对一起220 kV母线差动失灵保护动作的分析

杜浩良，黄 健

（金华电业局，浙江 金华 321017）

某日凌晨1点57分，某220 kV变电站220 kV线路乙受雷击（11、12杆塔）造成A相接地故障，60 ms时线路两侧双高频保护快速动作切除故障，但变电站甲侧220 kV线路乙A相开关跳开160 ms后再次受雷击（即220 ms时），后加速保护再次动作跳开B、C相，310 ms时刻乙线开关三跳。但由于开关A相并未断弧，故障电流持续存在，465 ms时刻母线失灵保护动作，526 ms时刻220 kV母联开关变跳位。第二次故障后220 ms故障发展到B相开关（即440 ms时），493 ms时刻220 kV母线差动保护B相动作，切除220 kV正母上所有开关（线路丙、线路庚、线路乙、1号主变220 kV开关）；变电站庚侧线路庚开关跳闸，整个故障持续约530 ms[1，2]。

1 故障前系统运行方式

某220 kV变电站甲220 kV系统的运行方式如图1所示，线路庚、线路乙、线路丙、1号主变220 kV开关接220 kV正母运行，线路丁、线路戊、线路己、2号主变220 kV开关接220 kV副母运行，220 kV母联开关运行,220 kV旁路接副母运行。其中线路丙对侧变电站丙的开关热备用，并在丙变电站侧配置有220 kV备用电源自投装置；线路己在变电站甲侧开关热备用、变电站己侧开关运行。

某220 kV变电站甲220 kV母线差动保护配置：深圳南瑞BP-2B；220 kV线路庚两侧保护配置：第一套为国电南自PSL602GA （高频允许式保护），第二套为南瑞继保RCS931A（光纤纵差保护），开关失灵保护及重合闸为国电南自PSL603；220 kV线路乙两侧保护配置：第一套为北京四方公司CSL101A，第二套为南瑞继保RCS901A，均为闭锁式高频保护，开关失灵保护及重合闸为北京四方CSI101A；220 kV线路丙两侧保护配置：第一套为北京四方公司CSL101A，第二套为南瑞继保RCS901A，均为闭锁式高频保护，开关失灵保护及重合闸为CSI101A。丙变电站的220 kV备用电源自投装置为南瑞继保RCS9651C。

2 故障发展过程

从发生故障到故障点被隔离，持续时间共为530 ms，根据故障发展情况大致共可分为3个阶段。

（1）线路乙第一次故障

如图 2、3所示，0 ms时线路乙线受雷击（11、12杆塔）造成A相接地故障，14 ms时第二套高频保护（RCS-901A）动作出口，24 ms时第一套高频保护（CSL101A）动作出口，26 ms时操作箱“跳 A”出口，60 ms时线路乙开关A相变位，隔离故障点，故障电流消失。

（2）线路乙线第二次故障

220 ms时，线路乙第一次故障切除160 ms后再次遭受雷击，260 ms时第二套高频保护动作后加速三跳，273 ms时操作箱“跳 B”、”跳 C”出口，310 ms时开关B、C两相变位。而第一套高频保护未动作，原因是CSL-101A保护逻辑在判定故障相开关跳开经固定400 ms延时，才开放后加速保护，故在本次故障情况下CSL-101A的后加速保护来不及动作。

某220 kV变电站甲220 kV乙线A相开关跳开后重燃，引起某220 kV变电站甲侧线路乙A相开关击穿，开关受损情况如图4、5所示。

图4 线路乙开关A相受损情况

图5 线路乙开关A相受损情况

（3）线路乙线第三次故障

440 ms时刻，某220 kV变电站甲220 kV乙线A相开关重燃后220 ms，故障发展到B相开关，开关受损情况如图6、7所示，造成某220 kV变电站甲220 kV线路乙第一套高频保护（CSL101A）后加速动作，476 ms时“跳 A”、“跳 B”、“跳 C”、“三跳”、“永跳”出口跳闸（第二套保护在之前已经后加速出口跳闸）。

图6 线路乙B相断口下部受损情况

图7 线路乙B相断口上部受损情况

3 母线失灵保护动作分析

线路乙开关失灵保护CSI101A过流元件定值2 A；母线失灵保护定值：复压闭锁低电压65 V、零序电压6 V、负序电压5 V；失灵保护出口短延时0.2 s（跳220 kV母联开关），失灵保护出口长延时0.4 s（跳同一母线上所有出线开关）。

220 ms时第二次故障开始到530 ms时故障结束，A相故障电流持续存在310 ms。如图8所示，线路乙的失灵保护装置（CSI101A）过流元件一直动作,故障电流保持在40 A左右，接点LJ动作不返回，第一套线路保护CSL101A的动作元件1TJ动作不返回、第二套线路保护RCS901A的动作元件2TJ，线路保护动作启动母线差动失灵保护回路导通。220 kV母线零序电压最小值达到41 V，远远大于零序电压的6V定值，开放失灵保护复压闭锁，经延时240 ms（即465 ms）失灵保护动作如图 12所示，跳开220 kV母联开关，485 ms时母联开关跳闸出口、526 ms母联开关跳闸变位，如图9所示。

220 kV母联开关跳开后，再等待200 ms延时母线失灵保护跳开本母线上所有出线开关 （在延时到达之前，母线差动保护已经动作跳开本母线所有开关，因此母线失灵保护第二时限未动作跳闸）。

