一起500kV断路器机械故障引起主变烧毁事故中继电保护动作行为的分析及预防措施

武彦浩

摘 要：本文针对一起500kV断路器由于机构原因，引发机组非全相故障和发电机非同期合闸事件，在事件发生过程中由于有关保护设计功能上的欠缺，造成线路重合闸动作，非同期过程中电流冲击导致主变损坏事故，事故中，侧重对保护动作行为进行了分析，进行现场调研，从发变组保护角度分析研究了如果并网断路器发生类似跳跃现象，能否在线路重合闸动作之前，有效隔离故障，以及如何防止类似事故的再次发生提出预防措施。

关键词：断路器跳跃;并网断路器;非全相保护;保护配置

1.事件回顾

某电厂2号机组采用发变组单元出线，经5002开关送至对侧3/2接线方式的500kV变电站5052、5053开关，500kV线路保护采样双重化配置，配置为RCS-901A线路保护装置、CSL101A线路保护装置、断路器配置RCS921保护装置;发变组配置两套美国GE公司G60、T60发电机、变压器保护装置。

2018年10月19日19：35机组起励正常，发电机出口电压正常;19：38启动自动准同期装置并网，19：39：13.5002开关非全相保护出口动作跳开B、C相，19：40：29线路保护动作、19：40：30发变组保护动作;就地检查#2主变A相喷油，压力释放阀动作，检查B、C相无异常。

保护动作检查情况：2号机组两套发变组差动保护动作、两套主变差动保护动作、主变重瓦斯保护动作、两套发电机过流保护动作、两套定子接地保护动作;线路RCS901A零序加速动作、5002开关RCS921保护动作、5002开关非全相保护动作、系统和发变组故障录波器启动录波。

一次设备检查情况：事故发生后对主变A相高、低压绕组进行绝缘测试，对地绝缘均为零，取本体油样、取瓦斯气进行色谱分析，乙炔等指标严重超标，变压器油目视呈黑色并有大量碳化杂质。排油后打开人孔，进行内部检查，发现围屏拉带全部断裂，箱底有许多炭化的纸屑，低压侧下铁轭上有许多铁珠，面对主变油箱右侧壁外加强筋焊缝有两处开裂;对发电机抽转子后定子、转子检查均正常。对5002开关检查发现A相操作机构有问题（合闸一级阀撞杆卡滞不动作）。

2事故分析

2号机组并网过程中，当自动准同期装置发出5002开关合闸命令后，由于5002开关机构故障，造成A相开关发生合闸延迟，分后即合的跳跃故障是导致本次2号主变A相损坏的直接原因。事故过程如下：

2.1同期合闸：

10月19日19：39：11.6，#2机组利用自动准同期装置同期并网，合5002开关，结果为A相未合上，B、C相合闸成功，19：39：13.6025，5002开关非全相保护正确动作跳开B、C相。

2.2 A相第一次合闸

19：40：29.3584，5002开关A相延时合闸，在合闸后主变高压侧A相出现冲击电流，高压侧A相电流最大峰值10425A（二次值4.17A），故障持续时间142ms，发电机机端A相电流最大峰值151525A（二次值30.305A），C相电流最大峰值148015A（二次值29.603A），故障持续时间142ms，19：40：29.4779线路RCS-901A线路保护装置零序加速保护正确动作、5002开关A相19：40：29.4914跳开，19：40：29.5284秒对侧变电站5052、5053开关A相跳开，线路A相失电。

2.3 A相第二次合闸

19：40：29.9509 5002开关A相第二次偷合闸，由于线路A相无电压，发电机及系统无故障电流，但线路产生过电压，电压峰值为771.35kV。约1.3s后即19：40：30.8142对侧变电站5053开关重合闸，主变高压侧A相出现冲击电流，再一次对变压器造成冲击。

2.4 A相第三次合闸

19：40：31.5652，5002开关A相第三次自动合闸。由于对侧开关已跳闸，发电机已灭磁，所以本次合闸未对变压器造冲击。

3 繼电保护动作分析

在电厂侧5002 开关A相两次自行非同期合闸时，单相非同期并列产生线路零序电流。经分析，因线路保护采用线路侧TV，线路保护侧感受反方向。

3.1 RCS-901A线路保护装置动作分析

第一次冲击：电厂侧5002 A相延时合闸，对侧变电站5052/5053在合位;线路零序超过了线路保护零序后加速段定值，电厂侧RCS-901零序后加速（不带方向）保护动作，三相跳闸，同时向对侧发允许信号。RCS-901A线路保护装置包含有纵联变化量方向、纵联零序方向、工频变化量阻抗、三段接地和相间距离，以上保护方向指向线路（线路保护采用线路侧TV，电厂线路保护侧感受反方向），保护可靠不动作。

第二次冲击：电厂侧5002 A相偷合在先，然后对侧变电站5052受RSC-921控制，重合A相，电厂RCS-901保护零序加速动作。电厂侧判为三相重合，零序加速延时为100ms;对侧变电站为单相重合，零序加速延时为60ms。

3.2 CSL-101A线路保护装置保护动作分析

CSL101线路保护零序后加速经方向闭锁，保护感受反方向，保护可靠不动作。

3.3 5002断路器保护装置动作分析

开关第一次A相合闸时，重合闸未充好电，当收到保护动作信号后，保护沟通三跳、A相跟跳、三相跟跳动作出口。由于非全相保护用的是开关本体的保护，本体非全相保护无电流判据闭锁不启动失灵，所以失灵保护未动作。

3.4 #2主变、发变组差动保护动作分析

5002开关A相第一次合闸，在合闸后主变高压侧A相出现冲击电流，发电机机端A相和C相电流变大，从主变压器星角结构和保护构成来分析，该电流对于主变差动和发变组差动来说是穿越性的，差动电流基本为零，制动电流最大，差动保护不动作。