从巴西电网_2_4_大停电事故看继电保护技术应用原则_刘宇

图 ６ 分相启动开关失灵保护逻辑 Ｆ ｉ ． ６ Ｂ ｒ ｅ ａ ｋ ｅ ｒ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏ ｉ ｃ ｆ ｏ ｒ ｇ ｐ ｇ ｔ ｒ ｉ ｉ ｎ ｏ ｌ ｅ ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ －ｐ ｐ ｐ ｇ ｇ
巴西电网开关失灵 对于开关失灵 保 护 的 启 动 ， 保护启动逻辑是 ： 当保护动作且对应相的过流条件 满足时 ， 经一定 延 时 后 开 关 失 灵 保 护 动 作 。 开 关 失 灵保护仅采用了对应相的过流条件作为开关失灵保 判断条 件 非 常 简 单 。 该 判 据 存 在 以 下 的 缺 护判据 ， 点： ） 防误动 能 力 差 。 电 流 判 据 条 件 非 常 简 单 ， 当 １ 启动开关失灵接点 误 开 入 时 ， 只要开关电流大于开 关失灵保护整定的 电 流 门 槛 值 ， 开关失灵保护就必 然误动出口 ， 而由 于 开 关 失 灵 保 护 电 流 门 槛 值 须 考 虑故障灵敏度 ， 因 此， 一 般 很 难 躲 过 最 大 负 荷 电 流， 从而导致在正常情况下就可能满足开关失灵保护电 流判据 。 ） 自检措 施 不 完 善 。 对 于 开 关 失 灵 保 护 ， 在启 ２ 动开关失灵保护的 信 号 长 期 存 在 时 ， 应能发告警信 通知运行人员 消 除 隐 患 ， 否 则， 只要电流大于门 号， 槛值 ， 开关失灵保护就会误动 。 另外 ， 事故同时暴露出现场运行检修规程很不 完善 。 在开关失灵 保 护 误 动 后 ， 运行人员未能发现 保护的异常状态 ， 有效隔离异常保护设备 ， 就仓促恢 复送电 ， 而继电保护 人 员 也 未 能 彻 底 检 查 开 关 失 灵 保护动作原因 ， 消除隐患 。 运行检修规程亟待完善 、 更新 。 ３． ２ 中国电网对开关失灵保护的动作要求 对于 开 关 失 灵 保 护 的 配 置 和 实 现 方 式 ， 中国电
摘要 ：简单介绍了 ２ ０ １ １ 年 ２ 月 ４ 日巴西东北部地区发生的大停电事 故 。 事 故 由 Ｌ ｕ ｉ ｚ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ变 ｇ 电站内保护装置元件故障导致开关失灵保护误动引起 。 对照 本 次 事 故 ， 分析了巴西电网采用的失 灵保护逻辑方案的不足 ， 并对中国电网的开关失灵保护标准 化 方 案 作 了 详 细 的 分 析 。 分 析 结 果 表 明， 中国电网开关失灵保护标准化方案能可靠避免该类型事故的发生 。 关键词 ：巴西电网 ；大停电 ；保护装置 ；安全稳定 ；开关失灵保护
启动开关失灵接点粘连是引起开关失灵保护动作的 但仅仅因 接 点 粘 连 而 导 致 开 关 失 灵 保 护 直接原因 ， 动作 ， 显然失灵保护判据考虑欠妥 。 巴西电网开关失灵保护方案见图 ５。
图 ５ 巴西电网开关失灵保护逻辑图 Ｆ ｉ ． ５ Ｂ ｒ ｅ ａ ｋ ｅ ｒ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏ ｉ ｃ ａ ｄ ｏ ｔ ｅ ｄ ｂ Ｂ ｒ ａ ｚ ｉ ｌ ｇ ｐ ｇ ｐ ｙ
图 ３ 事故前系统的潮流 Ｆ ｉ ． ３ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｆ ｌ ｏ ｗ ｓ ｂ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｂ ａ ｎ ｃ ｅ ｇ
