一起220 kV母线失灵保护动作的分析

陈玉明， 唐小平， 汤雪鹏， 刘 畅

(国网合肥供电公司， 安徽 合肥 230022)

0 前言

某日晚21点10分，220 kV某变电站发生220 kV Ⅰ母失灵保护动作，运行于220 kV Ⅰ母线开关跳闸，同时220 kV 2817开关保护动作跳闸。随后，变电检修中心立即组织专业人员赶往现场，开展故障查看及抢修工作。

1 故障前运行情况

发生故障前，220 kV Ⅰ、Ⅱ母线并列运行，其中1号主变2801和2817、2C87、2819、2C73开关运行于Ⅰ母线，2号主变2802和2816、2818、2C74开关运行于Ⅱ母线，2C88开关处于检修状态。运行的接线图如图1所示。

图1 该变电站220 kV主接线

2817断路器为河南平高电气股份有限公司2008年5月生产的ZF11-252型断路器，2008年7月投运，配ABB液压碟簧机构。220 kV母差保护为许继电气生产，型号为WMH- 800A/R1，2008年7月投运。220 kV 2817线路第一套保护为许继电气生产，型号为WXH- 803A-G，第二套保护为南瑞科技生产，型号为NSR-303A-G，于2019年7月投运。

2 现场检查情况

2.1 现场设备及线路检查情况

该变电站220 kV母差保护装置动作记录为：220 kV Ⅰ母失灵保护动作，2817线第一套、第二套线路保护均动作，现场检查确认220 kV#1主变2801、母联2800、2817、2C87、2819、2C73开关在分位。一次检修人员进行220 kV#1主变2801、2817、2C87、2819、2C73开关汇控柜检查，未发现异常情况。同时再次重点检查2817间隔，2817开关机构三相实际位置均在分闸位置。断路器液压机构油位、渗漏、连杆锈蚀等外观检查无异常。

线路方面，经过排查确认2817线路发生A相单相接地永久性故障。

2.2 保护动作情况

20点59分11秒146毫秒，2817线路发生A相永久性故障，2817第一套、第二套线路保护均动作，47 ms(以下均为相对时间)2817 A相开关跳开，862 ms重合闸动作，899.8 ms时2817 A相重合成功(常闭接点打开)，937 ms开关第一次合上，由于重合于永久性故障，946 ms、948 ms时2817第一套、第二套线路保护后加速保护动作，982 ms开关三相跳开。跳开后，1002.6 ms出现A相开关第二次合上，1043 ms、1056 ms时2817第一套、第二套线路保护再次动作，1219 ms(定值0.15 s)220 kV母线2817失灵跟跳动作，1363 ms失灵跳母联2800开关，1570 ms～1596 ms跳开I母线运行220 kV#1主变2801、2C87、2819、2C73开关。故障录波器动作时序表如表1所示。

表1 220 kV故障录波器动作时序

根据故障录波器给出的信息和从监控后台调取的SOE信息整理后，得到动作时序的示意图如图2所示。

图2 动作时序示意图

3 事故情况分析

从保护动作情况可以注意到，由于2817开关A相开关出现了第二次合上的异常情况，开关连续动作，最终导致失灵保护动作，跳开整条母线上的开关。因此分析故障相开关第二次合上的原因是此次故障要分析的重点。

3.1 现场保护试验情况

故障发生后，二次检修人员首先进行了220 kV母差保护以及817开关二次回路检查，均未发现存在接线错误、直流接地情况，同时核查了保护定值，均正常。进行2817保护逻辑校验，分别模拟A相、B相、C相瞬时性故障，保护能正确单跳单重合，保护逻辑正确。分别模拟A相、B相、C相永久性故障，保护能正确单跳单重合最后加速三跳，保护逻辑正确。进行2817开关传动试验，合上2817开关，出口压板均投入的情况下，分别模拟A相瞬时性故障，2817开关A相跳开，并重合成功，试验正确。再依次分别模拟B、C相瞬时性故障，开关正确单跳单重，试验正确。

在模拟A相永久性故障时，二次检修人员发现，如果按照故障时序(第一次故障与第二次故障间隔850 ms)模拟A相永久性故障，开关A相单跳单重后，保护后加速动作跳三相开关，A、B、C三相开关分闸，随后A相再次重合，经过23 s的打压时间后，A相恢复分闸压力值，非全相动作，跳开A相开关。依次模拟B相和C相永久性故障，动作行为和A相永久性故障相同。故障录波器开关量变位图如图3所示。

而如果按照定值单的定值(第一次故障与第二次故障间隔时间为0.9 s：重合闸时间0.8 s延时100 ms)分别对2817开关进行传动试验，模拟A相永久性故障时，开关A相单跳单重后，后加速动作三跳，三相开关正确跳开，未出现故障相开关再次重合现象。再依次模拟B相和C相永久性故障，动作行为也正确，故障录波器开关量变位图如图4所示。

图3 模拟发生跳跃现象时故障录波器开关量变位图(A相为故障相)

图4 模拟动作行为正常时故障录波器开关量变位图(B相为故障相)

针对这种现象，通过对故障录波图的分析，二次检修人员初步判断：出现故障相开关跳跃，很可能是因为重合闸命令与故障相开关常闭辅接点存在重合；满足合闸回路导通的条件，且防跳继电器未可靠起动闭锁合闸回路导致。

