继电保护越级跳闸故障分析与处理

汪曼乙

（江西铜业集团有限公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费的系统［1］。系统工作时，由于雷击以及设备制造、运行维护等方面的因素，会出现故障及不正常工作状态。继电保护让被保护的用电设备能够快速脱离电网，在不正常工作状态时，发出报警信号，以便电力工作人员及时进行维护和处理，保障正常用电［2］。

德兴铜矿动力厂承担着全矿生产供电任务。所辖35kV以上变电站14座，其中大山220kV变电站是供电等级最高，负荷最重要的变电站，承担全矿70%以上的供电负荷。

2 故障现象

2020年5月5日06:33分左右大山变电站监控后台事故报警，如图2所示：显示211进线开关、231母联开关跳闸、321开关富家坞一线跳闸。与此同时下山变电站323大下一线避雷器及穿墙套管雷击烧毁。07:30分左右，调取了后台及保护装置记录，有以下几点发现。

图2 大山A套保护复合电压闭锁方向过流部分逻辑框图

发现一：大山1#主变A套保护动作，将211及231开关跳闸，动作的保护为高复流Ⅰ段，Ⅰ时限、II时限动作，瞬间高压侧的二次电流为5.217A，高压侧产生的二次零序电压为0.023V，已满足保护动作的条件。

图1 大山变电站部分一次主接线图

发现二：中压侧二次电流大约为5.73A，中压侧产生的二次零序电压为22.7V左右。已达到中压侧复压过流Ⅰ段动作条件，但是保护未出口跳闸，301开关未动作。

发现三：几乎同时大山323线路下山站内穿墙套管和避雷器炸裂，经检查发现该保护装置速断值为12.5A，动作时间为0.1s，保护装置已启动保护，但是大山323开关没有跳闸。

3 原因分析

首先，过流保护出口跳闸由低电压、负序电压元件动作，方向判别满足条件，过流元件动作等进行逻辑判断，在电压硬压板未投时，此时逻辑电路为由过流保护与其他侧复合电压过流条件主导，如图2所示。

其次，高压侧复压过流是由1侧（本体侧）、2侧（母联侧）叠加而成，即根据两侧电流矢量和来判断是否过流［3］。根据波形，高压1侧与高压2侧电流合成后如图3所示。

图3 保护启动前波形分析图

可以看到，保护启动前，电流已经为4.861A，处于定值4.9A附近区间，此时保护装置启动。随后，电流在中间部分有所减小，但随后增大。

因为中间阶段的电流减小低于定值，导致延时重新计时。在899ms时开始重新计时，最终经中压侧开放，经延时定值2200ms复压保护1时限跳闸（3094ms），跳桥开关。故障未切除，高压侧电流仍大于定值，中压侧电压依旧不正常，保护仍经中压侧开放，再经延时300ms即定值2500ms复压2时限跳高压侧开关，故障切除，如图4所示。

图4 故障发展的中间阶段保护波形分析图

细化分析中压侧三相电压，调取中压侧三相电压保护波形图，发现波形跳闸前后中压侧电压三相偏差依然很大，中压侧间隔存在缺陷，需要逐级进行排查。因故障时间段为雷雨天气，经初步判断可能因素为下级变电站35kV线路引雷电流不畅，如图5、图6所示。

图5 故障经高压侧切除前中压侧保护波形分析图

图6 跳闸前中压侧三相电压波形图

分析越级跳闸影响因素。

在继电保护跳闸出口逻辑判断中，硬压板、软压板、控制字三者为与的关系，即三者全部满足才能实现开放［4］，此故障中，分析硬压板未投入是其中一个影响因素。

大下323线路虽为热备用状态，但其下端头带电，避雷器及穿墙套管雷击烧毁后大山220kV变电站侧323断路器应出口跳闸，断路器当时投速断、过流II段保护，速断保护不能保护线路全长，雷击烧毁线路属于线路末端，故速断保护未出口；而过流II段保护虽能保护线路全长，但因定值设置问题，未能达到出口条件，故大山323断路器未跳闸。

中压侧电流虽然已经达到定值，但是没有达到延时定值1600ms。中压侧B相电流超过定值时间在3000ms左右，而高压侧开关在3400ms左右已经完成跳闸，不再满足中压侧跳闸条件，如图7、图8所示。

图7 跳闸后中压侧三相电压波形图

图8 跳闸后高压侧三相电压波形图

4 故障处理

经过仔细检查，在大山主变，220kV GIS室及220kV线路无明显缺陷的情况下，试送大山1号主变211开关，主变未合上，1#主变差动保护启动，经分析，为保护定值设置问题导致试送过程未躲过励磁涌流，对主变定值设置后，9：04分，1#主变试送成功。

5 总结与改进

经过此次故障，总结电力系统继电保护日常巡检中存在的一些问题，并做相关优化。

（1）继电保护定值在改造和更新后，要及时进行各级的梳理，对相关线路及断路器进行放射性的考量；

（2）注意在保护定值设置的过程中，与终端用户采矿场、精尾厂的时限、电流值配合，避免发生越级跳闸的情况；

（3）定值要考量终端用户的负荷情况，将大容量设备启动的负荷突增纳入考量范围［5］；

（4）梳理矿山供电系统的防雷网络，对引雷线路进行检查、摇测，确保接地电阻符合引雷要求；

（5）设置避雷针时要注意不与变电站主引雷网络连接，满足不发生反击的要求［6］。

6 结束语

随着电力系统的不断发展，继电保护技术愈来愈成为矿山电网发展的焦点，从头痛医头、脚痛医脚到预防性检修、试验和继电保护装置的全覆盖应用，二次系统的硬件技术和软件的双提升，让矿山供电系统越来越可靠。