1 事故概況

1.1 110kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

事故前，該110kV站所在電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為：南橋變電站（簡(jiǎn)稱南橋站）通過(guò)110kV南象線向象山變電站（簡(jiǎn)稱象山站）供電，象山站通過(guò)110kV象喜線向110kV雙喜變電站（簡(jiǎn)稱雙喜站）供電，110kV象漳線作為象山站的備供線（熱備用）。象山站至南橋站的通信鏈路由象山至南橋。南橋站#2主變中壓側(cè)中性點(diǎn)通過(guò)接地刀閘接地，象山站和雙喜站的主變中性點(diǎn)通過(guò)間隙接地。110kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 110kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖

1.2 110kV變電站的運(yùn)行方式

事故前，110kV象山站110kV部分運(yùn)行方式為：110kV南象線象04開(kāi)關(guān)、象50MVA#1主變110kV側(cè)象01開(kāi)關(guān)接110kV#1母線運(yùn)行；110kV象漳線象06開(kāi)關(guān)、110kV象喜線象07開(kāi)關(guān)、象50MVA#2主變110kV側(cè)象02開(kāi)關(guān)接110kV#2母線運(yùn)行；110kV分段象麻05開(kāi)關(guān)在合位，將110kV#1、#2母線并列。

10kV部分運(yùn)行方式為：50MVA#1主變10kV側(cè)象25開(kāi)關(guān)接10kV#7母線運(yùn)行，供11回10kV饋線及#1接地站用變運(yùn)行；50MVA#2主變10kV側(cè)象45開(kāi)關(guān)接10kV#8母線運(yùn)行，供11回10kV饋線及#2接地站用變運(yùn)行；10kV分段象27開(kāi)關(guān)為熱備用，10kV#7、#8母線分列運(yùn)行。110kV變電站運(yùn)行方式如圖2所示。

110kV南象線跳閘后，緊跟著象山站#2主變高、低壓兩側(cè)跳閘，進(jìn)線備自投動(dòng)作，象山站由110kV象漳線供電，象山站110kVⅠ、Ⅱ母線及10kV#7母線恢復(fù)供電，10kV#8母線停電1h45min，造成負(fù)荷損失33950kW?h。

圖2 110kV變電站運(yùn)行方式

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

2.1 輸電線路巡視情況

事故發(fā)生后對(duì)線路進(jìn)行故障巡視，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)：①故障位置有兩基塔之間的光纜斷線，斷線接頭處有電弧燒傷痕跡；②C相導(dǎo)線斷線，斷線處位于單擺防舞器附近，單擺防舞器表面、導(dǎo)線斷面有燒傷痕跡；③倒塌區(qū)段瓷瓶發(fā)生破損，其余未倒塌區(qū)段線路正常。

2.2 保護(hù)動(dòng)作情況

1）線路保護(hù)動(dòng)作情況

通過(guò)檢查站內(nèi)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)110kV南象線南114開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置“跳閘”、“重合”燈亮，裝置指示開(kāi)關(guān)為“分位”，屏幕伴隨彈出故障報(bào)文，詳見(jiàn)表1。

表1 線路保護(hù)動(dòng)作報(bào)文

2）主變保護(hù)動(dòng)作情況

#2主變高后備保護(hù)裝置“跳閘”燈亮，屏幕伴隨彈出故障報(bào)文，詳見(jiàn)表2。

表2 主變保護(hù)動(dòng)作報(bào)文

#1主變高后備保護(hù)裝置起動(dòng)后錄波160ms，裝置無(wú)報(bào)警或跳閘燈亮，屏幕僅伴隨保護(hù)起動(dòng)報(bào)文。

3 原因分析

3.1 線路保護(hù)動(dòng)作原因分析

110kV南象線南114開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置型號(hào)為許繼WXH-811A/B1/R1型線路保護(hù)裝置，查看裝置定值及二次回路接線，均正確。被保護(hù)的故障測(cè)距數(shù)據(jù)為15.394km，在距離Ⅱ段的保護(hù)范圍內(nèi)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，110kV南象線（南橋側(cè)）距南橋站15.4km處出現(xiàn)了桿塔倒塌情況，與裝置故障測(cè)距相符。接地Ⅱ段定值為6.4◆，延時(shí)為1.2s，保護(hù)裝置顯示保護(hù)起動(dòng)1259ms后，故障被切除，裝置動(dòng)作正確。

