断路器无故偷跳,机构失灵全厂停电

【事故经过】
    1993年10月21日15:32,某厂Ⅱ、Ⅳ母线分段断路器2600(LW6-220)发生无故障三相跳闸,在处理过程中因断路器机构失灵以致事故扩大,导致全厂停电(参见附图一次接线图)。
    16:24由2632线经1号主变与01号厂高备变分别倒送厂用电,16:30~17:32,2616、2621、2631、2633并网成功,17:45至22日0:38除3、4号机外全部与系统并列(4号机检修)。
    事故中共有24套保护动作,跳开6条220kV线路、3条ll0kV线路和7台机一变开关。本地区的贾汪、韩庄、徐塘及坨城电厂,事故中按预定方案解列,保住了重要用户的供电。事故没有引起系统稳定破坏和事故扩大。
    1、事故前本地区的运行方式
    (1)该厂一次系统结线及事故时跳闸情况参见下图。
    
   
    
    (2)事故时有关线路保护配置(两侧相同)及潮流分布情况如下:
    2、事故中继电保护的动作过程
    2600断路器无故障三相偷跳后,断路器经检查无异常,15:48执行复合命令,一相未能合上但也跳不开,引起系统长时间非全相运行。
    2600断路器非全相合闸后,非全相运行保护动作跳闸,但B相未跳开(B相液压机构密封圈损坏并漏气)。由于事故前通过2600潮流较大(达640A),非全相运行后产生较大的零序电流,此零序电流开始主要分布在2613、2614线路和4号主变上,致使2614、2613线对侧I03、GPb保护和4号主变零序过流保护先动作“三跳”。接着潘家庵1号主变和2632、2633、2621线对侧保护相继动作“三跳”,I、Ⅱ段母线侧中性点接地支路全部断开,引起零序电压升高,致使5号主变中性点间隙击穿,保护动作“三跳”因I、Ⅱ段母线A、C相电压进一步升高(根据仿真计算可升高至额定电压的2倍多),I段母线A相氧化锌避雷器开始放电(200~400A),约0.44s左右(Ua达1.7UH左右)发展成接地故障(最大接地电流达2880A)。此时该厂已跳开了220kV8个元件,再加上2600开关非全相运行,短路电流相对较小,未达到母差保护动作值(3600A),随后接地电流减小并出现波动(故障0.5s后波动范围为640~1250A),1号主变零序过压保护动作跳闸,2616线对侧I03段跳闸,邻近电厂对该厂振荡(伴随故障),大屯电厂ll0kV联络线零序保护后备段动作跳闸。徐厂2号主变低压过流动作“三跳”,6、7、8号发电机由于突然甩负荷机端过电压保护动作跳闸。在大屯电厂联络线跳闸后的上述过程中2600 B相断路器压力充足跳开,该厂失压后经1s大屯电厂ll0kV联络线检无压重合成功。至此,该厂发电机全停,I、Ⅱ段母线失压。Ⅲ、IV段母线因大屯电厂检无压重合成功未失压。
    3、保护动作行为说明
    该厂2600非全相运行后,经300A/4.5s任庄侧2614零序Ⅲ段出口三相跳闸,约5~7s后电流发生变化2613任庄侧JSF-11C高频闭锁零序保护经重合闸装置出口“三跳”。
    潘家庵1号主变高压侧断路器2601为预定的解列点,其I02方向指向母线。设置该解列点是考虑到220kV电网故障时首先将徐塘电厂与220kV系统解列,而解列1号主变高压侧可保住35kV侧所接的煤矿(重要)负荷用电。
    避雷器开始小放电时零序方向元件G0即开始动作,而避雷器接地后接地电流很快减少并波动(2615 3I0最小时已低于JL-11A I03定值),由此造成JL-11A中I03在避雷器接地故障时启动,但其后又返回。再启动G0(一直动作),约经6~7s装置故障闭锁出口,造成桃园2615未能跳闸而由大屯ll0kV联络线I04动作“三跳”。在徐厂失压后检无压重合成功。
    在I、Ⅱ段母线上的2621线跳闸后,I、Ⅱ段接地点消失,零序电压(3U0)升高,由于该电压波动很大以致Ti零序过压保护不能动作。当避雷器发生接地故障后,3U0仍然很大(达180V左右),T1零序过压保护动作0.5s跳高压侧断路器,跳开后母线上3U0并未消失,再过0.5s跳开三侧。
    当避雷器发生A相接地故障并伴随AB相间故障后,从接地电流推算T2低压过流保护是在T1跳闸后启动直至出口的。2号机-变零序3U0保护可能处于临界状态而未动。
    【原因分析】
    这次事故是由2600断路器非全相合闸引起的,再因避雷器的爆炸发展为非全相加单相接地和两相故障的复杂故障。其起因属于纵向故障性质。
    所谓“纵向故障”特点是指:故障点电流序分量与故障时非全相运行断路器的负荷电流有关,各接地支路分配的零序电流序分量与故障点的位置有关,不能用简单的节点故障分支系统来估计;母线的纵向故障主要靠对侧断路器后备保护切除故障,切除时间一般较长,对事故发展后保护的动作正确性受到影响,而且当接地支路切除后,又往往因母线过电压而造成电气设备绝缘薄弱环节击穿发展为横向故障,故其后果一般较严重。母线设备发生纵向故障,母差无差流,因此差动保护也不起作用。
    【防范措施】
    1、纵向故障多数是由于断路器机构异常,偷跳、偷合造成非全相运行引起的。虽然断路器本身设有位置不对应、非全相保护及断路器失灵保护,但解决断路器本身的质量问题仍然是至关重要的。
    2、随着电力系统进入高电压、大机组时代,如果局部故障未能得到及时切除,很有可能发展为系统事故。因此对系统内那些不符合“四统一”技术标准的继电保护装置要尽早更换,提高全网继电保护的整体运行水平,从而提高系统安全水平。
    3、为了便于事故分析、及时采取有效对策,须提高电网事件记录装置的配置水平,并加装统一时标。录波装置需具有追忆功能,必要时可远传到网局调度端,这对大电厂、500kV和主要的220kV变电所来说很为迫切,因此建议应尽早开展这方面的规划研究和实施工作。
    4、对于该厂应尽快完成母差更新改造工作,以解决在复杂故障条件下母差保护灵敏度不足的问题。
    5、遇系统发生复杂故障时确保厂用电的看法:该电厂电区在该厂2601、2602断开时,1、2号机和临近贾汪、韩庄电厂构成的地区系统出力应能与地区负荷基本保持平衡,在系统事故时应采取适当的方式将该厂2601及2602与系统解列,以达到保厂用电的目的;对于带有供厂用电的三圈变压器,过电压保护动作是否一定要跳三侧(规定)宜作进一步研究。譬如对该厂1、2号主变是否可采取o.5s跳本侧,大于对端断路器最长跳闸时间才去跳三侧。
    6、自该厂1990年4月17日事故后徐州地区网完成了解环允片并加装自投装置的工作,实践表明这一措施是合理的。因此我们认为在有条件情况下,电网实现分块供电方式对提高运行安全性是很有利的。