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蓟县变电站220kV母线失压事故分析
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0引言
近年来。由直流系统故障造成保护误动的事故频频发生。受运行工况的制约，在现场往往不能很好地模拟故障，重现事故过程，因而需要在实验室里建立与现场一致的实验环境，通过模拟各种参数进行试验来检查装置的动作情况[1-3]。本文介绍对蓟县变电站发生的一次220 k V母线除母联断路器外所有运行断路器同时掉闸事故的试验分析过程，为查找电网事故提供一种先进、可行的方法。
1事故过程
2008年1月13日下午，蓟县220 k V变电站2217断路器对太平一蓟县220 k V线路进行空载充电，在合2217断路器时，220 k V母线上所有运行的出线断路器同时掉闸，母联2245断路器未掉闸，110 kV断路器也无一掉闸，事故同时伴随有“直流接地”信号发生。从各装置的动作信号看，各断路器操作箱的跳闸出口灯点亮并保持，各线路保护和联络变压器保护的动作灯未亮。从录波分析看，跳闸发生时一次系统无故障。
2现场事故分析
从现象来看，如此大规模的断路器跳闸，不是某个单元件的保护动作能造成的，只有公共部分，比如直流系统、母线保护或失灵保护等动作才能出现此后果。如果纯粹是直流系统出现的问题，此站的110kV系统应该受影响，但事故现场的110kV系统无任何变化，所以推测是直流系统和保护结合产生此事故。
2217断路器投运时，220 kV母线保护退出运行状态,220 kV失灵保护JCSL-102装置投入运行状态。此JCSL-102失灵保护用于220 k V系统的双母线单母联结构，分母线I失灵保护动作、母线失灵保护动作、母联失灵保护动作。母线I失灵保护动作的条件是接于母线I的任一元件断路器失灵;复合电压保护动作，经过延时后失灵保护动作跳开母线I的所有元件和母联开关。母线II失灵保护动作的条件是接于母线II的任一元件断路器失灵;复合电压保护动作，经过延时后失灵保护动作跳母线II的所有元件和母联开关。母联失灵保护动作的条件是任一母线保护动作、母联电流判别元件动作且复合电压保护动作。经过延时后失灵保护动作跳开2条母线上除毋联开关外的所有元件。
从本次误动的情况来看，双母线上除母联开关外，所有元件跳闸，母联失灵保护误动作的可能性最大，因为JCSL-102失灵保护装置为集成电路类型保护，存在元件老化、抗干扰性能差等特点，加上站内直流接地等其他一些不能确定的因素，所以有可能造成装置瞬时误动。
为检验直流系统的变化能否造成JCSL-102失灵保护装置的误动，把现场的JCSL-102失灵保护装置拆卸回实验室，在实验室中搭接直流系统模拟现场的各类直流故障，观察JCSL-102失灵保护装置是否误动。
3实验室试验分析
3.1失灵保护装置
JCSL-102型失灵保护装置为国电南京自动化股份有限公司生产的集成电路型保护，主要插件包括以下模块:(1)交流模块，用于输人电流电压模拟量;(2)复合电压判断模块，满足电压条件后动作，驱动母线复合电压继电器(1040-7 )和复合电压闭锁继电器(105CZ-7);(3)线路失灵启动模块，接收外部启动失灵接点后驱动失灵重动继电器(108CZ-7、208CZ-7);(4)母联失灵启动模块，接收母差动作接点后驱动母联失灵继电器(304CZ-9),再由母联失灵继电器(304CZ-9)驱动失灵重动继电器(303CZ-7); (5)失灵延时模块，用于增加失灵动作的延时;(6)失灵出口模块，由母线复合电压继电器(104CZ-7)接点和失灵重动继电器( I08CZ-7 ,208CZ-7 ,303CZ-7 )接点串接，通过刀闸位置接点选择后驱动支路出口中间继电器(109MZ-3 )，此继电器接点和复合电压闭锁继电器(105CZ-7)接点串接后接人各支路的跳闸回路;(7)电源模块，用于给装置提供直流电源。
首先对装置内的重要继电器进行测试.支路出口中问继电器( 109 MZ-3 )为额定电压220 V的继电器，直阻5.9 kΩ(交流阻抗与直阻基本一致)，交流动作电压为96 V，动作电流16 mA ,直流动作电压为125 V，动作电流21 mA ,加直流电压220 V时动作时间为4.2 ms，加反向直流电压时，继电器也可动作。母联失灵继电器(304CZ-9)为额定电压220 V的双线圈继电器，一线圈(K1)直阻为35.5 kΩ(交流阻抗与直阻基本一致)，直流动作电压为127 V，加入直流电压220V时，动作时间为15.8 ms。动作电流为6.3 mA。加人交流电压220 V时，继电器动作。继电器并有放电二极管，反向直流电压不动。
试验模型如图1所示，220 V直流由实验室提供，R3和C1代表变电站直流系统正极所有电缆的等效电阻和对地等效电容，C2代表变电站直流系统负极所有电缆的对地等效电容，B11模拟220 k V刀闸位置接点，C3表示把开关场的刀闸位置接点引至失灵装置的电缆的对地等效电容，O7模拟母差保护动作接点，C4表示把母差保护动作接点引至失灵装置的电缆的对地等效电容，R1 .R1为直流系统绝缘监测电阻。
3.2试验步骤
(1)检查单点直流接地时装置的动作情况。加人三相正常TV电压让复合电压元件不动作，在N1,N2,N3,N4点对地加一定量的电容C1,C2,C3, C4，根据实测，一般lkm电缆对地电容约为0.3 uF。试验时，R3=0，分别模拟N1,N2,N3,N4点接地。试验结果显示109MZ-3端电压和304CZ-9端电压在接地瞬时上升然后衰减至零，上升速度与继电器内阻及电容
