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工业电气设计|220 kV母差保护电流互感器断线异常原因分析与处理

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220 kV母差保护电流互感器断线异常原因分析与处理

张勇,柯梦晗,刘伟

(国网浙江省电力公司检修分公司,杭州311232)

0 引言

母线差动(简称母差)保护作为快速反应母线故障的主保护,它动作的快速性、可靠性对电力系统稳定及缩小故障范围至关重要。随着电网的不断扩大、变电站扩建项目日益增多,每个扩建间隔都需接入母差保护,二次回路搭接的正确性直接影响到母差保护动作的可靠性。

以下介绍了某500 kV变电站220 kV双回线线路扩建时,因二次接线错误导致电磁型母差保护REB-103报TA(电流互感器)断线告警异常现象。通过对这一异常现象的原因分析,提出防范措施以及建议。

1 故障概况

1.1 故障情况简介

某日,柏树变电站(简称柏树变)运行人员按调度指令,进行树柱4R76线由220 kV副母Ⅱ段运行冷倒至220 kV正母Ⅱ段的运行操作。当运行人员拉开树柱4R76线开关时,220 kV第1套母差保护报TA断线告警(第1套母差为ABB REB103),无法复归。当运行方式变为树石4R77线、树柱4R76线挂正母Ⅱ段运行时,装置上TA断线异常告警信号手动复归,现场检查并未发现明显异常。

1.2 故障检查

因3号主变压器(简称主变)副母闸刀处理陪停,柏树变220 kV正母、副母Ⅱ段改检修。检修人员对树柱、树石间隔母差电流回路绝缘、辅助小TA变比和极性重新测试后未见异常。进一步调取后台历史记录分析发现,当拉开树柱4R76线时,“220 kV第1套母差保护正母Ⅱ段保护TA断线/装置闭锁”与“220 kV第1套母差保护副母Ⅱ段保护TA断线/装置闭锁”同时动作,检修人员分析认为:2个装置TA断线同时动作的原因,应为同一间隔导致的差流异常。经询问运行人员得知石柱间隔扩建之前,该异常现象未发生过,检修人员分析认为树石4R77线与树柱4R76线间隔闸刀位置或电流回路不对应的可能性极大。现场后台简报如表1所示。

表1 后台简报信息

简报反映了操作过程,由此可知:11∶53∶14树柱4R76线开关拉开后约5 s(间隔时间符合REB103母差TA断线的延时),后台报出“220 kV第1套母线保护正母Ⅱ段保护TA断线/装置闭锁”和“220 kV第1套母线保护副母Ⅱ段保护TA断线/装置闭锁”信号。12∶16∶36运行人员至现场,保护装置屏上TA断线信号不能手动复归。后省调控中心将第1套母线保护改信号,继续操作将树柱4R76线及树红4R80线冷倒至正母运行。检修人员之后赶到,第1套母差TA断线信号已能复归。

检修人员将现场接线与图纸进行核对后,发现220 kV第1套母差保护正母Ⅱ段保护屏内树石4R77线与树柱4R76线电流回路接反,经对电缆校线后确认树石4R77线与树柱4R76线电流回路接线交叉。

2 故障原因分析

树柱4R76、树石4R77间隔于2014年9月15日投产,投产启动过程及后续运行中均未发生该告警信息。

树石4R77线、树柱4R76线与REB103母差保护相应回路正确接线方式和现场实际接线方式示意分别如图1、图2所示。

2.1 正常运行时母差电流分析

图1 正确接线方式

柏树变220 kV正副母Ⅱ段正常运行方式如图3所示。正常运行时,若树柱4R76线与树石4R77线间隔电流未接反,正母Ⅱ段母差计算3号主变、树石4R77线、树升4R81线、正母分段以及2号母联电流(即Id2=I3zb+I4R77+I4R81+I1FD+I2ML=0),副母Ⅱ段母差计算树柱4R76线、树红4R80线、副母分段、2号母联电流(即Id4=I4R76+I4R80+I2FD+I2ML= 0)。由于实际情况为树石4R77线与树柱4R76线间隔电流交叉,正母Ⅱ段母差实际计算3号主变、树柱4R76线、树升4R81线、正母分段以及2号母联间隔二次电流(即Id2=I3zb+I4R76+I4R81+I1FD+ I2ML),副母Ⅱ段母差实际计算树石4R77线、树红4R80线、副母分段以及2号母联二次电流(即Id4= I4R77+I4R80+I2FD+I2ML)。由于对侧石柱变树柱4R76、树石4R77两线合环运行,树柱4R76线、树石4R77线为同塔双回线,其线路参数一致,潮流一致,I4R76=I4R77,因此,Id2=Id4=0,正副母Ⅱ段母差保护无异常告警。当树柱4R76线开关拉开时,I4R76=0,I4R77≠0,正母Ⅱ段母差计算电流为Id2=I3zb+I4R76+ I4R81+I1FD+I2ML=-I4R77≠0,副母Ⅱ段第1套母差计算电流为Id4=I4R77+I4R80+I2FD+I2ML=I4R77≠0,正母Ⅱ段第1套母差保护、220 kV副母Ⅱ段第1套母差保护同时出现差流,经5 s延时报TA断线告警、闭锁差动。

