廣州蓄能水電廠500kV母線差動保護故障分析
對廣州蓄能水電廠500 kV母線差動保護故障進行分析。通過對各相電流互感器進行伏安特性試驗并相互對比,得出了故障產生的原因:由于一法蘭連接螺栓的絕緣套損壞,導致螺栓與母線套形成電流回路,使電流互感器出現(xiàn)寄生電流,造成母線差動保護故障。
廣州蓄能水電廠500 kV主接線采用四角形接線,線路接入點形成的兩個母線T區(qū),在線路保護安裝點以內,由其本身的線路保護進行保護。主變壓器并聯(lián)點處形成的兩個T區(qū),采用母線差動保護(以下簡稱母差保護)。
1 母差保護的原理及特性
廣州蓄能水電廠一期500 kV母差保護采用DIFE3110型高阻差動保護,500 kV斷路器以QF1及QF2為一側,QF3及QF4為另一側,分別裝設兩套完全相同的高阻抗差動保護87-1,87-2及87-3,87-4。分相由兩套DIFE3110型高阻抗繼電器構成,采用被保護區(qū)域進出的電流矢量比較原理,取出差流在電阻器R上產生的電壓值,作為測量值進入繼電器內部與閥值比較。當外部有故障或無故障時,負荷電流I和I′在通過電阻器R時相位相反,幅值相等,電阻器R上的電壓降為零,繼電器不動作。當保護區(qū)域內部故障時,電流I和I′同相位使得對應的故障電流在電阻器R上產生一定大小的電壓值,當該值大于閥值時啟動繼電器動作出口,見圖2。保護整定值為:閉鎖電壓 UB=20 V,動作電壓 UD=25 V。
保護動作結果:出口跳QF1,QF2或QF3,QF4,1號、2號機組或3號、4號機組跳閘,并啟動故障錄波器。
2 87-3和87-4故障
1998年11月廣蓄電廠一期QF2斷路器檢修期間,發(fā)現(xiàn)當3號、4號機組在抽水工況運行時,母差保護87-3,87-4發(fā)出閉鎖信號。測量母差保護裝置發(fā)現(xiàn)L3相有不平衡輸出,電阻器R上最高壓降21.5 V,且隨一次電流成正比例增加,超過了閉鎖電壓整定值。
3 故障查找與分析
1998年11月,對3號、4號機組及QF3,QF4斷路器不同運行工況組合進行測試,在QF3合閘,QF4斷開時,三相差流在電阻器R上的壓降基本為零;當QF3斷開,QF4合閘時,L3相差流在電阻器R上的壓降較大,L1,L2相基本為零。判斷故障為QF4出線側L3相電流互感器54LRB006TI或54LRB007TI有問題。為進一步確定故障性質,又對87-3,87-4二次電流回路進行了對線及電流互感器極性試驗,結果一切正常。同年12月進行了87-3,87-4的二次電流回路功率六角圖檢驗,由此可判斷電流互感器極性及接線正確。通過分析認為:
a)可能QF4斷路器出線側兩組電流互感器有故障;
b)可能是電流互感器一次回路存在寄生回路,使二次產生不平衡輸出。
為此,重點檢查了QF4出線側法蘭螺栓的絕緣套,未發(fā)現(xiàn)故障。1999年2月,斷開QF3及QF4,進行電流互感器伏安特性試驗。L3相的兩組電流互感器的伏安特性與QF4相截然不同。在重做L3相電流互感器伏安特性試驗時,發(fā)現(xiàn)有一法蘭連接螺栓發(fā)熱燙手,拆開該螺栓絕緣套側螺母,發(fā)現(xiàn)絕緣套下部斷裂,使螺栓接觸母線套管接地。將該絕緣套更換后,重做電流互感器伏安特性試驗。電流互感器伏安特性恢復正常。QF3,QF4投運后,母差保護87-3,87-4不平衡電流消失,母差保護恢復正常。
絕緣套損壞后螺栓通過母線套管接地,螺栓與母線套形成電流回路。在此狀況下運行,母線套管上產生一感生電流,使電流互感器感受到的電流為Ia+I′a(Ia為一次側工作電流,I′a為感生電流),Ia與I′a的方向相反。假設螺栓與法蘭完全金屬接觸,則Ia=I′a,故電流互感器感受到的電流為零。故障現(xiàn)象類似某組電流互感器斷線或極性接反的情況。
4 存在的問題
4.1 電流互感器伏安特性
電流互感器型號為5P20,20 VA。從這次伏安特性試驗的結果看,其拐點電壓約560 V,可能不能滿足高阻母差保護電流互感器需有較高拐點電壓(如大于800 V)的要求,應采取相應的補救措施。
4.2 螺栓絕緣套損壞
引起這次故障的原因為螺栓絕緣套破裂,使螺栓接地導致電流互感器出現(xiàn)寄生電流。雖然不能準確探究螺栓絕緣套如何損壞,但也不排除在安裝時未用規(guī)定的力矩扳手,用力過大,使絕緣套破裂,長期運行中,振動使螺栓接地。有鑒于此,對GIS交接試驗應加強全過程的質量管理,并要求進行母線所有電流互感器的伏安特性試驗,防患于未然。