一起雷击引起的系统稳定破坏事故保护动作行为分析
耿卫星 1，刘春玲1，孟祥萍2
（1.宁夏电力公司超高压分公司,宁夏 银川 750001； 2. 长春工程学院，吉林 长春 130001）
摘要：论文以某110kV电网线路受雷击作用后，所有主变中性点被击穿，系统中两台主变压器差动保护先后动作跳闸的事
件为素材，介绍系统运行方式，分析并评价保护装置动作行为，并针对此事件从线路防雷、变压器差动保护元件性能改善、装置运行整定和反事故措施四个角度提出了相应的改进措施。论文对于电力系统的安全稳定运行具有一定的参考价值和积极意义。
关键词：雷击线路 中性点击穿 差动元件动作 跳闸 改进措施
Analysis on protection action of an accident that the system stability disruption caused by thunderstrike
Weixing Geng 1，Chunling Liu 1，Xiangping Meng 2
(1. Ningxia Electric Power Corporation EHV Branch，Yinchuan City, Hui Nationality Autonomous Region, Ningxia 750001；
2. Changchun Institute of Technology，Changchun City, Jilin Province 130001)
Abstract: There is an accident that all main transformers’s neutral point dielectric punctured and two transformers differential protection operate to trip after lines be struck by lightning in certain 110kV network. The paper introduce system maneuvering patterns, analyse and appraise protector’s motor behaviour. Innovative approaches are proposed from nether four angles: line lightning protection, differential protective element’s performance improvements for transformer, appliance working setting and anti-accident measures. The thesis has determinate reference value and positive meaning for safety and stable running in power system.
Key words: Lightning stroke on line; Neutral point puncture; Differential component motion; Tripping operation; Improvement measure
0 引言
雷电是自然界频发的一种高强度电磁脉冲和巨大能量释放现象，其特点是电压高、电流大、能量释放时间短，具有很强的危害性，受到了气象、交通、电力、矿业等诸多部门的广泛关注。其中，高压电力线路由于具有距地面位置高、所经地域跨度大、地形复杂等特点，遭受雷击的机率更大。据统计，我国高压输电线路由于雷击引发的跳闸事件占总跳闸次数的40~70%。雷电已经成为严重影响电网安全稳定运行的重要因素之一。
电力系统继电保护技术发展和保护装置不断改进，在防雷击破坏、避免大面积停电和维护系统稳定方面发挥着积极作用。由于系统具有很多不可预见因素，雷击引起的系统稳定破坏事故时有发生。论文基于某110kV局部电网受雷击影响，所有主变中性点击穿，系统由一点接地变为多点接地的事故，分析并评价保护装置动作行为；同时论文还讨论了线路防雷措施及装置运行整定改进，对电力系统的安全稳定运行具有一定的积极意义。
1 事故描述
基金项目：吉林省科技发展计划项目，合同编号：20080414-1。
1.1事故前电网运行方式
220kV芦花变电站正常运行时#2主变110kV侧
220kV芦花变电站110kV I母2511525117251202512225123＃1主变＃2主变251012510025102110kV II母2512458～＃60杆之间遭受雷击，造成线路AB相间短路。
花洪线保护测距为2.0km，花暖线保护测距为2.8km，110kV故障录波器测距为3.17km，保护动作过程如表2所示： 表2. 保护动作过程 Tab.2 Action process of protective device 厂站 GPS绝对时间 18:49:57:420 35kV II母302110kV水泥变电站银水线花文II线花盈线花水线花镇线花暖线花洪线110kV暖泉变电站镇暖线1611800110kV I母180118026kV II母＃1主变＃2主变602＃1主变110kV II母1601162110kV 母线1602保护动作及跳闸情况 花暖线距离I段动作 花洪线距离I段动作 花洪线零序过流I段动作 花暖线零序过流I段动作 花洪线重合闸动作 花暖线重合闸动作 #2主变差动保护动作，跳开1802、302、602断路器 #2主变差动保护动作，跳开1602、302、502断路器 35kV分段备自投动作，合上300
断路器
6kV分段备自投动作，合上600
断路器
＃2主变18:49:57:421 300600601301220kV18:49:57:421 18:49:57:422 18:49:58:569 18:49:58:600
30130035kV I母30235kV II母6kV I母10kV I母50150050210kV II母35kV I母 芦花变 图1. 事故前110kV系统运行方式
Fig.1 Maneuvering patterns of 110kV system before fault