ｕ ｉ ｚ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ变 电 站 的 事故发 生 的 起 源 点 为 Ｌ ｇ 的 号 线 路。 Ｌ Ｌ ｕ ｉ ｚ ｏ ｎ ｚ ａ ａ Ｓ ｏ ｂ ｒ ａ ｄ ｉ ｎ ｈ ｏ １ ｕ ｉ ｚ Ｇ － ｇ （ 变电站 主接线图如图 所示 其中 ５ ０ ０ｋ Ｖ ４ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ ｇ 。 开关 １ ５ Ｔ ２ 因故停运 ）
１ 巴西电网及东北部电网概况
１． １ 巴西区域电网分布情况 巴西 电 网 已 经 基 本 实 现 了 全 国 互 联 ， 从地理位 巴西互联电网可分为南部电网 、 置和历史发展角度 ， 东南部电网 、 北部电 网 和 东 北 部 电 网 等 ６ 个 区 域 电 网 。 本次停电事故的区域为图 １ 中的东北部电网 。 １． ２ 东北部电网概况 巴西 东 北 部 地 区 电 网 结 构 如 图 ２ 所 示 ， 该地区 ／ 同时存在着多个 ５ 以５ ０ ０ｋ Ｖ 网架为主网架 ， ０ ０ｋ Ｖ ２ ２ ０ｋ Ｖ 电磁环网 。 巴西东北部电网与国家互联电网相连的 ３ 个主 要通 道 分 别 为 ： 北通道５ ０ ０ｋ Ｖ Ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ Ⅱ－ Ｓ ｏ ｂ ｒ ａ ｌ ０ ０ｋ Ｖ Ｌ ｕ ｉ ｚ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ Ⅲ 的 双 回 线 路 ；中 通 道 ５ － ｇ 线 路 及 Ｍ ｉ ｌ ａ ｒ ｅ ｓ ５ ０ ０ｋ Ｖ Ｓ ｏ ｂ ｒ ａ ｄ ｉ ｎ ｈ ｏ Ｌ ｕ ｉ ｚ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ － ｇ ｇ 双 回线路 ； 南通道 ５ ０ ０ｋ Ｖ Ｒ ｉ ｏ ｄ ａ ｓ ｕ ａ ｓ Ｂ ｏ ｍ Ｊ ｅ ｓ ｕ ｓ － ｇ 。 线路 ｄ ａ Ｌ ａ ａ ｐ Ⅱ
图 ４ Ｌ ｕ ｉ ｚ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ变电站 ５ ０ ０ｋ Ｖ 主接线图 ｇ Ｆ ｉ ． ４ ５ ０ ０ｋ Ｖ ｍ ａ ｉ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｌ ｕ ｉ ｚ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ ｇ
２． ２ 事故发生和发展过程 下面简单描述本次事故的发生和发展过程 。 ） 当日 ０ 时 ８ 分 ， １ Ｌ ｕ ｉ ｚ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ Ｓ ｏ ｂ ｒ ａ ｄ ｉ ｎ ｈ ｏ的 － ｇ １ 号线路的保 护 装 置 （ Ｇ Ｅ 公司 Ｔ Ｓ Ｌ １ Ｂ 集成电路型 高频距离保护 ） 出现故障 ， 启动开关失灵保护的动作 接点黏死 ， 导致１ 号线路与１ 号母线侧开关１ ５ Ｃ ３失 灵保 护 动 作 ， 跳开与１号母线相连的所有开关及１ （ 号线路另一个开关 １ ５ Ｄ ２ １号线路与２号母线侧连
