某220 kV变电站的110 kV正母线母差动作原因分析

张 威 ，张知宇 ，操晨润 ，周 刚

（1. 国网浙江省电力有限公司海盐供电公司，浙江 海盐 314399; 2. 国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314000）

在一些重要的大型发电厂或者高压枢纽变电站中，通常采用双母线接线方式，即每组母线上只单独连接一部分的负载与供电元件。在这样的接线方式下，如果其中一组母线出现故障，虽然在短时间内影响了一半的负荷供电，但是另外一组母线上的负荷却不受影响，这样就大幅度地提高了系统供电的可靠性[1]。在变电站中，电能的汇集与分散一般由母线承担，因此对母线的保护也必不可少。母差保护是一种常规保护手段，它能够在母线发生故障时，跳开所有与母线连接的断路器，切除故障，但这也将会引发大面积的停电事故，扰乱正常的居民生活和工业生产秩序[2]。因此，在故障发生后，如何短时间内快速地定位故障并消除缺陷，对快速恢复系统正常运行来说是非常关键的。

本文以某座220 kV变电站的110 kV正母线母差动作事故为例，通过了解系统运行方式，详细梳理事件发生的经过，查阅报文与故障录波波形，结合现场巡视勘察等手段，从中查找事故发生的原因，最终消除故障并使系统恢复正常运行，这为今后运维人员处理与防范该类事故提供了有价值的参考。

1 事故前系统的运行方式

在发生母差保护动作事故之前，该220 kV变电站的110 kV部分为双母运行方式，如图1所示。此时，正副母线的母线联络开关100处在合位，正副母线并列运行。其中，#1主变带正母线运行，南602线、南603线、北702线、北704线由正母线供电；#2主变带副母线运行，南601线、南604线、北701线、北703线由副母线供电。

图1 220 kV变电站的110 kV部分运行方式

2 事故发生的概况

2020年12月31日14:43:31，该220 kV变电站的110 kV正母线母差保护发生动作，跳开了#1主变的110 kV开关107、110 kV母联开关100、南602线开关、南603线开关、北702线开关、北704线开关，即切除了110 kV正母线上所有的运行开关，符合正母差动动作结果。

事故发生后，变电运维抢修人员迅速抵达了变电站现场。通过查阅110 kV母差保护装置的动作报文，发现故障相别为A相，保护装置启动至出口时间为5 ms，正母线每相差动电流分别为：Ida=17.66 A，Idb= 0.13 A，Idc= 0.02 A。由于110 kV正母线母差保动作启动电流值为4.7 A，而此时A相差动电流之和远超整定值，可以初步判定是正母线A相线路发生了故障。

在继电保护装置中，故障录波器是一个能够记录故障信息的存储装置。当电力系统中发生如短路等故障时，它将会自动启动并持续记录系统每相电流、电压、频率等电气量，以及相关的重要数据，这给运维人员日后进行故障分析提供了强有力的一手资料。

紧接着，检修人员随即调出了故障发生时主变故障录波器记录的110 kV正母线的电压、电流变化情况，发现在14:43:31，正母线路的A相相电压突然由正常值骤降至0附近、相电流剧增，而此时，B相与C相的相电压却保持不变，另外，系统中的中性线上出现了零序电压、零序电流，整个故障持续时间大约在50 ms左右。

众所周知，电力系统在正常运行时候，它的三相具有对称性，零序电流、电压在理论上为0，实际运行中接近零。当中性点接地系统发生接地短路故障时，中性线上将会出现很大的零序电压和电流。从发生故障时，A、B、C三相电压电流以及正序电压电流变化情况来看，此次故障完全符合单相接地短路故障特征。因此可以判断是正母线A相发生接地短路故障，从而导致正母线的母差保护动作。这样看来，继电保护系统产生母差保护动作正确，不属于误动作情况。

3 事故原因分析

在明确了是正母线的A相发生接地短路故障后，检修人员随即做好个人防护，开始对正母线路及所连开关展开仔细巡查。在巡查到南602线开关侧处，发现几处异常点：（1）该开关A相开关下截瓷瓶的第一片瓷裙上有明显放电灼伤痕迹，表面釉质发黑、起皮、脱落，如图2（a）所示；（2）底部开关构架上也有放电痕迹，如图2（b）所示；（3）在现场电缆盖板上发现有残余的气球碎片，如图2（c）所示。而其他与正母线路相连接的线路或者开关均不存在异常现象。综合以上信息，可以初步判定是南602线开关曾经遭遇过接地短路故障。