此外，該線路保護(hù)裝置事故前按定值單要求加用重合閘功能，重合閘時(shí)限為2s，保護(hù)裝置的重合閘動(dòng)作也正確。

3.2 #2主變高后備動(dòng)作原因分析

通過(guò)前述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析，110kV象山站屬于電源受端，當(dāng)線路發(fā)生接地故障時(shí)，會(huì)在#2主變中性點(diǎn)產(chǎn)生較高的零序電壓，其大小與系統(tǒng)零序等值電抗和正序等值電抗有關(guān)，故障期間110kV系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)圖如圖3所示。

圖3 110kV系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)圖

南橋站的#2主變中壓側(cè)中性點(diǎn)被直接接地，象山站的#2主變中性點(diǎn)通過(guò)間隙接地，象山站作為電源受端，當(dāng)發(fā)生線路單相接地故障或單相斷線故障時(shí)，象山站中性點(diǎn)電壓受非故障相電壓的影響，非故障相電壓由南橋站供電端決定，由于南橋站主變中性點(diǎn)被直接接地，所以當(dāng)南象線C相接地時(shí)，非故障相電壓略微上升，線路故障產(chǎn)生零序電壓，如圖4所示。小電流接地系統(tǒng)單相金屬性短路系統(tǒng)電壓相量如圖5所示。

圖4 大電流接地系統(tǒng)單相金屬性短路系統(tǒng)電壓相量

圖5 小電流接地系統(tǒng)單相金屬性短路系統(tǒng)電壓相量

考慮到PT開(kāi)口三角單相額定二次電壓為100V，理想情況下對(duì)于主變中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，零序電壓為100V；對(duì)于主變中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，零序電壓為300V。因象山站主變中性點(diǎn)不接地，又為電源受端，故當(dāng)發(fā)生線路單相故障時(shí)，根據(jù)故障性質(zhì)不同，象山站的間隙零序電壓應(yīng)在100～300V之間。

對(duì)于110kV的變電站，在進(jìn)行主變間隙過(guò)壓保護(hù)定值整定時(shí)，110kV的線路開(kāi)關(guān)一般為三相聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，重合閘方式為三跳三重，不考慮線路非全相運(yùn)行（單相斷線），間隙過(guò)壓定值整定為150V；而對(duì)于220kV的變電站，線路重合閘方式為單跳單重，存在線路非全相運(yùn)行的情況，間隙過(guò)壓定值整定為180V，即單相斷線故障時(shí)產(chǎn)生的零序電壓比單相接地故障時(shí)產(chǎn)生的零序電壓大，這說(shuō)明當(dāng)110kV南象線發(fā)生斷線故障時(shí)，象山站主變間隙過(guò)壓保護(hù)存在出口動(dòng)作的可能性。

故障發(fā)生時(shí)，根據(jù)定值單要求，#2主變投入了間隙過(guò)流1時(shí)限和間隙過(guò)壓1時(shí)限兩個(gè)保護(hù)，兩者的延時(shí)均為0.5s。查看現(xiàn)場(chǎng)故障錄波圖，顯示是間隙零序電壓有效值在單相接地故障時(shí)近似為136V，未超過(guò)定值150V，而發(fā)生斷線故障時(shí)，零序電壓有效值達(dá)到194V，超過(guò)間隙過(guò)壓定值，經(jīng)515ms延時(shí)后跳閘，在故障發(fā)生的整個(gè)過(guò)程中，#2主變高壓側(cè)零序電流3I0一直近乎為零。零序電壓和零序電流錄波圖如圖6所示。

圖6 零序電壓和零序電流錄波圖

通過(guò)查看如圖7所示的#2主變高后備保護(hù)錄波圖可知，故障發(fā)生并持續(xù)16ms后，主變高后備保護(hù)起動(dòng)，故障持續(xù)1245ms后至南橋側(cè)線路開(kāi)關(guān)跳閘，故障被切除。此后，象山站110kV母線和主變中性點(diǎn)仍存在一定殘壓，從故障被切除后至1260ms（相對(duì)于故障發(fā)生時(shí)刻），間隙過(guò)流1時(shí)限動(dòng)作出口，間隙過(guò)壓1時(shí)限未動(dòng)作。

圖7 #2主變高后備保護(hù)錄波圖

從故障錄波裝置上的波形可判斷間隙過(guò)壓超過(guò)定值，持續(xù)時(shí)間為515ms，超過(guò)裝置整定時(shí)間0.5s，但該時(shí)間處于保護(hù)動(dòng)作臨界值，間隙過(guò)壓保護(hù)有可能動(dòng)作。同時(shí)通過(guò)裝置波形圖可以看出，在線路故障發(fā)生期間，#2主變中性點(diǎn)間隙電流一直為零，即間隙未被擊穿，結(jié)合前面所述的間隙過(guò)流動(dòng)作邏輯，初步判定“間隙過(guò)壓超過(guò)整定值但間隙未發(fā)生間歇性擊穿，間隙過(guò)流保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作”。

