 配电所整合试运行期间，发生了越级保证故障。 以下拟针对此次故障进行详细分析。

2 故障现象及原因分析

2.1 故障现象

2020 年 6 月 5 日 0:57， 原稀贵公司 110 kV 线路大修，稀贵车间生产由公司转炉工段6 kV 高压配电所AHE1 备用电源柜供电。 其中，XAH5 出线柜负责给稀贵金银工段动力变压器供电。 该车间低压MNS 配电柜的酸雾净化塔电机电源抽屉接插件导线接头处因高温引起导线端子熔断， 瞬间发生了相间弧光短路。

故障发生后， 低配进线ME 智能开关速断保护没有动作， 低电压保护动作分断开关。 XAH5 高压柜、AHE2 高压柜的微机综合保护装置过电流保护启动，但是开关没有分断；转炉高压配电所AHE1 柜的微机综合保护装置过电流保护启动； Ⅰ段进线柜AH11 的微机综合保护装置过电流保护启动；同时，AH11 柜与公司总配电站转炉Ⅰ段出线柜的纵联保护启动，且出口动作致AH11 进线柜纵联保护跳闸。因转炉高压配电所Ⅰ段进线柜保护动作开关分断，Ⅰ段所有出线柜微机综合保护装置低电压保护启动，Ⅰ段出线柜保护分断。

2.2 故障原因及分析

经分析，笔者认为故障发生原因是金银工段配电所内酸雾净化塔电机电源抽屉的接插件导线接头处的螺丝松动， 导致导线端子与抽屉接插件接触不良而产生了高温，从而引发接头处拉弧、熔断，并发生了相间弧光短路。

查看转炉高压配电所Ⅰ段AH11 工作电源进线柜微机综合保护装置，发现其故障录波电流为：A 相1 187 A、B 相 1 607 A、C 相 1 328 A。 AH11 高压柜微机综合保护装置面板上故障状态灯COMM 及50亮， 装置过电流保护及纵联保护启动。 由此可以判断，AH11 进线柜保护出口启动并致Ⅰ段进线柜开关柜跳闸，是发生电气回路越级保护跳闸的主要原因。这一故障致使公司大面积设备突发停电，事故扩大化。

2.2.1 越级保护跳闸的直接原因分析

故障设备各级电源开关的故障记录、开关保护整定值及故障后开关状态见表1。

表1 各级电源开关故障记录及故障后开关状态

因为，原稀贵公司6 kV 配电系统与转炉配电系统的综合保护装置不是同一厂家， 且2 套综合保护监控系统之间没有配置时间同步系统，所以XAH5、AHE2 高压柜保护启动时间仅能作为参考。 参阅表1， 酸雾净化塔电机电源短路故障发生时，XAH5、AHE2、AHE1 高压柜保护装置过电流保护启动，但是保护装置出口没有满足动作条件， 保护装置没有分断开关信号输出，高压柜都没有分断，而AH11 转炉Ⅰ段进线柜保护装置纵联保护启动且出口动作，分断开关信号输出，分断了AH11 进线高压柜，产生了高压柜越级保护跳闸故障。 变压器输出侧智能断路器、AHE1 高压柜是越级保护跳闸故障发生导致6 kV 失电后，装置低电压保护动作分断了开关。

2.2.2 分断开关原因分析

AH11 保护装置故障记录显示：0:57:44.735，转炉高压配电Ⅰ段进线开关纵联保护动作，开关跳闸；0:57:44.836 ， 公司总配电站转炉Ⅰ段出线柜开关发生纵联保护，开关未跳闸。现场分别对负荷侧转炉高压配电Ⅰ段进线开关SEL351 及电源侧总降Ⅱ变6 kV 段转炉Ⅰ段开关 SEL351 在 6 月 5 日 0:57 的动作故障录波进行读取，并进行了波形分析（见图2）。通过波形分析发现， 电源侧 SEL351 装置出口OUT101 实际已动作，但由于负荷侧SEL351（转炉高压配电Ⅰ段进线开关AH11） 装置动作时间早于电源侧100 ms， 而负荷侧切除开关后电源侧保护OUT101 只持续动作了0.25 周波即返回， 因此未能跳开开关。

