光纤差动保护误动事故分析_黄珍山

收稿日期：2010－02－09作者简介：黄珍山（1971-），男，工程师，从事继电保护工作。

0引言事故的发生具有偶然性，但是，事故的发生又必然存在导致其发生的原因。

导致其发生的原因在事故发生之前是往往处于潜伏状态的，一旦条件满足就会发生意想不到后果。

某水电厂发生的一起全厂失电事故，就是技术上的多个不安全隐患在一次偶然的事件中集中一起发生作用，最终带来一起意料之外的全厂失电事故。

2005年7月，某水电站进行机组的无功进相试验，在进相试验的机组开机并网时，随即发生220kV 线路光纤差动保护误动，并进一步发展为全厂停电的事故。

事后的分析发现，该起事故的发生，正是多个环节上存在的技术隐患共同作用所导致的后果。

1基本概况及事故发生时的运行方式该水电站在事故发生时还是在工程建设中，4号发电机和3号发电机相继投产，由于线路电容的存在，220kV 母线电压总是偏高，机组要无功进相运行。

为此进行机组无功进相试验，正是这次试验时发生了全厂停电事故。

一次接线如图1所示：事故发生前的运行方式为：220kV 皇林I 线2237DL 合闸并入系统运行。

220kV 两段母线并列，3号机带有110MW 负荷，4号发电机在热备用状态，4号主变空载带4号高厂变（即厂用电10kV 二段），10kV 一段由3号高厂变带，全部厂用电负荷都是由10kV 一、二段带，10kV 三段母线设计是没负荷，它只通过10kV 联络开关作为10kV 一、二段的备用电源。

该发电厂出于节约用电成本的考虑，在两台机相继投产后，施工变不再带10kV 三段运行，光纤差动保护误动事故分析黄珍山，宋海波（万安水电厂，江西万安343800）摘要：某一级水电站发生一次因发电机并网时，很大冲击电流引起全厂仅有的一条220kV 系统联络线的光纤差动保护误动，并进而发展为全厂失电的事故。

通过对事故原因的查找和全面分析，找出了事故背后各个环节存在的技术隐患，并提出了相应的改进及防范措施。

关键词：光纤差动保护；保护误动；全厂停电；事故分析中图分类号：TM774文献标识码：BAbstract :In a hydropower plant,generator parallel caused strong current which trigger fiber differential protection malfunction in 220kV line,outage as the result.Defects were checked out by accident analysis and treatments were proposed.Key words :fiber differential protection;malfunction;outage;accident analysis文章编号：1006-348X （2010）02－0023－04施工变处于在冷备用状态。

220kV线路皇林I线配置高频距离和光纤差动双套微机保护，都在正常投入运行状态。

2事故经过中调批复的进相试验安排在晚峰后进行，首先是在中调同意下4号发电机开机并网，运行人员执行“4号发电机发电”操作后不久，现场看到机组启动并启励建压正常，接着就听到发电机出口开关合闸声音，但很快就听到机组的声音有点异常（事后的分析证明就是机组开始过速的声音），接着全厂一片漆黑。

运行反应整个监控系统瘫痪，屏幕无显示。

运行人员立即对一次设备进行检查，发现一次设备本体没有异常，但整个220kV母线失压，皇林I线开关2237DL跳闸、3号主变高压侧开关2203DL 跳闸、4号主变高压侧开关2204DL跳闸、3号高厂变低压侧开关1003DL跳闸、4号高厂变低压侧开关1004DL跳闸、两台发电机组停机，机组出口开关1503DL、1504DL和灭磁开关均跳闸，厂用电消失。

保护检查结果是220kV皇林I线WXH-803光纤差动保护有动作出口跳闸信号，但是该线路的WXH-802高频距离保护盘没有动作出口信号，两台机组的WFB-801保护A、B套均发失磁三段动作信号，无其它保护动作出口信号，两台机组故障录波都没有录波数据。

初步判定厂用电系统一次设备本体没有故障后，迅速通知运行人员从施工变倒送厂用10kV电源，恢复监控系统的运行。

将皇林I线保护只有光纤差动保护动作而高频距离保护没有动作的情况汇报中调后，中调同意由对侧皇宫变对皇林线充电，正常后对220kV母线充电正常，再开3号机组并网运行正常，事故处理算告一段落。

3原因分析事故的处理应该说是快速而且准确，可是事故原因的分析有很大的难度。

因为监控系统的瘫痪，没有能够录到机组在事故过程中的一些参数，两台机组的故障录波器都没有记录下事故过程。

唯一可供分析的是220kV系统录波器记录的本次事故波形，波形显示皇林I线出线开关2237DL先跳闸，约11s后是3号主变高压侧的2203开关、4号主变高压侧的2204开关同时跳闸。

据此可以推断出皇林I 线的光纤差动保护的动作是整个事故的直接原因。

从录波图看皇林I线确实有很大的突变电流，但电压变化不明显，而且线路的另外一套保护WXH-802高频距离保护并没有动作出口，220kV 线路保护配有两套全线速动的纵联保护，一般情况下，线路发生区内短路故障时，两套主保护均应无延时跳闸，因此初步推断线路并没有短路故障，对侧分析的结果也是一样，从而断定220kV皇林I线光纤差动保护误动作。