#2主變高后備間隙過(guò)壓時(shí)間定值為0.5s，現(xiàn)場(chǎng)間隙過(guò)壓持續(xù)0.515s后間隙過(guò)壓出口，查閱相關(guān)規(guī)程：繼電保護(hù)裝置專用功能測(cè)試中規(guī)定，后備保護(hù)延時(shí)誤差時(shí)間低于40ms，動(dòng)作值在規(guī)程要求范圍內(nèi)，本次#2主變跳閘屬間隙保護(hù)臨界值動(dòng)作。

在南象線C相斷線后，#2主變高后備保護(hù)感受到的零序電壓幅值明顯上升，最高達(dá)到194V，超過(guò)零序過(guò)壓定值150V，保護(hù)元件在515ms動(dòng)作時(shí)限內(nèi)返回，處于間隙保護(hù)動(dòng)作臨界值，#2主變高后備間隙過(guò)壓保護(hù)有可能動(dòng)作。

3.3 #1主變保護(hù)動(dòng)作情況分析

事故發(fā)生時(shí)，#1主變高壓側(cè)與#2主變高壓側(cè)并列運(yùn)行，從理論上分析，#1主變高壓側(cè)中性點(diǎn)也將承受較大的零序電壓，其動(dòng)作行為應(yīng)與#2主變一致。而實(shí)際上，#1主變高后備保護(hù)僅整組起動(dòng)，并未出口跳閘。

從#2主變高后備保護(hù)錄波數(shù)據(jù)來(lái)看，其感受的零序電壓波形與#1主變保護(hù)錄波波形相似，因#1主變保護(hù)僅起動(dòng)而未跳閘，保護(hù)裝置未保留完整波形，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)故障錄波裝置的錄波進(jìn)行分析，過(guò)定值時(shí)間為482ms，保護(hù)裝置整定值為500ms，不滿足時(shí)間條件，故裝置保護(hù)不動(dòng)作。

結(jié)論

對(duì)于110kV及以下主變間隙保護(hù)而言，當(dāng)變壓器中、低壓側(cè)有小電源且主變間隙保護(hù)定值整定不合理時(shí)，很可能會(huì)發(fā)生誤動(dòng)。針對(duì)主變間隙保護(hù)的這種特殊情況，已有文獻(xiàn)分析了110kV主變間隙保護(hù)的整定和110kV線路保護(hù)的配合問(wèn)題，對(duì)保護(hù)配置與整定提出了建議，對(duì)常規(guī)設(shè)計(jì)的變壓器中性點(diǎn)間隙距離選擇、間隙電流保護(hù)整定配合和對(duì)有關(guān)保護(hù)整定配合進(jìn)行了改進(jìn),提出了切實(shí)可行的措施。

本文以一起斷線引起主變間隙保護(hù)臨界動(dòng)作案例，深入研究了主變間隙過(guò)壓與過(guò)流保護(hù)，對(duì)主變間隙保護(hù)臨界動(dòng)作的原因進(jìn)行了分析。為防止類似斷線引起主變跳閘情況的發(fā)生，本文特提出以下幾點(diǎn)防范措施：

• 1）針對(duì)類似本文情況的電源受端站，建議將線路保護(hù)裝置改造為光纖差動(dòng)保護(hù)。一旦線路發(fā)生故障，兩側(cè)斷路器就同時(shí)跳閘，隔離故障點(diǎn)，防止110kV系統(tǒng)中性點(diǎn)失地后經(jīng)線路故障點(diǎn)接地運(yùn)行。
• 2）重新復(fù)核主變零序過(guò)壓保護(hù)定值，對(duì)于供電線路采用距離保護(hù)的變電站和電源受端站，應(yīng)考慮適當(dāng)延長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)限。

本文結(jié)合斷線引起主變間隙保護(hù)臨界動(dòng)作案例對(duì)主變間隙零序保護(hù)動(dòng)作原理進(jìn)行了深入分析，針對(duì)110kV受端站斷線可能會(huì)引起主變間隙保護(hù)動(dòng)作的情況提出了幾點(diǎn)建議，具有工程現(xiàn)場(chǎng)借鑒意義。