2起500 kV线路跳闸事故的分析和比较

时间：2024-07-28

朱俊杰，李旭东

（上海市电力公司检修公司，上海 200063）

500 kV练塘站是上海电网的重要枢纽变电站，是特高压三华同步电网以及三沪直流在上海的落脚点。练塘站主要有3个电压等级：500 kV、220 kV和35 kV。500 kV采用3/2断路器接线，共有9串，目前有6回出线(枫泾2回、亭卫2回、泗泾2回)和2组主变。其中枫练5107线(以下简称5107线)和枫塘5117线(以下简称5117线)分别位于第4串和第5串，这2回出线承担枫泾—练塘潮流输送，是练塘站目前的主要电源线。

2011-03-12和2011-03-30，由于一次设备原因，5107线和5117线相继发生单相永久性接地故障，保护动作行为正确，自动化后台显示无误。随后，该变电站对该事故进行总结，发现2次事故性质虽然相同(仅仅只是故障相别不同，前者为B相，后者为C相)，但在开关保护动作方面存在明显差异。即使对于同一事故，如5117线路C相跳闸，故障录波器和保护装置所录波形也存在明显矛盾。以上种种，值得运行人员对这2次事故进行深入分析和比较。

1 开关保护的跟跳

1.1 动作行为差异

5107线路对应的中开关为5042，5117线路对应的中开关为5052，均采用南瑞继保公司的PCS-921开关保护装置。2次事故发生时，对应中开关保护的动作行为如图1和图2所示。可以看出，5107线发生B相故障时，线路保护跳闸后，开关保护并未跟跳故障相；5117线发生C相故障时，线路保护跳闸后，开关保护瞬时跟跳故障相(图2圈中所示)。

1.2 动作行为比较和分析

开关保护单相跟跳需同时满足3个条件(见图3)：(1)故障相跳闸开入；(2)同一时刻，故障相电流大于门槛值；(3)跟跳本开关软压板投入。根据5042和5052开关保护整定单，两者的软压板均投入。故初步判断：上述2次事故情况下，是否满足条件2，或有不同。

图1 5042开关保护动作情况

图2 5052开关保护动作情况

图3 开关保护单相跟跳逻辑

分别对5042和5052开关保护装置内部波形图进行调取和分析，发现在事故时刻，5042开关故障相(B相)电流为0.35 A，5052开关故障相(C相)电流为0.649 A。开关相电流启动的整定值均为0.4 A，前者未达到整定值，而后者超过整定值，故5052开关保护C相瞬时跟跳，5042开关保护不跟跳。

2 故障波形录入问题及解决对策

2.1 录波波形相互矛盾

5117线路事故中，故障录波器所录波形显示5052开关C相分闸位置在前，开关保护跳闸在后，如图4圈中所示。

图4 5117线路故障录波器波形

5052开关保护装置所录波形显示，开关保护跳闸在前，C相分闸位置在后(如图5圈中所示)。

图5 5052开关保护装置所录波形

显然，对于同一事故的先后顺序，图4和图5存在根本矛盾。对此矛盾，运行人员及时与厂家研发人员沟通，得出的解释为：2张录波图中开关保护的含义不完全一致。前者是开关保护已出口至线路故障录波器；后者只是开关保护内部逻辑沟通，尚未经继电器出口，因此5052开关保护跳闸命令显得似乎更快。

2.2 故障录波器的频繁启动

5107线事故跳闸后，调阅故障录波器录波文件，发现故障录波器频繁启动、录波，在事故跳闸后已经生成了数百个录波文件。由于故障录波器最多只能存储100个文件，当超过100个文件时，会自动覆盖最前面的录波文件。事故时刻的故障录波文件已被后续文件所覆盖。

经分析，故障录波器频繁启动录波的原因是：枫泾2线和亭卫2线在同一铁塔上，当同塔4回线中的任意一线路停役时，其他运行线路会在其周围产生较大的感应电压，且感应电压三相不平衡，会产生较大的零序电压。5107线发生事故跳闸后，故障录波器上显示的零序电压为27 V，大于启动整定值(16 V)。

为避免此类异常再次发生，在征得上级同意后，现场采取临时措施，将4回线路PT的零序电压压板停用。因此，2011-03-30，当5117线事故跳闸时，故障录波器没有发生频繁启动，运行人员成功调取故障波形图。随后，经华东网调同意，将500 kV线路故障录波器零序电压启动录波的功能禁止，同时，用上述4回线路PT的零序电压压板。

2.3 网络通信堵塞

练塘站是上海电网中首个在间隔层与站控层之间采用IEC61850标准通信的500 kV变电站。站内所有保护设备、测控设备、保护子站、自动化后台之间均通过基于IEC61850的双星形以太网快速通信；故障录波器之间单独组网，也是通过IEC61850与保护子站通信。因此，通过保护子站，运行人员不仅可以直接调取保护装置的动作情况，还可以调取故障录波器的录波文件，大大提高了在异常和事故情况下的应急响应速度。

然而，实际情况却和上述设想不一致。第1次事故中(5107线路跳闸)，保护子站无法调取相关信息。经分析，主要原因为：

(1) 故障录波器频繁启动，产生大量录波文件，并上传至保护子站。同时，保护装置也上传事故报文，造成网络通信堵塞；

(2) 保护子站硬件处理水平和报文解析能力欠佳，造成故障时刻装置死机。

针对此问题，该变电站从2方面着手改进。一方面要求厂家及时升级保护子站的硬件、软件，另一方面制定保护子站的日常巡视制度。规定每天必须从保护子站中调取现场保护装置及故障录波器的相关信息，由此确认保护子站与保护设备、故障录波器之间通信无异常；同时，也可确认装置本身工况良好。

采取上述措施后，第2次事故中(5117线路跳闸)，运行人员通过保护子站快速调取到了相关故障波形。

2.4 保护装置的故障录波

事故发生时，运行分析应当以故障录波器所录波形为主，而保护装置内部录波波形对于事故分析则起着重要参考作用。

5107线路跳闸时，第2套线路保护装置PRS753B正确动作，动作报告亦十分清晰，但事故后却查不到相应的故障录波记录。针对此异常，对保护装置录波原理进行分析后发现，在保护装置保护启动时会立即启动录波，当保护第3次动作或者启动元件返回时，满足录波结束条件，生成并保存录波文件；如不满足录波结束条件，则录波流程不结束，继续等待。

经现场确认，保护装置启动元件返回条件中含有零序电压判据，即零序电压>5 V时，启动元件不返回。由于5107线路在故障切除后，仍有较大零序电压(大于5 V)，启动元件无法返回，录波结束条件不满足，录波文件暂不生成，处在“等待结束”状态。

利用厂家专用软件调取装置动作情况后，可以看出：保护装置启动元件在故障发生4天后(3月16日)才返回，并生成录波文件。5107线路恰恰是4天后改为线路检修状态的，此时，显然满足零序电压<5 V的条件，启动元件返回，录波结束条件满足，生成录波文件。

由于此问题比较隐蔽，且有赖于专用软件调取，给事故后的分析带来不便，故要求厂家对该装置进行改进。