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广州蓄能水电厂500kV母线差动保护故障分析
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2008-12-02
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对广州蓄能水电厂500 kV母线差动保护故障进行分析。通过对各相电流互感器进行伏安特性试验并相互对比，得出了故障产生的原因：由于一法兰连接螺栓的绝缘套损坏，导致螺栓与母线套形成电流回路，使电流互感器出现寄生电流，造成母线差动保护故障。
广州蓄能水电厂500 kV主接线采用四角形接线，线路接入点形成的两个母线T区，在线路保护安装点以内，由其本身的线路保护进行保护。主变压器并联点处形成的两个T区，采用母线差动保护(以下简称母差保护)。
1 母差保护的原理及特性
广州蓄能水电厂一期500 kV母差保护采用DIFE3110型高阻差动保护，500 kV断路器以QF1及QF2为一侧，QF3及QF4为另一侧，分别装设两套完全相同的高阻抗差动保护87-1，87-2及87-3，87-4。分相由两套DIFE3110型高阻抗继电器构成，采用被保护区域进出的电流矢量比较原理，取出差流在电阻器R上产生的电压值，作为测量值进入继电器内部与阀值比较。当外部有故障或无故障时，负荷电流I和I′在通过电阻器R时相位相反，幅值相等，电阻器R上的电压降为零，继电器不动作。当保护区域内部故障时，电流I和I′同相位使得对应的故障电流在电阻器R上产生一定大小的电压值，当该值大于阀值时启动继电器动作出口，见图2。保护整定值为：闭锁电压 UB=20 V，动作电压 UD=25 V。
保护动作结果：出口跳QF1，QF2或QF3，QF4，1号、2号机组或3号、4号机组跳闸，并启动故障录波器。
2 87-3和87-4故障
1998年11月广蓄电厂一期QF2断路器检修期间，发现当3号、4号机组在抽水工况运行时，母差保护87-3，87-4发出闭锁信号。测量母差保护装置发现L3相有不平衡输出，电阻器R上最高压降21.5 V，且随一次电流成正比例增加，超过了闭锁电压整定值。
3 故障查找与分析
1998年11月，对3号、4号机组及QF3，QF4断路器不同运行工况组合进行测试，在QF3合闸，QF4断开时，三相差流在电阻器R上的压降基本为零；当QF3断开，QF4合闸时，L3相差流在电阻器R上的压降较大，L1，L2相基本为零。判断故障为QF4出线侧L3相电流互感器54LRB006TI或54LRB007TI有问题。为进一步确定故障性质，又对87-3，87-4二次电流回路进行了对线及电流互感器极性试验，结果一切正常。同年12月进行了87-3，87-4的二次电流回路功率六角图检验，由此可判断电流互感器极性及接线正确。通过分析认为：
a)可能QF4断路器出线侧两组电流互感器有故障；
b)可能是电流互感器一次回路存在寄生回路，使二次产生不平衡输出。
为此，重点检查了QF4出线侧法兰螺栓的绝缘套，未发现故障。1999年2月，断开QF3及QF4，进行电流互感器伏安特性试验。L3相的两组电流互感器的伏安特性与QF4相截然不同。在重做L3相电流互感器伏安特性试验时，发现有一法兰连接螺栓发热烫手，拆开该螺栓绝缘套侧螺母，发现绝缘套下部断裂，使螺栓接触母线套管接地。将该绝缘套更换后，重做电流互感器伏安特性试验。电流互感器伏安特性恢复正常。QF3，QF4投运后，母差保护87-3，87-4不平衡电流消失，母差保护恢复正常。
绝缘套损坏后螺栓通过母线套管接地，螺栓与母线套形成电流回路。在此状况下运行，母线套管上产生一感生电流，使电流互感器感受到的电流为Ia＋I′a(Ia为一次侧工作电流，I′a为感生电流)，Ia与I′a的方向相反。假设螺栓与法兰完全金属接触，则Ia=I′a，故电流互感器感受到的电流为零。故障现象类似某组电流互感器断线或极性接反的情况。
4 存在的问题
4.1 电流互感器伏安特性
电流互感器型号为5P20，20 VA。从这次伏安特性试验的结果看，其拐点电压约560 V，可能不能满足高阻母差保护电流互感器需有较高拐点电压(如大于800 V)的要求，应采取相应的补救措施。
4.2 螺栓绝缘套损坏