110kV
中性点接地，25100母联开关在合位。110kV各出
线所带变电站的主变压器中性点不接地运行。
事故发生前110kV水泥变电站#1、#2主变分列运行，三侧母联断路器1800、300、600在分位。35kV、6kV分段备用电源自动投入装置投入,主变中性点不接地运行。110kV暖泉变电站161、1602、302、502、300断路器在合位，#2主变单独投入工作，主变中性点不接地运行。110kV系统为一点接地方式，如图1所示。 1.2 保护配置
220kV芦花变电站110kV 线路：25120花水线、25123花暖线均装设由南瑞继保电气有限公司生产的RCS-941A型高压输电线路成套保护装置。保护功能包括三段相间和接地距离保护、四段零序方向过流保护和低周保护；配有三相一次重合闸功能、过负荷告警功能、频率跟踪采样功能；还带有跳合闸操作回路以及交流电压切换回路。
110kV线路所带水泥变电站#2主变、暖泉变电站#2主变使用的保护装置配置情况如表1所示：
表1. 变压器保护配置情况
Tab.1 Relay system configuration status for transformer 厂站名称 110kV水泥变 110kV暖泉变
一次设备 #2主变 #2主变
保护装置 SEL-387 CST-31AE
保护装置 生产厂家 广东普瑞 北京四方
水泥变 110kV暖泉变
18:49:57:483 18:49:58:879 18:50:00:403 18:50:00:403
110kV水泥变
2 原因分析及动作评价
2.1 事故诱因
2008年8月28日18时49分57秒403毫秒，芦花变电站花洪线、花暖线＃58～＃60杆之间遭雷击后，芦花变＃1主变、文萃变＃1主变、盈北变＃1、＃2主变、水泥变＃2主变、镇北堡＃2主变中性点被击穿，芦花变110kV系统由一点接地变为多点接地。故障后零序电流分布情况如图2所示：
＃1主变＃2主变I0=56.6I0=6025101110kV I母25115251172510025102110kV II母25120251222512325124I0=5.85花文II线I0=5.0I0=7.41I0=12.31I0=76.46I0=80.11花镇线花暖线花洪线花盈线花水线图2. 故障后零序电流分布图
Fig.3 Zero-sequence current distribution map after fault
1.3 保护动作行为
2008年8月28日18时49分57秒403毫秒，220kV芦花变电站25124花洪线、25123花暖线＃
2.2 保护动作行为分析及评价 2.2.1 220kV芦花变电站
雷击发生后17ms、19ms，花暖线距离保护I段和零序过流I段分别动作跳开25123断路器；18
ms花洪线距离保护I段和零序过流I段同时动作跳开25124断路器。
1166ms，花洪线保护启动重合闸动作，线路重合成功；1197ms，花暖线保护启动重合闸动作，线路重合成功。
（a）故障电流录波图 (b) 保护动作报文显示
(a) 110kV I 母电压 (b) 110kV II 母电压
图4. 故障录波及故障报文 Fig.5 Faults recorded and fault message
(c) 花暖线故障电流 (d) 花洪线故障电流
图3. 芦花变故障录波参数图
Fig.3 Fault recorder diagram of Luhua substation
经过对两线路受雷击后的录波参数 (如图3所示)和动作情况分析， 220kV芦花变电站花暖线、花洪线保护装置动作行为符合装置动作逻辑，动作时间与定值整定时间一致。保护装置动作正确。 2.2.2 110kV水泥变电站
2008年8月28日18:49:57:483，水泥变#2主变差动保护动作，瞬时跳开1802、302、602断路器，保护动作结果如3所示：
表3. 差动元件动作参数
Tab.3 Motion parameter of differential component
A相 B相 C相 IOP1 0.68 IOP1 0.72 IOP1 0.68 IRT1 1.07 IRT1 0.99 IRT1 0.58 IOP1/ IRT1 63.6％ IOP1/ IRT1 72.7％ IOP1/ IRT1 117％ 087P 0.3 087P 0.3 087P 0.3 SLP1 40％ SLP1 40％ SLP1 40％ IRS1 1.3 IRS1 1.3 IRS1 1.3 水泥变#2主变差动保护动作后，35kV II母失压，302进线无流，满足35kV分段备自投动作条件，延时3秒合上300分段断路器，恢复35kV II母正常供电；同时6kV II母失压，602进线无流，满足6kV分段备自投动作条件，延时3秒合上600分段断路器，恢复6kV II母正常供电。备自投装置动作行为符合动作逻辑，动作时间与定值整定时间一致。35kV和6kV备自投装置动作正确。 2.2.3 110kV暖泉变电站
在花暖线故障跳闸重合后，暖泉变#2主变未能躲过穿越性励磁涌流，差动保护动作，也属于区外故障时的误动作。与水泥变的区别仅在于前者动作发生在线路重合前，而后者动作发生在线路重合后。限于篇幅，此处不再做详细分析。图5为花暖线重合后电流波形图。
表3中数据显示，流过差动元件的电流约为0.7左右（数据来源于差动保护动作报文及故障录波参数，见图4）。而此时制动电流不够大，二次谐波、五次谐波在扰动的过程中很快衰减，无法有效闭锁保护，差动元件动作。
在花暖线、花洪线线路遭雷击后，雷击过电压导致110kV系统多条线路末端变压器中性点击穿，水泥变#2主变差动继电器SEL387躲穿越性涌流能力较差，从而发生了区外故障时变压器差动保护误动事故。
图5. 花暖线故障重合后电流录波图 Fig.5 Current recorder of Huanuan line after reclosing
3 措施及改进
此次受雷击影响，两起变压器差动保护区外故障时动作的情况，应该引起系统相关部门和继电保护工作者的充分重视。考虑从装置本身动作特性、科学合理的整定计算以及严格执行反事故措施等角度进行改进，以提高装置动作可靠性。 3.1 改进变压器差动元件动作特性
一起雷击引起的系统稳定破坏事故保护动作行为分析