但是，保护动作首先必须启动保护进入故障处理程序才有可能出口，再从波形上看确实有很大的突变电流，保护的启动是正确的。

所以要找这电流突变的根源。

联想到机组刚并网，很自然地会想可能是并网的冲击电流。

再调阅220kV系统故障录器的录的故障波形，4B主变高压侧电流突变比其它间隔来得明显，看来4号发电机并网确实有比较大的冲击电流，这是引起皇林I线电流突变启动保护的原因，这从时间上看也是吻合的，可见机组并网的冲击电流是保护误动的导火索。

保护厂家很重视这次事故，很快派技术人员前来进行误动作原因分析，厂家技术人员肯定光纤差动保护误动是造成事故的原因。

厂家技术人员按继电保护反措要求仔细地检查了保护现场安装的情况，并将保护误动时的装置录波数据传回公司，做了很多次动模试验进行模拟，都没有发生误动，因此，保护厂家认为，本次误动跟两侧光纤通道有很大关系。

该保护采用的专用光纤通道由两部分组成，保护配有小功率光端机到通信室，通过PCM复用设备，再经长达100km左右的线路光纤到对侧，另外一侧通道也是这样构成。

以前运行时发现过有误码的情况，但不算很严重，没有到告警的程度。

该光纤差动保护的误码就是计算固定时间窗内错误数据的桢数，每桢数据只要有一个错误数据，该桢数据就忽去不用，同时算一个误码，误码高说明光纤通道不是很理想。

由此断定误动的原因是光纤通道不理想，但保护内部处理软件也可能有不合理地方。

接下来分析机组停机的原因。

在220kV线路皇林I线跳闸后，两台机组脱离系统后互相并列运行，很难稳定运行。

4号机刚并网在空载运行状态，3号机带11万kW负荷，由于线路开关的跳闸负荷送不出去造成3号机组转速上升，4号机会吸收3号机的有功造成转速也上升，也就是3号机加速拖动4号机也跟着加速，由于惯性的关系，4号转速上升还会比3号机快，且它的导叶在空载开度，调速器的动作对它不起任何作用，这么大的有功很快就会让4号发电机达到一级过速值。

再从220kV故障录波图可以看到，在线路跳开关2237跳闸后，220kV母线频率（也就是机组频率）稳步上升，但是达到55Hz 后又恢复正常，由于这录波图上变正常的频率导致分析变得困难。

没有达到一级过速频率就突然正常了，这不合常理，回头重新看220kV母线电压波形，从波形的周期来推算，机组频率还在继续上升，从周期推算出频率最高达到58Hz，这就超过了机组一级过速值115%额定转速（对应频率即57Hz），且在机组达一级过速后不久2203DL和2204DL同时跳闸。

后询问故障录波器厂家，该录波器分析软件在频率高于55Hz和低于45Hz它就自动认为是频率通道出差错，显示50Hz的正常频率，这是后话。

机组一级过速达到以后，还需要主配的失灵接点才能动作停电机。

在2237开关跳闸后，两台机在并列运行，电调只能通过频差的PID运算结果来关导叶，有一种可能是主配动作的幅度不足以断开主配失灵接点，或是主配失灵接点调节不是很到位导致失灵接点没有断开，才最终启动一级过速停机。

最后来分析4号机并网时出现很大的冲击电流的原因。

机组并网时的理想情况是压差和角差为0°，这样就不会产生冲击电流。

但并网前发电机和系统的频差的存在，使两电压相量角度差是一直在变化，角差的存在就会产生压差，并网时断路器主触头合上瞬间的角差大小决定了冲击电流的大小。

调阅两台机组故障录波盘记录下的各次并网的数据，分析结果让人吃惊：两台机的同期装置SJ-12A参数设置都一样（两台机整定的导前时间均是60ms，发电机出口开关是ABB开关，合闸时间48ms，左右，因为要加上继电器的动作时间，可以认为整定的导前时间是没有问题），但动作行为差别很大，3号机每次并网时导前角度基本上在2°左右，而4号机并网时的导前角度有很大的不同，差的时候高达近10°，好的时候只有2°左右。

从4号机的录波图中可以看到4号机组在导前角度10°并网时，冲击电流近4000A（一次电流值，这接近机组的额定定子电流值）。

所以得出结论是：4号发电机同期的装置存在问题。

后对4号机的同期装置进行很多次的试验，结果是大数时候7°左右的导前角，特好（导前角2°左右）和特差（导前角超10°）的均不多。

厂家换一新的同期装置进行了同样的试验，结果还是一样。

将4号机的装置拆到3号机进行试验，结果也是很理想，最终排除了同期装置本身的问题。

又以为是不是4号机PT二次电压有畸变引起同期装置的不正常工作，但从机组录波来看PT二次电压波形很好，没有畸变。

正在准备进行另外一项查找试验时，无意的检查中发现同期装置的对象选择接线有一处没有接触好，线是紧的，但是压的是线皮，等于这根线是悬空状态，而这正是造成4号机并网时好时坏原因。

该型同期装置SJ-12A可以对多个对象进行同期合闸，各个对象可分别进行参数整定，每次并网时对象是通过开关量来判别。

这根线没有接触好说明同期装置在同期过程中没有选择到对象，那么在同期合闸的过程中就不能调用这个对象的整定参数，即发合闸脉冲时就不是用该对象整定的导前时间来计其导前角度，而是以装置默认的导前时间来计算导前角度（这默认的导前时间为200ms），这可是实际所需导前时间的5倍，这无形中把导前角度误算到5倍的差值，于是找到了4号机组并网时冲击电流的产生原因。