。 收稿日期 ： ２ ０ １ １ ０ ４ １ ２ － －
图 １ 巴西区域电网 ｏ ｗ ｅ ｒ ｒ ｉ ｄ ｓ Ｆ ｉ ． １ Ｒ ｅ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｂ ｒ ａ ｚ ｉ ｌ ｐ ｇ ｇ ｇ
图 ２ 巴西东北部电网示意图 ｏ ｗ ｅ ｒ ｒ ｉ ｄ Ｆ ｉ ． ２ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ ｏ ｆ Ｂ ｒ ａ ｚ ｉ ｌ ｐ ｇ ｇ
第３ ５ 卷 第 ８ 期 ２ ０ １ １年４月２ ５日
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ８ Ａ ｒ ． ２ ５， ２ ０ １ １ ｐ
·４ ” 从巴西电网 “ 大停电事故看继电保护技术应用原则 ２
刘 宇 ，舒治淮 ，程 逍 ，张胜祥
（ ） 国家电力调度通信中心 ，北京市 １ ０ ０ ０ ３ １
３ 开关失灵保护实现方式分析
鉴于开关失灵保护的误动作是导致本次事故的 关键因素 ， 因此 ， 下面将重点对中国电网的开关失灵 保护实现方式进行分析 。 ３． １ 巴西电网开关失灵保护存在的问题 从这 次 开 关 失 灵 保 护 动 作 情 况 来 看 ， 线路保护 — １ ３ —
（ ） ２ ０ １ １， ３ ５ ８
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· 专题报告 · 刘 宇 ， ” 等 从巴西电网 “ 大停电事故看继电保护技术应用原则 ２·４
２ 大停电事故过程介绍
２． １ 事故前系统状态 事故前东北 部 电 网 总 负 荷 为 ８ 从外 ８ ８ ３ ＭＷ ， ， 部受 电 功 率 为 ３ 如 图 ３ 所 示） 占其总负 ２ ３ ７ ＭＷ （ 荷的 ３ 东北部自身机组出力 ５ 其中 ６． ４％ ， ６ ４ ６ ＭＷ， 。 的 出 力 来 自 水 电 机 组 事 故 前 ９ ５％ Ｓ ｏ Ｊ ｏ ｏ ｄ ｏ ｉ ｌ ａ ｒ ｅ ｓ ５ ０ ０ｋ Ｖ 线路紧急检修停运 。 Ｐ ｉ ａ ｕ í －Ｍ ｇ
０ 引言
巴西时间 ２ 巴西东北部电 ０ １ １ 年 ２ 月 ４ 日凌晨 ， 网Ｐ ｅ ｒ ｎ ａ ｍ ｂ ｕ ｃ ｏ州 Ｌ ｕ ｉ ｚ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ 变电站发生变电站 ｇ 设备跳闸事故 ， 造成东北部电网与巴西国家互联电 损失 网解列 ，最终导 致 东 北 部 ７ 个 州 大 范 围 停 电 ， ， 负荷 ８ 停电持续时间从几分钟 到 数 小 时， ０ ０ ０ ＭＷ 受影响的人口约 ４ ０ ０ ０ 万 。 该次停电是巴西继 ２ ０ ０ ９ 年１ １月１ ０ 日大停电事故后的又一次大范围停电事 １］ ， 故［ 是近年来世界范围内发生的有较大影响的大 ］ １ ６ － 。 停电事故之一 ［ 鉴于开关失灵保护的误动作是导致本次事故的 关键因素 ， 本文在介绍该事故的基础上 ， 重点对中国 电网的开关失灵保 护 标 准 化 方 案 进 行 分 析 ， 说明其 合理性 ， 并分析从本 次 大 停 电 事 故 汲 取 的 事 故 教 训 及启示 。
