一起非全相运行引起母线全停的分析与探讨

一起非全相运行引起母线全停的分析与探讨

胡贤矿

湖北西塞山发电有限公司湖北省黄石市435001

摘要:文章介绍了一起发变组GIS断路器C相跳圈烧坏故障引起的非全相运行，分析了事件中保护的动作行为，找出了因设计存在缺陷导致220kV母线全停的事件，提出了处理方案和防范措施。

关键词:非全相母线全停防范措施

0引言

某电厂装设2×680MW超超临界燃煤机组，两台机组均采用发变组单元接线，以220kV级电压接入电力系统,电气主接线为双母线接线，厂内设置220kVGIS组合电器，由于是GIS早期产品，发变组单元没有三相机械联动机构，而是三相分相机构电气联动。其中#3发变组（塞222）和#4发变组（塞228断路器）间隔通过电气控制回路实现三相电气联动。220kV系统共有4回出线，分别为塞泥一回（塞221）、塞泥二回（塞223）、塞磁一回（塞227）、塞磁二回（塞229）；220kV系统装设有国电南自生产的SGB750母差保护、南瑞继保生产的RCS915AB-HB母差保护。

1故障现象

1.1故障前运行方式

事件发生前，该电厂为双机双母线合环运行，母联塞224开关合闸位，其中#3机组功率415MW，与塞泥一回线（塞221开关）、塞磁一回线（塞227开关）在#4母运行；#4机组有功44MW（按调度令准备停机）、与塞泥二回线（塞223开关）、塞磁二回线（塞229开关）在#5母运行。

1.2故障经过

7月12日18时03分11秒，#4机按调度令停机，降负荷至44MW，汽机手动打闸，发变组保护屏“程跳逆功率”保护动作，#4发变组（塞228开关）与系统解列，但母联224开关跳闸，#4母线失压（塞泥II回线、塞磁I回线对侧开关跳闸了）。运行人员就地检查发现：塞228开关C相未跳闸(机构箱有烧焦糊味，后检查系跳闸线圈烧坏)，母联224开关确已跳闸，网控保护室发“II母失灵跳母联”信号。汇报调度后依令断开塞泥II回线塞223开关和塞磁I回线塞229开关，并断开#4发变组的塞2282刀闸。

2现场检查

2.1#4发变组保护屏

检查发变组保护动作事件记录：

18:03:55:889,程跳逆功率保护动作

18:03:59:852,发电机不对称过负荷定时限保护动作。（动作逻辑发信）

保护屏上出口跳闸信号显示：“跳主变高压侧I”、“跳主变高压侧II”、“逆变灭磁”、“解除复压闭锁”、“启动母线失灵保护”灯亮。

2.2网控室母差及失灵保护屏

18:03:57:428,II母失灵开入、II母元件失灵解电压

18:03:57:431,II母失灵跳母联保护动作

352msII母失灵跳母联保护动作（动作）

333ms支路7S3、7S4（分）

357ms失灵开入（返回）、II母元件失灵解电压（返回）

360ms母联跳闸

18:03:57:836,母联跳闸（返回）

18:03:57:838,II母失灵跳母联保护动作（返回）

2.3检查GIS

检查#4主变塞228开关A、B相已分闸到位，而C相2个跳闸线圈烧毁，同时因其跳闸线圈烧毁造成控制电源短路将#4发变组操作电源空开跳闸，导致#4主变塞228开关机构内控制电源消失。

3保护动作分析

借助网控故障录波器及机组录波器的波形图情况，分析事件中保护动作行为如下：

3.1发变组保护动作分析

运行人员在按调度令对#4机组进行停机操作时，汽机打闸，主汽门关闭，发变组保护“程跳逆功率”动作是正确的，其动作逻辑为：跳#4主变高压侧开关（塞228开关）、逆变灭磁、同时向母差及失灵保护屏发送“失灵启动”和“解除电压闭锁”信号（由于机组和网控保护装置时间不同步，报文显示存在约2秒时差）。

