保护二次电压量极性接反造成越级跳闸的原因分析与解决

保护二次电压量极性接反造成越级跳闸的原因分析与解决

包金良

国电投南阳热电有限责任公司 河南省南阳市 473000

摘要：本文针对某风场主变低1复流Ⅱ段1时限保护动作越级跳闸问题，通过层层分析、排查与研究，最终找到了由于保护二次电压量极性接反造成越级误动作的真正原因，并制订方案解决，保证了风场的安全经济运行。

关键词：保护动作；越级跳闸；原因分析；解决

1 系统简介：

某风场有31台出口电压690V、功率750KW双馈风力发电机组，依靠各自箱变升压至10KV后汇流，再通过5条架空集电线路送至升压站10KV母线，升压站主变为有载调压变压器，将10KV电压升高至110KV送入系统。主变配置有：本体重瓦斯、分接头重瓦斯、差动、高压侧过流、低压侧过流、高压侧间隙、高压侧零序电流等保护，10KV母线配置有母差保护，集电线路配置有：过流Ⅰ段（带方向闭锁）、过流Ⅱ段（带方向闭锁）等保护。

2 事件经过：

2020年2月5日晚，某风场区域内大风伴随小雨雪天气，集电线架空线路覆冰、部分杆塔有冰溜现象。20:41，主变低1复流Ⅱ段1时限保护动作，主变高、低压侧开关跳闸（保护动作电流10.83A，整定电流6.41A），升压站10KV母线失压，#1至#5集电线保护均未动作、开关未跳闸。事件发生后，运维人员立即对主变解备，进行全面检查未发现明显故障象征，对主变测绝缘及直阻测试，均合格。分别打跳#1至#5集电线电源开关并将集电线解备，摇测联合1线（带箱变）绝缘（A相对地0.6MΩ，B相对地9MΩ，C相对地800MΩ，BC相间∞，AB相间9MΩ，AC相间800MΩ），联合2、3、4、5线（均带箱变）相对地绝缘均为10MΩ，相间均通，初步判断联合1线有开路故障现象。

2月 6日7:00，对5条集电线路进行全面巡线，发现联合1、2线沿线杆塔、架空线缆有覆冰，部分杆塔支持瓷瓶有冰锥，检查发现站外联合1、2线共杆第1个铁塔联合1线C相电缆接头断开，第一根水泥杆联合1线B相跨线断开，地面干草有灼烧痕迹。其它集电线路无异常。鉴于已经发现明显的故障象征在联合1线集电线路上，为了尽快恢复系统的正式运行，6日13:00，从系统侧对主变充电正常，恢复400V场用电系统正常运行方式；并对无故障的联合2、3、4、5集电线路恢复送电。

3 原因分析：

本次事件，是主变低1复流Ⅱ段1时限保护动作造成主变跳闸的，从保护原理分析，造成主变低1复流Ⅱ段1时限保护动作的故障原因有两方面因素：一是主变低压侧确实存在故障，二是10KV母线及10KV集电线路故障越级造成主变低1复流Ⅱ段1时限保护动作。

那么到底是什么原因造成的呢？运维人员对主变进行全面检查，未发现明显的故障象征，对主变进行绝缘测量及直阻测试均合格，基本排除了主变故障的可能；现场检查发现10KV母线差动保护虽然启动，但未出口，经对母线测绝缘合格，也排除了10KV母线发生故障的可能；经对5条集电线路绝缘测量及全面巡线，发现联合1线绝缘不合格并且B、C相跨接线烧断；2月5日晚风场区域内大风伴随小雨雪天气，联合1、2线为共杆架空线路，线路长，塔杆间跨度大、线路东西走向迎风面大，大风天气雨雪天气极易造成线路摆动，因架空线路为裸露金属线缆，线路覆冰后更易造成单相（多相）接地或相间短路现象；由于10KV联合集电线路属于不接地系统，当一相出现接地时，还可维持三相线电压的平衡，保护不会动作，系统还能短时维持运行，当联合1线B、C两相跨接线出现不同相、不同点的单相接地故障时，相当于两相接地短路，大电流造成保护动作跳闸，引发了此次事件的发生；从这些现象上基本确定本次事件是联合1线集电线路发生故障造成的。。