接开关 １ 开关失灵保护未 ５ Ｄ ２因 流 过 的 电 流 较 小， 。 此 时， 除了 Ｌ 能启 动 ） ｕ ｉ ｚ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ Ｓ ｏ ｂ ｒ ａ ｄ ｉ ｎ ｈ ｏ的 － ｇ 系统结构并没有出现较大的改 １号 线 路 被 跳 开 外， 变。 ） 当日０时２ 变电站运行人员手动试送 ２ １ 分， 在合 Ｌ Ｌ ｕ ｉ ｚ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ Ｓ ｏ ｂ ｒ ａ ｄ ｉ ｎ ｈ ｏ 的 １ 号 线 路， ｕ ｉ ｚ － ｇ 的 号线路和 号母线之间的 Ｓ ｏ ｂ ｒ ａ ｄ ｉ ｎ ｈ ｏ １ ２ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ － ｇ 启动 失 灵 保 护 的 信 号 仍 然 存 在 ， 连接开关 １ ５ Ｄ ２时， 由于电流满足动作要 求 ， 因 此， 开关１ ５ Ｄ ２失灵保护 。 动作 ， 号母线跳闸 ２ 此时 ， 导致 Ｌ ２条５ ０ ０ｋ Ｖ 母 线 均 跳 开， ｕ ｉ ｚ ｉ ｌ ａ ｒ ｅ ｓ的 ２ 号 线 路 和 Ｓ ｏ ｂ ｒ ａ ｄ ｉ ｎ ｈ ｏ Ｌ ｕ ｉ ｚ Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ －Ｍ － ｇ ｇ ， 的 线 路 均 被 切 除 整 个 东 北 部 电 网 结 构 发 Ｇ ｏ ｎ ｚ ａ ａ ｇ 生重大变化 ， 电网稳定性严重恶化 。 ） 由于事故前 东 北 部 电 网 的 受 入 功 率 较 大 ， 电 ３ 网出现失步振荡 。 失 步 解 列 装 置 动 作 ， 跳开了连接 北部电网与东 北 部 电 网 的 Ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ Ⅱ－ Ｓ ｏ ｂ ｒ ａ ｌⅢ 的 双回 ５ ０ ０ｋ Ｖ 线路以及连接东南部电网与东北部电 网的 Ｒ ｉ ｏ ｄ ａ ｓ ｕ ａ ｓ Ｂ ｏ ｍ Ｊ ｅ ｓ ｕ ｓ ｄ ａ Ｌ ａ ａⅡ ５ ０ ０ｋ Ｖ － ｇ ｐ 线路 。 由于存在 着 电 磁 环 网 ， ５ ０ ０ｋ Ｖ 线 路 跳 开 后， 潮流转移到 ２ 导致部分 ２ ２ ０ｋ Ｖ 线路 ， ２ ０ｋ Ｖ 电站的 线路的距离保护Ⅰ段动作跳开 电 压 急 剧 下 降， 东北 部 电 网 和 巴 西 互 联 电 网 解 ２ ２ ０ｋ Ｖ线路 。 至此 ， 列。 ） 东北部电网功率出现大量缺额 ， 频率下降 ， 低 ４ ， 频减载动作 ５ 轮 （ 加速轮和 基 本 轮） 加上之前低压 ， 减载 动 作 和 负 荷 自 身 保 护 跳 闸 共 损 失 负 荷 ５ ７ ５ ４ ＭＷ 。 系统频率恢复至 ６ １Ｈ ｚ左右 。 ） 由于损失了近 ７ 东北部电网的潮 ５ ０％ 的 负 荷 ， ， 流变得很轻 电 网 内 部 出 现 了 过 电 压 问 题 。 过 电 压 导致东北部电网 内 部 的 线 路 、 电 容 器 等 跳 开。 在 该 过程中 ， 部分机组由 于 过 电 压 保 护 以 及 Ｘ ｉ ｎ ó 水 电 站 的 机 组、 ｇ 以及 Ｐ Ｐ ａ ｕ ｌ ｏ Ａ ｆ ｏ ｎ ｓ ｏ Ⅳ 水电站 的 机 组 ， ａ ｕ ｌ ｏ Ａ ｆ ｏ ｎ ｓ ｏ ｏ ｌ ｎ ｉ ｏ Ｓ ａ ｌ ｅ ｓ电站的机组大量跳闸 。 Ⅰ， Ⅱ ， Ⅲ和 Ａ ｐ ） 由于东北部 孤 立 电 网 内 部 大 量 的 机 组 跳 闸 ， ６ 因此再次出现低 压 、 低 频 问 题， 负 荷 由 于 低 频 减 载、 低压减载和自身保 护 的 原 因 被 甩 掉 ， 这种情况维持 了 ７ｍ 系统完全崩溃 。 ｉ ｎ ２ ０ｓ左右 。 至 ０ 时 ２ ９分，