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，在線路保護安裝點以內，由其本身的線路保護進行保護。主變壓器并聯點處形成的兩個T區，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，發現當3號、4號機組在抽水工況運行時，母差保護87-3，87-4發出閉鎖信號。測量母差保護裝置發現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，未發現故障。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，發現有一法蘭連接螺栓發熱燙手，拆開該螺栓絕緣套側螺母，發現絕緣套下部斷裂，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。