一起电厂500 kV电缆差动保护误动事件分析与处理

董 征

(中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东 广州 511400)

一起电厂500 kV电缆差动保护误动事件分析与处理

董 征

(中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东 广州 511400)

通过介绍500 kV电缆差动保护误动的实例，深入分析了电缆差动保护误动的原因，并提出了相应的解决措施。

电缆差动保护；原因；措施

0 引言

当电厂发变组离开关站较远，机组与断路器之间的电缆(引出线)较长时，为了防止因二次电缆产生的感应电压等因素对保护装置发生影响，通常在电缆(引出线)两端分别配置一套电流差动保护，通过光缆(电缆)组成纵联差动保护，称为电缆(引出线)差动保护[1]。本文结合一起电厂500 kV电缆差动保护误动的实例，深入分析了电缆差动保护误动的原因，并给出了解决措施。

1 事件概况

1.1 故障及动作情况简述

H电厂采用不完全单母分段的接线方式，如图1所示。2008年9月25日15:07，H厂A套ALSTOM电缆差动保护(87C-1)动作(B套电缆差动保护(87C-2)未动作)跳开500 kV开关5002，选相A相。故障前该厂运行方式为500 kV开关5002、5007处于合闸位置，由500 kV HB线带厂用电负荷运行。故障后5002开关跳开，18 kV厂用电切换成功。

图1 故障前系统接线

1.2 故障录波及保护装置故障信息

由图2的故障录波可知，故障时UA波形有畸变，三相相电流正常，无明显故障电流，但有明显的零序电流。从保护装置上读取相关数据如下：f=49.97 Hz；IA-local=515.3 A，IA-remote=0 A(跳闸时的电流，local为厂房侧，remote为开关站侧)；IB -local=513.3 A，IB -remote=0 A；IC-local=514.4 A，IC-remote=0 A；IdA=515 A，IA-bias=257 A(跳闸时的差流和制动电流)；IdB=516.8 A，IB -bias=259 A；IdC=517.2 A，IC-bias=260 A。

图2 5002开关保护录波图

2 故障检查处理

根据当时的故障信息，初步分析故障原因[2]可能为：(1) CT断线；(2) 区外故障保护装置误动；(3) 保护范围内CT闪络；(4) 主设备一次回路故障。

2.1 CT回路检查

首先检测保护装置的CT接线、绝缘电阻、直流电阻等。通过检查，排除了CT回路故障的可能。

2.2 保护装置检查

在排除CT故障后，进一步对保护装置的采样精度、定值设定、通信情况进行了检查[3]。检查中发现，当向开关站侧保护装置输入三相对称电流时，保护装置显示采样电流正常，厂房侧通过通信显示开关站侧电流也正常；当向开关站侧保护装置注入幅值相等、相位相同的零序电流时，保护装置的采样电流显示为0，厂房侧通过通信显示开关站侧电流也为0。厂房侧保护装置进行相同试验时采样均正常。因此，当电缆中流过较大零序电流时，保护装置会检测到开关站侧电流为0，厂房侧存在电流，如差流超过保护整定值，将出口跳闸。

2.3 系统故障信息

25日15:07，500 kV BD甲线发生A相短路接地故障，与H厂跳闸时间相同，而通过5002开关的故障录波图分析，导致保护动作的原因也恰好是A相短路接地，因此怀疑此次故障原因为区外短路保护装置误动。

3 ALSTOM电缆差动保护(87C)保护原理

H厂电缆差动保护(87C)由2组MICOM P541保护装置组成，分别负责采集开关站侧电流及厂房侧电流，通过光纤通信，在装置内部实现差动电流及制动电流的计算(图3)，按照比率制动的原则判断故障。正常运行时投入，动作后跳所在间隔的相邻2个开关，同时停机灭磁。

图3 引出线(电缆)纵联差动保护配置示意图

4 保护误动原因分析

4.1 故障电流产生的原因分析

根据对称分量法[4]，当系统发生故障时故障点的电压可分解成正序、负序及零序电压，接地点的故障电流需经过系统中接地的设备形成回路(即零序电流需要在系统零序网络中流通)，造成H厂电缆及主变中性点处流经较大零序电流(从故障录波波形分析故障时电缆中峰值电流达到900 A左右，有效值600 A以上)，而保护装置本身存在问题，在电缆流经较大零序电流时发生误动，如图4、图5所示。

图4 故障时系统示意图

图5 系统零序等效网络及零序电流分布图

注：XS代表系统零序阻抗；XL代表线路零序阻抗；XT代表变压器零序阻抗。

4.2 保护装置动作分析

电缆差动保护(87C)的工作特性如图6所示。

图6 差动保护动作特性图

H厂电缆差动保护定值：Is1=0.2 A，Is2=2 A，k1=0.3，k2=1.5，CT变比2 000/1。此次故障发生时：Ibias≈260 A(IA-bias=257 A，IB -bias=259 A，IC-bias=260 A)，折算至二次侧：Ibias=260/2 000=0.13 A。依据保护特性曲线，其对应的差动电流Idiff=Is1+k1×Ibias=0.2+0.3×0.13=0.239 A，折算至一次侧：Idiff=0.239×2 000=478 A。而本次故障时的差动电流Id≈516 A(IdA=515 A，IdB=516.8 A，IdC=517.2 A)，明显大于制动值Idiff，故保护装置动作跳闸。

4.3 保护装置故障分析

经保护装置供货商ALSTOM确认，P54*系列保护装置通常用于线路差动保护，但也可根据需要用于变压器差动保护。当用于变压器差动保护时，除需要对主变两侧电流的相位角进行补偿外，还需要在程序中设置零序滤波功能，以避免在系统发生短路，变压器一侧流过零序电流时变压器差动保护误动。

H厂500 kV电缆A套保护开关站侧P541装置在出厂程序装载时，错误地装载了应用于变压器差动保护的逻辑程序，集成了零序滤波程序模块，在电缆中无零序电流流过时，保护装置能够正确动作，但当电缆中流过零序电流时，开关站侧P541装置将滤除零序电流，显示正序电流，而厂房侧P541装置无零序滤波功能，将显示总的电流(含正序、负序、零序)，造成两侧出现差流，当差流达到差动保护动作值时，差动保护将动作。

5 改进措施

确认装置故障原因后，厂家人员对开关站侧P541装置程序进行了更新，取消零序滤波功能，保护装置功能恢复正常。

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2002

[2]赵永彬，景展.区外故障变压器差动保护误动原因分析与防治[J].电力自动化设备，2004，24(3)

[3]石结银，李玉海.提高主设备保护可靠性的研究[J].西北电力技术，2006，34(1)

[4]夏道止.电力系统分析[M].北京：中国电力出版社，2004

2014-07-14

董征(1980—)，女，河北邢台人，工学硕士，工程师，从事电厂计划经营工作。