若本次事件是联合1线集电线路发生故障造成的，为什么联合1线集电线路本身保护不动作，越级引起主变低1复流Ⅱ段1时限保护动作，造成主变高低压开关跳闸，引发事故的扩大，若这个原因不查清，以后类似情况还会发生，势必对整个风场的安全运行造成严重的威胁。

运维人员通过查阅故障录波器，发现在主变低1复流Ⅱ段1时限保护动作的同时，联合集电线路都有电流波动的，为什么集电线路保护不动作呢？联合1线过流Ⅰ、Ⅱ段保护都是带方向闭锁的，方向闭锁是通过功率元件来实现的，这种情况可能就是线路保护装置拒动或电流、电压二次回路有问题，比如线路保护装置CT本身存在故障、CT、PT二次极性接反及保护二次回路接线错误等，都可能造成保护拒动，特别是联合集电线路保护及CT、PT都是2019年6月技改新安装的，不排除存在接线错误的情况。

4 制订措施：

根据以上的综合排查与分析，运维人员制订了进一步排查故障原因的措施：

1)对联合1集电线线路保护进行校验，排除保护装置拒动的可能。

2)对联合1线集电线线路保护CT回路作通流试验的方法彻底排查CT一、二次及保护二次回路是否存在隐患。

3）对线路保护电压量二次回路进行排查，查找PT二次极性是否存在接反隐患。

5 措施实施：

1）2月7日晚，运维人员对联合1至5线综合保护装置进行校验及传动试验，保护动作正常。

2）2月7日晚，运维人员对联合1线CT作通流试验，从CT一次侧加电流，在保护二次侧测量，一切数据正常，基本排除CT一、二次及保护二次回路有故障的可能。

3）2月7日晚，运维人员对线路保护电压量二次回路进行排查，发现线路保护电压量二次回路确实存在相序错误、极性接反的情况。

6 解决方案：

找到造成本次故障的原因是由于线路保护电压量二次回路极性接反造成的后，运维人员立即进行充分讨论，制订了消除隐患的处置方案：

1)由于10KV母线及联合2、3、4、5集电线路已经送电，为了不影响当前设备的正常运行，首先退出所有联合集电线路过流保护的方向元件，保证线路发生故障时保护的顺利出口，防止越级跳闸事件的发生。

2)在遇有10KV母线及联合集电线路全部停电的机会时，将各保护线路保护电压量二次回路极性进行调整，并进行测试，保证线路保护电压量二次回路极性调整后的正确性。

3)确定好线路保护电压量二次回路极性正确后，投入所有联合集电线路过流保护的方向元件，恢复保护的正常运行。

7 方案实施：

1）2020年02月8日，退出联合集电线路过流保护的方向元件，并将联合1集电线路恢复送电。

2）2020年06月03日，利用风场全停进行年度电气公用系统定检的机会，将联合集电线路过流段保护的二次电压量极性进行了调整。

3）2020年06月07日，全风场送电后，对联合集电线路过流保护的二次电压量极性进行测试正确后，投入联合集电线路过流保护的方向元件。

8 总结：

从2020年06月07日全部问题解决后，某风场系统运行正常，没有再次出现保护越级跳闸的问题。本次隐患的排查与处理是非常曲折的，风场运维人员凭着认真负责、百折不挠的精神，边排查边分析、层层剥笋，最终解决了这个问题。在现场实际生产中，保护的二次电压量极性接反这种事情极少会发生，人们在对二次系统进行隐患排查中很少会考虑这方面的因素，但是某风场确确实实出现了这种隐患。这件事情给我们以启迪，故障原因是多种多样的，在对系统进行排查时，必须以全方位的视角去排查、去分析、去处理！本次隐患的解决，保证了该风场的安全经济运行，同时也为同行业提供了借鉴，为电力系统的安全运行提供了技术参考。

参 考 文 献：

[1]《风电场电气二次图系统图》；

[2]《风电场继电保护运行规程》；

[3]《风电场保护定值计算书》；

[4]《南瑞继保PCS-9611线路保护说明书》；

[5]《南瑞继保PCS-915母线保护装置说明书》；

[6]《南瑞继保PCS-978变压器成套保护装置说明书》。

作者简介：

包金良，男， 1971年出生于河南省南阳市，大专学历，工程师，运行主任师，风电场运维经理，主要从事电气运行方面的工作与研究。