图2 事故现场部分图片

为了进一步查清南602线开关的是如何发生接地短路故障，运维检修人员通过调取变电站现场监控视频，发现在事故发生前有一只气球飘到了南602线的开关间隔，气球靠近位置与放电的部位高度吻合，因此可以判断是气球及气球下的细绳与开关下端构架形成回路，引发正母线的A相线路对地放电，强大的电流瞬间击碎了气球。由于此次发生短路故障的地点处在开关器件的母线侧，如图3所示，属于110 kV母差保护范围，因此母差保护动作，并立刻跳开了与正母线相连的所有开关器件。

图3 正母线A相接地短路故障示意图

4 事故现场处置与预防措施

事后，检修人员对瓷裙放电部分进行清洗检查，将表面起皮脱落部分清除，并除去法兰表面毛刺。考虑到瓷裙外表部分破损，其绝缘性能未知，因此有必要对瓷裙进行绝缘电阻试验，试验得到绝缘表面电阻测试值为2.91 TΩ，可知开关瓷裙的绝缘电阻合乎规定，绝缘性能良好。为了尽快恢复系统供电，故暂时没有必有对瓷裙进行更换。

接着现场对该变电站的#1、#2主变油样进行取样分析，经油色谱数据分析后，排除了主变由正母线短路可能引发的潜在故障。

最后对#1、#2主变进行振动带电检测，其检测结果经厂家分析讨论后，结论为主变本体无明显异常。至此，正母线A相接地故障消除成功，可以为系统恢复供电。

由于陶瓷是良好的绝缘体，而瓷釉的憎水性可以使雨水无法附着在绝缘表面，由于第一片瓷裙表面部分釉脱落，设备完整性被破坏，因此，在后期的运检工作中，运维人员应当加强对南602线开关的巡视强度，着重观察运行中绝缘表面是否有异常现象。为保险起见，应当尽快安排设备更新计划，停电对瓷釉脱落部分进行喷涂RTV处理，以防在雨雪等潮湿天气下，湿气雨水弱化瓷裙的绝缘性能。

此次变电站的正母线A相刀闸发生接地短路故障是由于空中飘来的气球所导致，属于偶然不确定的突发事件。从本次事故中，可以看到小小的气球飘浮物却给变电站的安全运行带来了意想不到的危害，因此，要重视飘浮物对变电站的潜在危险性，有必要采取一些积极有效措施预防漂浮物引发电力事故。

从漂浮物的源头上下手，电力公司要加大保护电力设施的宣传力度，宣传飘浮物可能给电网带来的危害，劝导人们不在变电站附近释放气球、风筝等高空飘物。要加大辖区内漂浮物的巡查力度，一经发现随意悬挂空飘广告的违法行为，应当立即给予撤除。

强化运维人员的责任意识，实行“变电站设备主人制”，为每座变电站指定一名负责人。班组成员要综合运用远程视频巡视与现场巡视手段开展设备巡查工作，确保巡视能够全覆盖，无死角。对暴露于户外的一次设备区域要进行漂浮物隐患的重点排查，及时发现隐患并处理。同时公司安监部门要对每名负责人进行监督与考核，不定期检查变电站的漂浮物隐患治理情况，进一步夯实治理效果。

要做到防患于未然。平时应密切关注天气变化情况，在大风天气来临之前，要提前对变电站附近的广告牌等易被吹落物体进行加固，拆除横幅、清理塑料垃圾，消除隐患。同时也要做好各种相应的应急准备工作。

5 结束语

母差动作保护具有速动性与选择性，当母线发生故障时候，它能够快速地切除故障，使事故范围不再扩大，降低经济损失。作为变电运维人员，应当能够熟知并理解母差保护的基本原理，这样，在母差保护动作后，要能快速地查找出事故原因并开展积极有效的处置工作，尽快消除故障，缩短停电时间，使电力系统在短时间内恢复正常运行。