图2 AH11 微机综合保护装置故障时录波

AH11 微机综合保护装置故障时元件动作顺序见图3。 通过负荷侧AH11 进线柜SEL351 保护装置在0:57:44 的元件动作顺序可以看到，故障电流启动时间在0:57:44.630，纵联保护的三段方向闭锁元件67P3T 在0:57:44.635 返回，四段正向纵联保护元件67P4T 在 0:57:44.725 动作，也就是在 0:57:44.635—0:57:44.725 时间段内，保护判断故障方向由反向变为了正向。

图3 AH11 微机综合保护装置故障时元件动作顺序

SEL351 是通过负序电压极化方向（即负序阻抗方向）对故障方向进行判断的。故障录波文件记录了跳闸前5 个周波和跳闸后10 个周波。通过对图4、图5幅值向量分析发现， 在0:57:44.635—0:57:44.715 时间段内电压的相位幅值平衡；在0:57:44.720 之后，系统电压出现了幅值和角度的不平衡，导致负序阻抗的计算由反向变为了正向。

图4 715 ms 之前的幅值向量

图5 720 ms 时的幅值向量

综上分析， 负荷侧转炉配AH11 进线开关的SEL351 根据采集的向量计算判断方向动作正确无误（开始有90 ms 的反向闭锁，后面闭锁返回正向动作），存在区外故障转向区内的情况。 稀贵金银配电所变压器低压输出断路器、XAH5、AHE2、AHE1 开关过流保护都有启动， 但因延时时间未达到而未动作，最终导致速断保护没有及时切断故障负荷。

3 整改措施

针对上述问题，提出以下整改措施[2]：1）电气回路整改。 针对金银工段低压配电室内抽屉电气元器件展开检查，确保配电柜内电源导线的接头紧固，更换电源导线截面偏小的抽屉，增大导线截面积。2）实施公司6 kV 配电系统微机综合保护装置时间同步系统。 3）立即对 XAH5 高压柜，择机对 AHE2、AHE1、AH11、公司总配电站转炉Ⅰ段出线高压柜，进行保护传动试验，并对保护整定值重新校核。4）改进整定值。 由于转炉高配室的AHE1 备用电源出线柜是暂时为不同的110 kV 变电所的6 kV 配电柜供电，投用前没有充分考虑到不同110 kV 配电系统微机综合保护装置的整定值匹配问题， 导致高压配电系统供电回路发生变化时保护整定值相互间产生了影响。 为此对相关电气回路的保护整定值做了一定调整，具体调整（表2）如下：1）因稀贵备用电源是转炉高压配电系统Ⅰ段的新增负荷，将Ⅰ段进线柜的纵联保护整定值由1 500 A 增至2 000 A；2）稀贵车间没有一级负荷。 为了尽量避免稀贵车间备用电源的负荷严重故障时影响公司其它A 类设备的运行， 在保证能满足稀贵车间大功率负荷启动条件的基础上，将AHE1、AHE2 的速断保护整定值降低，同时将AHE1、AHE2 过流保护的时间整定值改为0.5 s；3）将400 V侧智能断路器速断保护时间整定值改为0 s。

表2 对保护整定值改进的高压柜

4 结语

此次越级保护故障是在原先两个厂110 kV 配电所整合试运行期间发生， 其主要原因是整合期间新增了6 kV 稀贵车间生产备用电源，但在投运前忽视了对该6 kV 电源供电回路各级微机综合保护装置保护整定参数的改进与修正， 导致了越级保护故障的发生。通过本次整改措施的实施及应用，该新增6 kV 稀贵车间生产备用电源在日常生产中又投用多次，安全稳定运行，没有再次发生越级保护故障。