3.2网控保护室220kV母差及失灵保护动作分析

因塞228开关C相没有跳开，母线零序电压超过零序电压定值（6V），塞228开关的零序电流0.3A,最大达到1.335A，超过母差及失灵保护屏的失灵零序电流值0.12A，失灵保护动作。失灵保护的动作逻辑：其t1时限（定值0.2s）出口跳母联开关，t2时限（定值0.4s）出口跳失灵单元所在母线所有线路开关。但实际上失灵保护t1时限动作出口跳开母联开关（塞224）后，同一母线的2条线路塞223和塞229开关没有跳闸，而是由变电站对侧的零序II段保护跳的开关。

3.3为什么失灵保护逻辑没有继续执行下去呢？

从保护动作报文看到，“失灵开入”及“解除复压闭锁”返回了，所以失灵保护也返回不跳后续线路了。而“失灵开入”及“解除复压闭锁”接点是发变组的“程跳逆功率”保护提供的。从机组录波器上可以看到，“程跳逆功率”动作接点接通持续时间从12.5ms到350ms，约337.5ms，没有等到失灵保护2的动作时间（0.4s）就返回，因此失灵保护没有跳塞泥II回塞223和塞磁II回塞229开关。

3.4“程跳逆功率”保护为什么会返回呢？

经过询问厂家，程跳逆功率保护对功率的测量公式是P=。由于我厂的#4主变是Yo/Δ-11接线，高压侧C相没有断开，A、B相无流，C相有电流。低压侧（发电机侧）由于是Δ接线，故发电机端的A相无流，而B、C相有大小相等、方向相反的电流。所以在塞228开关A、B跳开后程跳逆功率保护已经返回（C相未跳）。发电机电流的电枢反应起到去磁作用、制动作用。发电机虽然汽机打闸了，但在惯性作用下短时间转速仍然维持在3000r/m，此时发电机成了负载。从录波图可知，此时程跳逆功率保护已经不在动作区。实际上，对于发电机这种旋转电机在异常情况下，经过变压器变换后，其保护装置感受到的量是变化的，且不易长期保持[3]。但从录波图上看该保护接点仍然是接通的，厂家回答是为保证开关可靠跳闸，保护出口回路有约300ms返回时间。现场按录波图显示各个阶段的相量分别加入保护进行了试验模拟，试验结果与厂家答复一致。

3.5GIS本体“三相不一致”保护

在此次事件中，GIS本体“三相不一致”保护功能在关键时刻失效了，根本没有起到保护作用。其原因一是C相主、副分闸线圈均烧毁，其分闸功能失效；因其跳闸线圈烧毁造成控制电源短路将#4发变组操作电源空开4ZK跳闸，导致#4主变塞228开关机构内控制电源消失、C相跳闸线圈烧毁，从而其开关本体三相不一致保护无法动作动作。

4.结论及措施

综上所述，因#4发变组单元接线的主变高压侧出口断路器未采用三相电气联动的操作机构，当任一相或者两相开关因某种原因拒动造成“三相不一致的非全相”运行是导致本次事件的直接原因。

防范措施及改进建议，对发变组单元接线的主变高压侧出口断路器应采用三相机械联动的操作机构是解决问题的关键[4]，同时要配置电气量的三相不一致保护或非全相保护，以防止因三相不一致保护或非全相运行导致事故的扩大，确保发变组及系统安全稳定运行。

参考文献

1．曹雪兰，李本瑜，沈燕华等，发变组主变高压侧非全相运行电气特征及其对保护的影响[J].电力系统保护与控制,2014,42(15).

2．董学武，马广平，发变组出口开关非全相运行时电磁过程之探讨[J].广东电力,2000(02).

3．管新娟，朱忠亭，李东岭，发电机正向低功率及逆功率保护配置及整定[J]，电力系统保护与控制,2011(04).

4．防止电力生产事故的二十五项重点要求，（国能安全[2014]161号）.