C1~C4的大小有关，试验过程中109MZ-3继电器、105CZ-7继电器和304CZ-9继电器均未动作。
图2为C2=1.8uF、C1=C3=C4=0.3 uF时N1点接地的录波情况，"109端电压”为109MZ-3继电器两端电压，“304 CZ接点”为304CZ-9继电器动作接点。“304端电压”为304CZ -9继电器两端电压，“109 MZ”为109MZ-3继电器动作接点。“105 CZ”为105CZ-7继电器动作接点。图2中所示为示波器监视的5处电位，各电位的幅值不同，显示比例也不相同，其中“109端电压”、 “304 CZ接点”、“304端电压”为模拟量录波，其显示比例用“40V/格”或“100 V/格”方式标于图右侧;“109 MZ”、“105CZ”为开关量录波。
由图2可以看出，C3=C4=0.3 uF，而“304端电压”比“109端电压”衰减得慢很多.这是因为304CZ-9继电器内阻比109MZ-3继电器内阻大很多，约为6倍，所以直流只F扰时，内阻大的继电器由于功率小，造成衰减缓慢而更容易动作。
正常情况下直流接地时，109MZ-3和304CZ-9这2个220 V继电器不可能动作，原因是这2个继电器动作电压均大于110 V，直流接地时这2个继电器的端电压最大不超过110 V。如果在运行中，直流系统不平衡，向- 110 V电位方向偏移，偏移超过继电器动作电压时，发生直流接地，则304CZ-9继电器由于其内阻大.有可能动作。
(2)检查继电器正电压端直流负接地转为正接地时装置的动作情况。加人三相正常TV电压使复合电压元件不动作，在N1,N2,N3,N4点对地加一定量的电容C1,C2,C3, C4，R3=0，分别做N3或N4点直流负接地转N1点直流正接地。
a．C2= C3=1.8 uF, C1= C4=0.3 uF先N4点接地，然后N1点接地，l 09MZ-3继电器、105CZ-7继电器均未动作此项目主要检查N3点C3通过109MZ-3线圈及蓄电池向正极放电时l 09 M Z-3是否动作。考虑到B11回路电缆不是太长，对地电容C3取1.8 uF已经非常大了，实际应该小于这个值。因此，现场若发生这种情况，109MZ-3继电器不可能动作。
b. C2=1.8 uF, C1= C3= C4=0.3 uF，先N3点接地，然后N1点接地，304CZ-9继电器、105CZ-7继电器、均未动作。此项目主要检查N4点C4通过304CZ-9线圈及蓄电池向正极放电时304CZ-9是否动作。增加C4值，重复试验，当C4增加到0.6 uF以上时，105CZ-7继电器未动作，304CZ-9继电器动作，这说明现场若发生这种情况,304CZ-9继电器有可能动作。
图3为C2=1.8 uF, C1= C3=0.3 uF, C4=0.6 uF且先N3点接地后N1点接地的录波情况，109MZ-3继电器动作是因为N3点与正电导通，“304CZ接点”电位本为悬浮电压，在“304端电压”数值升高后，“304CZ接点”电位稳定下降24 V并保持约14 ms，说明304GZ-9继电器动作。图3中显示方式与图 2相同。
(3)查直流接地造成装置220 V电压瞬时跌落对24 V电源的影响。在C2加一定量的电容,R3取一值，在N2点接地。图4中“+12 V"表示装置中+12 V电源电位，“-12 V”表示装置中一12V电源电位.“ 24 V”表示装置中24 V电源电位，“装置两端电压’，表示保护装置直流电源电压，“109MZ”为109MZ-3继电器动作接点，“105 CZ”为105CZ-7继电器动作接点。图4所示为示波器监视的6处电位，同样是由于各电位幅值不同，设置的显示比例也不相同.其中“+12 V”、
“-I2V”、“24V”,“装置两端电压”为模拟量录波，其显示比例用“4 V/格”. “8 V/格”和‘“80 V/格”方式标于图右侧;“109 MZ" , " 105CZ”为开关量录波。试验表明，在C1加量到一定程度时，直流接地造成装置220 V电压瞬时跌落，使24 V电源出现波动。图4示24 V电源波动后造成105CZ-7继电器动作。
(4)检查电磁辐射干扰对装置的影响，使用对讲机对着装置的前面板及背而进行辐射电磁于扰试验，干扰时，装置的复合电压元件动作，过流元件动作。
3.3试验结果分析
通过以上试验可知，在N3点接地转为N1点时，或者直流系统不平衡，向负电偏移.偏移超过继电器动作电压时，发生直流接地，304CZ-9继电器有可能动作，同时若再有较强的电磁于扰，或者直流接地导致24 V电源出现波动进而导致24 V继电器中的复合电压继电器和过流元件继电器动作时，则失灵保护可能误动，其误动情况都与当时现场实际相符。
在现场事故调查的过程中发现，掉闸后直流系统负极接地为OV，查出直流接地点为2216线路RCS931装置的失灵启动回路电缆内部芯线有破损。可见，正是此处故障造成失灵保护的误动，引发事故。
4结语
此次事故是zoo8年上半年华北电网发生的一次重大电气事故，其产生原因比较复杂，有装置的原因，比如集成电路保护元件的老化、抗干扰性能差等;也有二次回路的原因，比如直流接地造成二次电缆的充放电导致继电器误动。由此提醒人们要保证变电站运行的可靠就要关注装置的更新和二次回路的安全。