引起这次故障的原因为螺栓绝缘套破裂，使螺栓接地导致电流互感器出现寄生电流。虽然不能准确探究螺栓绝缘套如何损坏，但也不排除在安装时未用规定的力矩扳手，用力过大，使绝缘套破裂，长期运行中，振动使螺栓接地。有鉴于此，对GIS交接试验应加强全过程的质量管理，并要求进行母线所有电流互感器的伏安特性试验，防患于未然。
广州蓄能水电厂500 kV主接线采用四角形接线，线路接入点形成的两个母线T区，在线路保护安装点以内，由其本身的线路保护进行保护。主变压器并联点处形成的两个T区，采用母线差动保护(以下简称母差保护)。
1 母差保护的原理及特性
广州蓄能水电厂一期500 kV母差保护采用DIFE3110型高阻差动保护，500 kV断路器以QF1及QF2为一侧，QF3及QF4为另一侧，分别装设两套完全相同的高阻抗差动保护87-1，87-2及87-3，87-4。分相由两套DIFE3110型高阻抗继电器构成，采用被保护区域进出的电流矢量比较原理，取出差流在电阻器R上产生的电压值，作为测量值进入继电器内部与阀值比较。当外部有故障或无故障时，负荷电流I和I′在通过电阻器R时相位相反，幅值相等，电阻器R上的电压降为零，继电器不动作。当保护区域内部故障时，电流I和I′同相位使得对应的故障电流在电阻器R上产生一定大小的电压值，当该值大于阀值时启动继电器动作出口，见图2。保护整定值为：闭锁电压 UB=20 V，动作电压 UD=25 V。
保护动作结果：出口跳QF1，QF2或QF3，QF4，1号、2号机组或3号、4号机组跳闸，并启动故障录波器。
2 87-3和87-4故障
1998年11月广蓄电厂一期QF2断路器检修期间，发现当3号、4号机组在抽水工况运行时，母差保护87-3，87-4发出闭锁信号。测量母差保护装置发现L3相有不平衡输出，电阻器R上最高压降21.5 V，且随一次电流成正比例增加，超过了闭锁电压整定值。
3 故障查找与分析
1998年11月，对3号、4号机组及QF3，QF4断路器不同运行工况组合进行测试，在QF3合闸，QF4断开时，三相差流在电阻器R上的压降基本为零；当QF3断开，QF4合闸时，L3相差流在电阻器R上的压降较大，L1，L2相基本为零。判断故障为QF4出线侧L3相电流互感器54LRB006TI或54LRB007TI有问题。为进一步确定故障性质，又对87-3，87-4二次电流回路进行了对线及电流互感器极性试验，结果一切正常。同年12月进行了87-3，87-4的二次电流回路功率六角图检验，由此可判断电流互感器极性及接线正确。通过分析认为：
a)可能QF4断路器出线侧两组电流互感器有故障；
b)可能是电流互感器一次回路存在寄生回路，使二次产生不平衡输出。
为此，重点检查了QF4出线侧法兰螺栓的绝缘套，未发现故障。1999年2月，断开QF3及QF4，进行电流互感器伏安特性试验。L3相的两组电流互感器的伏安特性与QF4相截然不同。在重做L3相电流互感器伏安特性试验时，发现有一法兰连接螺栓发热烫手，拆开该螺栓绝缘套侧螺母，发现绝缘套下部断裂，使螺栓接触母线套管接地。将该绝缘套更换后，重做电流互感器伏安特性试验。电流互感器伏安特性恢复正常。QF3，QF4投运后，母差保护87-3，87-4不平衡电流消失，母差保护恢复正常。
绝缘套损坏后螺栓通过母线套管接地，螺栓与母线套形成电流回路。在此状况下运行，母线套管上产生一感生电流，使电流互感器感受到的电流为Ia＋I′a(Ia为一次侧工作电流，I′a为感生电流)，Ia与I′a的方向相反。假设螺栓与法兰完全金属接触，则Ia=I′a，故电流互感器感受到的电流为零。故障现象类似某组电流互感器断线或极性接反的情况。
4 存在的问题
4.1 电流互感器伏安特性
电流互感器型号为5P20，20 VA。从这次伏安特性试验的结果看，其拐点电压约560 V，可能不能满足高阻母差保护电流互感器需有较高拐点电压(如大于800 V)的要求，应采取相应的补救措施。
4.2 螺栓绝缘套损坏
引起这次故障的原因为螺栓绝缘套破裂，使螺栓接地导致电流互感器出现寄生电流。虽然不能准确探究螺栓绝缘套如何损坏，但也不排除在安装时未用规定的力矩扳手，用力过大，使绝缘套破裂，长期运行中，振动使螺栓接地。有鉴于此，对GIS交接试验应加强全过程的质量管理，并要求进行母线所有电流互感器的伏安特性试验，防患于未然。
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