一起非全相保护装置误动作事故分析研究

吴盈蓝

(国网福建省电力有限公司诏安县供电公司, 福建 漳州 363000)

0 引言

电力系统中单相接地故障是发生概率最大的一类故障。据统计，单相接地故障可以占到所有类型故障的70%～80%。为了提高可靠性，220 kV及以上电压等级线路开关普遍采用分相结构[1,2]。与之相应的，220 kV系统普遍采用单相自动重合闸方式，即跳开某相只重合该相，当重合到故障时，跳开三相，若跳开三相则不重合。若开关在断开三相时某一相拒动，或者正常运行时开关某相偷跳，则会造成开关三相位置不一致，即开关处于非全相运行状态。长期非全相运行会导致严重后果：一方面，可能会使得带有并联电抗器的超高压线路产生谐振过电压，另一方面，产生的负序电流会使得发电机转子发热损坏，零序电流还会导致越级跳闸，严重影响系统的供电可靠性。因此，220 kV分相开关都会配置分相保护装置。分相保护装置监视三相开关的分合情况，某一相或两相出现偷跳、拒动时延时跳开三相，其延时主要与重合闸时限相配合[3,4]。

变电站内直流失地是较为常见的一类故障，直流单点失地尚不足以造成严重后果，当失地进一步发展引起两点及以上失地时将会造成保护误动、拒动等情况的发生，因此该类故障一旦出现即为危急缺陷，需要立即处置。

本文介绍了一起直流系统失地导致非全相故障误动作造成开关三相跳闸的事故，针对事故发生的原因，提出了相应的改进措施。

1 非全相保护原理

非全相保护有两种实现方式：一是由继电保护厂家配置的保护装置(例如南瑞继保的RCS-923断路器保护)，二是由断路器自身辅助触点进行串并联构成启动回路实现。前者需要将保护装置配置在继保室，距离现场较远，布线较长，容易引起误动，可靠性不高，因此目前非全相保护大多采用现场布置即后者。非全相保护的启动回路如图1所示。

图1 非全相保护启动回路

图1中DLA-O、DLB-O、DLC-O、DLA-C、DLB-C、DLC-C分别表示断路器的A、B、C三相分闸辅助触点和合闸辅助触点，SJ1表示时间继电器，SZJ11、SZJ12表示非全相中间继电器，S4表示人工复位按钮。当断路器三相均处于分位或合位时，总有一组辅助触点是全部断开的，因此时间继电器SJ1不会动作。当断路器三相中有一相或两相处于分闸，其余相在合位时，合闸辅助触点和分闸辅助触点总有一路是接通的，于是时间继电器SJ1得电，经过整定延时触点接通，SJ1动作，其输出的两路常开触点闭合，非全相中间继电器SZJ11、SZJ12得电，SJZ11继电器节点接入断路器跳闸回路实现三相跳闸，SZJ12继电器则用于自保持，需要人工按下按钮S4才能复归。之所以设计自保持功能是为了当操作机构或二次控制回路出现故障时需要查明原因才能进行再次操作。为了提高可靠性，现在非全相保护装置还引入了零序电流或负序电流闭锁功能。当同时满足启动回路动作和零序或负序电流满足动作值时才会发出跳闸命令。220 kV开关一般配置两套非全相保护，两套非全相保护中非全相继电器接至两套断路器跳闸回路中。

2 事故经过

某日17时22分，调度监控通知某变电站#2主变本体测控报“油温高报警”，直流联络屏报“接地告警”，某220 kV线路开关“第一组非全相保护动作”，931保护装置与902保护装置均报“事故总信号”。运行人员首先检查IES700系统发现，某220 kV线路开关A、B、C三相电流基本为0，开关在分闸位置，直流系统间隔报“Ⅰ段直流母线正失地”“正对地电阻1 kΩ，负对地电阻99 kΩ”，运行人员立即赶赴现场对设备进行检查。

3 现场检查情况

对告警的220 kV线路开关检查发现三相确已跳闸，现场一次设备间隔(刀闸、开关、接线、避雷器、PT、CT等设备)无异常。对220 kV故障录波装置检查，发现装置录有文件一个，其波形图如图2所示。

图2 故障录波图

由图2可知，17:22:55.355(即图中的0.0 ms时刻)时，线路三相电流变为0，说明开关跳闸，而开关跳闸前电压、电流均无明显变化，说明引起跳闸的原因并非短路、短线、接地等故障，结合告警信号初步判断跳闸是由非全相保护误动作引起。对非全相机构箱检查发现，内部加热回路工作正常，各元件无受潮、端子接线牢固，箱门密封良好，目测范围内未发现异常。