4 母线差动保护动作分析

母线差动保护整定值如下：差动电流门槛高值为4 A、低值为3 A，复式比例系数高值为2、低值为1，复压闭锁低电压65V、零序电压6V、负序电压5V。

第二次故障开始，220 kV母线零序电压达到41V，远远大于零序电压定值6 V，开放母线差动保护复压闭锁；A相差流达到31 A、B相差流达到42 A，远高于母线差动保护差动电流门槛高值。如图12所示，493 ms时刻220kV正母线B相差动保护延时50 ms动作，90 ms后切除正母上所有开关。如图10、11所示，540 ms时线路庚开关三相跳开、545 ms时1号主变220 kV开关跳闸、551 ms时线路丙开关三相跳开。

465 ms时刻母线失灵保护动作、493 ms时刻母线差动保护动作，分别调取460 ms、480 ms时刻各间隔的二次录波电流进行分析 （各间隔的TA变比相同），1号主变、2号主变电流为负荷电流，相对于故障电流很小，计算时忽略1号主变、2号主变220 kV侧负荷电流；线路丙变电站丙侧开关热备用，线路己开关热备用，无负荷电流，当然在系统故障时不提供短路电流；变电站甲侧线路乙开关三跳后，但由于开关A、B相未能断弧，继续往线路上的故障点注入短路电流，因此线路乙的电流为负值（流出电流），其余间隔都往故障点提供短路电流，因此电流为正值（流入电流）。460 ms时刻各间隔的二次电流如表1所示，480 ms时刻各间隔的二次电流如表2所示。

BP-2B型母线差动保护的动作判据为：

（1）差动电流 Id＞ Idset；

（2）差动电流 Id＞ Kr×（Ir－Id）。

同时满足上述2个条件时开放母线差动保护。

表1 460 ms时刻220 kV正母出线电流值

表2 480 ms时刻220 kV正母出线电流值

5 母线差动保护A相不动作分析

双母线接线的母线差动保护使用大差比率差动元件作为区内故障判别元件，使用小差比率差动元件作为故障母线选择元件。即由大差比率元件是否动作，区分母线区外故障与区内故障；当大差比率元件动作时，由小差比率元件是否动作决定故障发生在哪一段母线。当母联开关处于合位时（母线并列运行），大差比率制动系数与小差比率制动系数相同，采用复式比率系数高值；当母联处于分位时（母线分列运行），大差比率差动元件自动转用比率制动系数低值。

从表1、表2可知，各间隔二次电流有效值非常接近，下面以表2数据分析母线差动保护的动作情况，由表2可知。

A相大差制动电流为：

A相Ⅰ母小差制动电流为：

220 kV母联开关的TA极性朝向220 kV副母，计入小差电流时取负值，线路乙电流为吸出电流，A相Ⅰ母小差动作电流：

母线差动保护的复式比例系数高值为2，220 kV母联开关跳开前大差比率制动系数采用高值。此时 Kr×（Ir-Id）=2×（85-31）＝108 A， 远大于 A 相大差动作电流31 A,不满足动作条件Id＞Kr×（Ir-Id），仅仅满足条件Id＞Idset，正母线差动保护A相处于非动作区，故A相大差复式比率差动保护、小差复式比率差动保护均未动作；当然故障分量复式比率差动保护也未动作。

220 kV母联开关跳开后，母线差动保护中的大差比率制动系数采用低值。465 ms时刻母线失灵保护动作、493 ms时刻母线差动保护动作、526 ms母联开关跳闸变位，实际上在本次故障中复式比例低值系数未用于计算。

6 母线差动保护B相动作分析

B相大差动作电流为：

B相大差制动电流为：

B相Ⅰ母小差制动电流为：

母联开关跳开前取用复式比例系数高值2，此时 Kr×（Ir-Id）=2×（57.2-42.2）＝30， 小于 B 相大差动作电流42.2 A，因此B相差动保护动作跳开正母线所有开关。

B相Ⅰ母小差动作电流为：

7 相关变电站保护装置动作分析

7.1 变电站庚线路庚开关跳闸分析

线路乙线第一次故障时，变电站庚线路庚线路第一套主保护（高频允许式PSL602GA）判断为正方向故障，保护一直起讯至某220 kV变电站甲220 kV线路乙开关A相跳开停讯（70 ms时刻），期间没有收到对侧的允许跳闸信号，故线路庚保护未跳闸；线路乙第二次故障时，该保护又持续起讯，某220 kV变电站甲220 kV母线差动保护动作启动远跳回路，第一套高频允许式保护、第二套为光纤纵差保护（RCS931A）收到允许跳闸信号，510 ms时发跳A、跳B、跳C、永跳令，开关三跳不重合。

7.2变电站丙220 kV备自投装置告警分析

正常运行方式，线路丙对侧开关热备用，某220 kV变电站甲220 kV母线差动保护动作跳开正母所有开关后，变电站丙线路丙线路失压，220 kV备自投装置检测到线路失压，瞬时放电发装置告警信号。

8 结束语

综上所述，本次故障是由于线路乙连续两次遭受雷击，引起线路乙开关A、B相绝缘击穿，虽然开关跳开，但不能灭弧，短路电流持续存在，导致母线差动保护、母线失灵保护、线路庚对侧变电站保护动作跳闸。

因此，某220 kV变电站甲220 kV线路乙两侧保护、220 kV母线差动保护、母线失灵保护动作正确；变电站庚线路庚保护动作正确；变电站丙的220 kV备自投装置告警属于正常现象。

[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京：中国电力出版社，1990.