3.2 防跳回路动作原理

断路器合闸回路及防跳回路的动作原理如图5所示，以非故障相为例说明防跳的动作原理[1]。由图5可知，非故障相由于合闸回路处于持续导通状态，开关合闸，QFA1(13/14)常开接点闭合，防跳继电器K12得电后，K12(13/14)常开接点闭合，使K12长期保持，合闸回路长期切断。此时开关跳闸回路导通，开关跳开，开关将保持断开状态，不会再次合闸，起到了防跳的作用[2]。因此B、C相开关三跳后，未发生跳跃现象。

对故障相进行分析，通过查阅故障录波器开关量变位信息，可以得知2817第二套光纤差动保护重合闸指令862 ms发出，986.8 ms返回。2817线路A相跳位第二次跳开的时间是978.8 ms。断路器常闭接点闭合与合闸脉冲有8 ms的重叠时间。此时A相如果防跳继电器K12没有可靠动作，防跳回路起不到有效作用，同时如果低油压闭锁合闸继电器K9也没有动作，完全可以将开关合上。因此下一步针对防跳继电器和低油压闭锁合闸继电器作针对性检查。

3.3 防跳继电器检查情况

通过查询图纸得知机构防跳继电器K12、K13、K14均采用施耐德的CAD-32MD，按照《国网Q/GDW1161-2013线路保护及辅助装置标准化设计规范》“11.1.2断路器防跳功能应由断路器本体机构实现”的要求，远近控均采用机构防跳。

对继电器单独进行试验，随后对拆下来的继电器单独进行试验，施耐德CAD-32MD继电器的固有动作时间为55 ms。根据十八项反措要求“12.1.2.1 防跳继电器动作时间应小于辅助开关切换时间，并保证在模拟手合于故障时不发生跳跃现象。”那么防跳回路断路器辅助常开接点QFA1(13/14)的动作时间应大于防跳继电器的固有动作时间。

图5 2817开关机构合闸回路及防跳回路图注：2019年6月进行2817开关保护更换，取消保护防跳，采用就地防跳，将图中SK1(33：34)接点短接。

3.4 低油压闭锁合闸继电器检查情况

断路器低油压闭锁合闸继电器回路如图6所示。低油压合闸继电器K9的动作原理是断路器三相任一相断路器油压低至闭锁合闸压力38.6 MPa，启动K9继电器，达到固有动作时间后，打开合闸回路中K9(51/52)常闭接点，从而断开合闸回路，起到闭锁合闸的作用。

图6 断路器低油压闭锁合闸继电器回路图

现场检查合闸闭锁继电器K9也采用施耐德的CAD-32MD，因此动作固有时间也较长。从后台soe报文可以看出，在开关重合后又跳开，时间为23 ms，在跳开后30 ms出现闭锁合闸信号，再12 ms出现闭锁分闸信号，此时A相开关业已合上，同时无法分闸，待经过23 s的打压后，高于闭锁分闸压力值，开关非全相保护跳开A相，压力再一次降低，再次出现闭锁分闸信号。经过68 s左右，开关压力完全恢复。

3.5 更换防跳继电器和开关辅助接点后的试验情况

为进一步排除故障，请平高厂家将防跳继电器施耐德CAD-32MD更换为ABB的KC6-22Z的继电器， KC6-22Z继电器的固有动作时间为24 ms，小于施耐德CAD-32MD继电器的55 ms。在模拟线路永久性故障时，故障相开关依然发生跳跃，现场将开关在分位模拟手合于故障试验，现场开关虽然最终闭锁在分位，但是通过故障录波器发现开关发生两次跳跃，防跳继电器并未可靠动作。接着，对防跳回路中断路器常开辅助接点QFA1(13/14)的合-分时间进行监测[3]，发现该接点保持时间只有20.8 ms，无法启动防跳继电器。说明开关常开辅助接点也存在合-分时间过短的问题。

接下来让平高厂家更换防跳继电器的内常开辅助接点(通过监测发现该接点合-分保持时间为80 ms)，然后就地将开关在分位模拟手合于故障试验，现场开关闭锁在分位，通过故障录波器发现开关未发生跳跃。之后模拟线路发生永久性故障(第一次故障与第二次故障间隔850 ms)时，故障相跳跃现象消失，保护动作现象正确。

4 整改及预防措施

(1)开展2817开关机构继电器更换处理工作，对于防跳继电器、合闸闭锁继电器、分闸闭锁继电器等中间继电器进行全部更换，更换为固有动作时间快速灵敏继电器，同时对该变电站其他设备进行排查，将同型号的施耐德型号继电器全部进行更换。

(2)检查该变电站的断路器常开辅助接点的合-分时间，防止出现合-分保持时间过短无法启动防跳继电器的问题。

(3)加强继电器检验管理工作，建议配置能够检测继电器动作特性试验仪器，能够检测出继电器动作时间、动作电压，同时将继电器检验工作作为机构检修工作之一。

(4)开展专项隐患排查工作，对所管辖变电站在运液压机构的GIS设备防跳继电器进行排查，对于固有动作时间较长继电器进行统一整改校验，同时加强新投运变电站设备管理，要求机构回路相关继电器等元件质量、选型和技术要求提高，同时必须加大二次回路的试验深度，提高现场全面验收管理工作的水平，避免类似的情况发生。