对非全相机构箱内各继电器检查，结果如下：第一组非全相继电器SZJ11动作电压141 V，动作功率3.04 W，第一组时间继电器SJ1动作电压150 V；第二组非全相继电器SZJ21动作电压154 V，动作功率2.94 W，第二组时间继电器SJ2动作电压146 V，动作电压满足55%～70%Un的要求(Un表示额定电压220 V)，动作功率不满足大于5 W的要求。

进一步检查发现非全相机构箱内用于接入断路器跳闸回路的两组非全相继电器接线错误，如图3所示。

图3 非全相机构箱内继电器接线

由图3可知，现场错将本应与第一组非全相继电器并联的容阻元件Z11接至第二组非全相继电器的A2接点，将本应与第二组非全相继电器并联的容阻元件Z22接至第一组非全相继电器的A1接点。

对直流系统检查发现，现场绝缘监测系统确报Ⅰ段母线直流正失地，Ⅱ段母线也出现间歇性失地，通过配置的选线装置，选出Ⅰ段直流馈线屏上直流空开26所接支路存在失地。断开该空开，直流正失地信号消失，正对地电阻和负对地电阻均为99 kΩ。直流空开26所接支路为#2主变有载调压机构控制器电源，结合告警信息，初步判断直流正失地点在#2主变有载调压机构箱内部。经进一步检查发现，故障点为#2主变油温表1接线盒内部接线端子，如图4(a)所示，Ⅱ段直流母线间歇性负端失地点为有载调压机构箱内接线电缆线破皮处，如图4(b)所示。

(a)油温表计失地点 (b)有载调压机构向内电缆破皮处图4 直流系统失地点

4 事故原因分析

结合上节的现场检查情况可知，当17时22分55秒时#2主变油温表接线盒接线端子受潮导致直流系统出现正失地，此时第一组非全相保护继电器SZJ11的A2节点对地电压-220 V，Ⅱ段直流母线系统存在间隙性负失地，导致202负端(Ⅱ段直流母线负端)通过Z21、SZJ11、102负端(Ⅰ段直流母线负端)形成差压回路，满足动作条件，第一组非全相继电器SZJ11动作，造成了开关三相跳闸。

5 整改措施

5.1 接线更正及继电器校验

首先更正非全相机构箱内错误接线，如图5所示，对箱内接线再次进行仔细核对。再将非全相继电器进行更换，更换为功率大于5 W的继电器，并重新试验。由于二次反措中，仅对出口继电器的功率和电压有明确要求，对启动出口的时间继电器并无具体要求。由图1可知，时间继电器启动电压和功率过低在特殊情况下也会导致非全相继电器误动作。因此，对回路中时间继电器也需进行校验,对于不满足规定(电压大于55%～70%Un以及功率大于5 W)的继电器也应及时更换。

图5 改善后的继电器接线

5.2 引入闭锁元件

跳闸回路中引入闭锁元件，增加可靠性。本站内220 kV开关非全相保护未配置闭锁元件，触发条件仅为非全相继电器得电，可靠性较差。应在回路中增加闭锁元件(例如负序电流、零序电流元件)辅助判断开关的非全相状态：只有在解除闭锁的前提下，非全相继电器动作才能引起开关跳闸。

5.3 隐患排查

加强端子箱、机构箱防水、防潮情况排查，重点对于柜内密封圈、排风口、加热片等重点部位进行检查，特别是雨季来临前，进行全面细致巡查。对于二次电缆线包有金属外套的，底部要重点检查是否有积水痕迹。遇到问题及时处理，杜绝出现因维护不到位导致直流失的现象。

6 结语

非全相保护虽然不是线路主保护，但在确保开关全相运行，保障供电可靠性方面意义重大。其一旦误动造成220 kV及以上线路跳闸，往往可能导致重大负荷损失，严重时可能会危及整个电网的稳定。直流失地是变电站内经常出现的隐患缺陷，尤其是老旧变电站内出现频率尤其高。直流失地与非全相保护动作看似两个不相关的事件，在本次事故中却存在直接联系。对于现场运行、检修人员来说，应做好维护和验收工作，在平常的工作中应严格按照标准作业卡进行巡视和验收工作，吸取教训，提高自身水平，杜绝该类事件的再次发生。