一起220 kV GIS设备内部故障引起的保护动作分析

薛 峰，潘 琪，潘晓明，谢夏寅，王坚嵘

（苏州供电公司，江苏苏州215004）

1 事故简述

某220 kV站系统接线如图1所示。220 kV母线并列运行，220 kV甲线由对侧变电站空充线路，本侧开关热备用。其他220 kV线路合环运行，1号、2号主变运行。

图1 某220 kV变电站接线

某年某月某日14:15:41，该站220 kVⅠ母线母差动保护动作，保护装置录波显示C相接地故障，C相差流二次有效值约61.4 A，折合一次值49.1 kA。与此同时甲线两侧线路保护动作出口跳闸，由于重合闸在停用状态，均三跳。事故后检查Ⅰ母线所有开关均在分闸位置。

220 kV线路保护配置，甲线为PCS931GM+PSL603U双套光纤差动保护，其余220 kV线路均为RCS931A+PSL603G双套光纤差动保护，220 kV母差保护配置为SGB750。

2 事故原因分析

2.1 甲线线路保护具体动作情况

（1）甲线对侧：PCS-931GM保护 C相纵联差动保护动作，C相接地故障，测距5.2 km；PSL-603U保护C相纵联差动保护动作，C相接地故障，测距5.77 km。故障电流持续时间约50 ms（甲线实际总长度 5.61 km）。

（2） 甲线本侧：PCS-931GM，5 ms纵联差动保护动作；17 ms距离加速动作；25 ms接地距离Ⅰ段动作，故障相别C相，测距0 km。12 ms纵联差动保护动作；31 ms接地距离Ⅰ段动作；76 ms距离手合加速出口。故障相别C相，测距0 km。故障电流持续时间约75 ms。

其余220 kV线路只有启动信号和远方跳闸出口。由于本侧母差保护动作，通过各线路保护屏操作箱中的TJR继电器向Ⅰ母线所有分相电流差动通道发远跳令，因此对侧PSL603保护收到本侧的远跳命令后通过TJR执行永跳出口并闭锁重合闸，同时对侧TJR继电器再向本侧发远跳令，所以本侧其他线路保护收到对侧远跳命令出口均为正常，但实际开关均应由母差保护动作出口跳开。

2.2 动作分析

本侧甲线开关在热备用状态，出现故障电流并导致母差保护动作。本侧220 kV系统为六氟化硫封闭式组合电器(GIS)设备，线路间隔各电流互感器（TA）的布置如图1所示，母差保护TA在开关断口的线路侧，线路保护TA在开关断口的母线侧，这样的TA布置是符合继电保护反事故措施要求的[1]。

本侧甲线PSL603U线路保护故障录波如图2所示，从图2中看到对侧的C相故障电流比本侧C相故障电流先出现约10 ms，且10 ms后故障电流波形与本侧故障相电流波形基本同相，属于区内故障特征。母线差动保护故障录波如图3所示，从图3中可看到甲线的电流先于其他支路电流出现10 ms左右，且10 ms之后与Ⅰ母线其他支路电流同相，这属于区内故障特征 （本侧甲线开关最近的带负荷记录是某年某月某日，负荷85 MW。当时线路保护、母差保护运行情况正常，可排除母线保护TA及线路保护TA极性错误的可能）。

图2中，开关量通道：a为A跳出口，b为B跳出口，c为C跳出口，d为重合闸出口，e为A相跳闸位置，f为B相跳闸位置，g为C相跳闸位置，h为远跳开入，i为远传开入A，j为远传开入B；模拟量通道：Ia=160.00 A/格，Ib=160.00 A/格，Ic=160.00 A/格，3I0=160.00 A/格，Ua=100.00 A/格，Ub=100.00 A/格，Uc=100.00 A/格，3U0=100.00 A/格，Ux=170.00 A/格，Ia对侧=160.00 A/格，Ib对侧=160.00 A/格，Ic对侧=160.00 A/格。

图 3 中，AI00：Ua=91.00 V/格；AI01：Ub=91.00 V/格；AI02：Uc=91.00 V/格；AI06：Ic=56.00 A/格；AI07：Ic=56.00 A/格；AI08：Ic=56.00 A/格；AI09：Ic=56.00 A/格。

通过比较其他220 kV线路保护录波和母差保护录波可发现在故障零时刻的起波方向相反，可知母差保护TA与线路保护TA是反极性输出的，而母差保护中甲线电流录波与其他220 kV线路电流录波相位一致，说明母线发生区内故障，母差保护动作行为正确。

甲线本侧开关在热备用状态，而热备用的开关出现故障电流且能使线路保护的分相电流差动保护动作应该有3种可能，一是线路C相有故障而开关断口击穿；二是故障点落在开关断口与线路保护TA之间时；三是开关C相断口击穿同时又对GIS筒体放电造成接地故障。

（1）若故障点在线路上而开关只是断口击穿，那么线路分相电流差动保护动作是正确的，而母差保护不应动作。且母差保护录波图中甲线支路的电流应与其他支路电流反向，这与实际情况不符，故这种可能性可排除。

（2）若C相接地点落在开关断口与线路保护TA之间时，此时线路分相电流差动保护动作是正确的。母差保护此时也会动作，但是母差保护录波中甲线支路不应有故障电流，这与实际不符，故这种可能性被排除。

（3）若开关C相断口击穿又对筒体放电接地，则此时线路分相电流差动保护动作是正确的。母差保护动作此时也是正确的，且母差保护录波图中甲线支路应有故障电流，且与其他支路应是同相的，这与实际是相符的。因此可推断甲线GIS的C相开关筒体内发生了断口击穿又接地的故障。

通过对甲线保护录波图及母差故障录波图的进一步分析，由甲线线路PSL603保护故障录波图反应，对侧的故障相电流比本侧故障相电流先出现10 ms左右，可以说明前10 ms断口未击穿但存在接地故障。又从母差保护故障录波图上甲线的电流先于其他支路电流出现10 ms左右，可以得出在甲线C相开关筒体内首先发生的是母差TA与断口之间对筒体击穿的接地故障 （如图1中Kc点），约10 ms后再转变成接地又断口击穿的故障。最后致使热备用的甲线路保护与220 kVⅠ母母差保护同时动作。

事故后通过对GIS筒体的解体检查，证明了录波分析的正确性，故障原因为线路遭受雷击，造成筒体内气体绝缘击穿所致，对地的放电点在线路侧TA与断路器断口之间。一次设备解体后内部放电痕迹如图4、图5所示。

图4 断路器静触头屏蔽罩上（靠线路侧）电弧烧化缺口（圈内部位）

图5 动触头和静触头上均有电弧灼烧痕迹（圈内部位）

3 结束语

随着GIS设备在电力系统中广泛运用，其优势也越来越明显[2，3]。但是GIS在TA布置方面有其特殊性，同时又由于GIS设备故障的隐蔽性，往往给事故分析带来了一定的难度，因此正确地利用二次系统信息，提高GIS设备内部故障时的分析能力，对于快速判断故障点，保障系统安全运行有着重要的意义。

[1]国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施（试行）[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答（第2版）[M].北京：中国电力出版社，2000.

[3]江苏省电力公司.继电保护原理与实用技术[M].北京：中国电力出版社，2006.