图2 现场实际接线方式

正常运行方式下,若线路发生故障,I4R76≠I4R77,则Id2=Id4≠0,正副母Ⅱ段母差保护均可能误动,造成大面积停电;若对侧石柱变2条线分列导致负荷不平衡或单线路拉停均会报TA断线告警而闭锁母差。以上存在较大安全隐患。

2.2 启动过程母差电流分析

树柱4R76、树石4R77间隔启动过程接线方式如图4所示,树柱4R76、树石4R77线正母Ⅱ段运行,其他间隔都在副母Ⅱ段运行,在冲击、核相、带负荷试验过程中树柱4R76、树石4R77线正母闸刀始终处于合闸状态,副母闸刀分闸状态。树石4R77、树柱4R76间隔电流只计入正母Ⅱ段母差,不计入副母Ⅱ段母差。

图3 正副母Ⅱ段正常运行方式

图4 间隔启动过程接线方式

正母Ⅱ段母差计算电流为Id2=I4R76+I4R77+I2ML= 0,副母Ⅱ段母差计算电流为Id4=I3zb+I4R80+I4R81+I2FD+I2ML=0,当树柱4R76、树石4R77同时在正母Ⅱ段运行时,树柱4R76、树石4R77电流回路接反,即使发生区外故障或者树石4R77、树柱4R76两线电流不相同,正母Ⅱ段、副母Ⅱ段母差差流都为0。

若启动过程中树柱4R76或者树石4R77线正母Ⅱ段闸刀分闸,则会导致相应间隔的电流不计入正母Ⅱ段母差保护,线路电流较大时将会导致母差保护TA断线告警。

启动工作结束后,恢复正常运行方式时,树柱4R76线由正母Ⅱ段运行导致副母Ⅱ段运行。在倒排过程中,母差保护内联,母差保护大差差流仍为0。倒排结束,母差保护恢复正常运行方式时,对侧石柱变树石4R77、树柱4R76两线已合环运行,Id2=Id4=0,正副母Ⅱ段母差保护无异常告警(原因参考正常运行母差电流分析)。因此启动过程中母差无告警出现,与现场实际情况完全相符。

3 故障处理

为避免调换运行标签和修改运规典票,检修人员在大电流端子屏出线端(至REB103母差保护屏侧)将树石4R77线与树柱4R76线电流回路接线做对换调整。电流回路现场接线更改照片如图5所示。

图5 母差保护电流回路更改后接线

原X311:21-24接树柱4R76线电流,现改为树石4R77线电流。

原X311:26-29接树石4R77线电流,现改为树柱4R76线电流。

现场接线更改后,将图纸也做相应的修改。

检修人员随后对220 kV第2套母差保护树石4R77线和树柱4R76线接线进行了现场排查,回路接线正确,待树石、树柱间隔复役后经带负荷试验和差流测试,均正常。

4 防范措施及建议

500 kV变电站220 kV母线出线间隔较多,母差保护电流回路较复杂,容易出现电流回路接错或者TA极性接错的情况,尤其是在改扩建工程中,若不及时发现,可能会导致灾难性的后果。在新间隔扩建、大型技改工作中,为确保二次电流回路正确,建议采取防范措施如下:

(1)通过一次通流整组试验方法检验TA二次回路。电流回路搭接完成后,TA一次通流,可通过钳形电流表测量、借助专用试验插拔测量(如REB103母差保护)、读取保护装置采样值等方法获取二次电流值,可以校验TA变比,检查TA二次回路有无分流,检查不同间隔电流回路有无交叉。

(2)仔细检查母差保护闸刀位置开入量。双母线接线的母差保护根据闸刀位置计算每段母线的差流,若闸刀位置开入错误,同样会导致母差计算差流不平衡。可通过短接闸刀机构箱闸刀辅助接点或者分合闸刀(条件允许时)来检查闸刀位置开入是否正确。

(3)加强验收把关。在验收过程中,仔细核对实际接线与设计图纸是否一致,并且全程参与传动和通流试验。

(4)做好启动过程中的带负荷试验。带负荷试验是检查TA二次回路非常重要的一个环节,也是设备投运前最后一道关口,相关试验人员务必高度重视。

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