一起縱聯保護誤動的原因分析及對策

(中國南方電網超高壓輸電公司 柳州局，廣西 柳州 545006)

1 引言

線路縱聯保護是當線路發生故障時,使兩側開關同時快速跳閘的一種保護裝置,是線路的主保護。它以線路兩側判別量的特定關系作為判據。即兩側均將判別量借助通道傳送到對側,然后,兩側分別按照對側與本側判別量之間的關系來判別區內故障或區外故障。

220kV及以上系統配置的大量縱聯距離(方向)保護，按照保護啟動后40ms進入功率倒向邏輯，而系統故障分析和統計數據表明，220kV及以上系統故障切除時間小于40ms的現象多次出現，因而，保護的功率倒向邏輯不能適應故障快速切除的工況，保護存在誤動的風險

本文分析了500kV某站220kV乙線發生單相瞬時性故障時甲線保護誤動的原因，揭示了故障切除時間小于保護進入功率倒向邏輯經典設計值的風險，提出了防范縱聯保護功率倒向時保護誤動的處理對策及新建線路的保護配置原則。

2 故障跳閘情況

2012年4月27日14時01分01秒，220kV乙線發生C相瞬時故障，A站側故障電流為38.8kA，B站側故障電流1.44kA，220kV乙線主一、主二保護均動作，220kV乙線兩側開關C相跳閘，重合成功。與此同時，220kV甲線主二保護動作，220kV甲線開關C相跳閘，重合成功。

3 保護動作情況

3.1 220kV乙線保護動作情況

220kV乙線兩側保護配置為：主一保護RCS-931BM，主二保護RCS-902CB。A站側的主一保護工頻變化量距離、電流差動、距離I段保護動作，重合閘動作；主二保護工頻變化量距離、縱聯距離、縱聯零序、距離I段保護動作，重合閘動作。B站側主一保護電流差動動作，重合閘動作；主二保護縱聯距離動作，縱聯零序動作，重合閘動作。

2.2 220kV甲線保護動作情況

220kV甲線兩側保護配置為：主一保護RCS-931BM，主二保護RCS-902CB(版本：V2.00)。220kV甲線在乙線故障時，A站側主二保護RCS-902CB 48ms縱聯距離保護動作，重合成功；B站側主二保護RCS-902CB 170ms縱聯零序方向保護動作，重合成功。

4 220kV甲線保護動作分析

220kV甲線保護動作時序圖，如圖1所示。

圖1 220kV甲線保護動作時序圖

圖2 甲線功率倒向示意圖

4.1 220kV甲線主二保護RCS-902CB誤動的原因

在220kV乙線發生故障時，故障點在A站側出口，220kV甲線B站側RCS-902CB判斷為正方向故障，啟動發信，在故障發生40ms時，乙線A站側開關跳開，甲線發生功率倒向，甲線A站側RCS-902CB在乙線A站側開關跳開后判斷為正方向故障，保護裝置沒有進入功率倒向邏輯，同時收到對側的發信信號，經過5ms確認延時后跳閘。

RCS-902系列保護裝置設計了防止功率倒方向誤動的邏輯。RCS-902CB保護裝置功率倒向邏輯為：啟動40ms之內，若滿足區內故障條件(正方向且有收信)，縱聯距離延時5ms出口；啟動40ms之內，若不滿足區內故障條件(正方向且有收信)，縱聯距離25ms延時出口。但本次故障，保護裝置未能進入功率倒向邏輯。

4.2 RCS-902CB保護裝置未進入功率倒方向邏輯的原因

RCS-902CB保護裝置未進入功率倒方向邏輯的原因主要為以下兩方面：

(1) 故障在40ms內快速切除。乙線A站側保護動作時間快(工頻變化量阻抗元件4ms即動作出口)，開關跳閘時間也快(保護發出跳令到開關完全斷弧僅36ms)，故障后40ms開關完全斷弧切除故障。因開關跳開后導致甲線發生功率倒方向，倒向后A站側保護裝置3～4ms后即判為正方向故障，43ms保護發信，48ms時縱聯距離元件動作，同時收信返回。

(2)甲線保護啟動較慢。由于B站側為負荷側，在乙線發生故障時，流過甲線的故障電流不大，保護啟動較慢，甲線A站側主二保護RCS-902CB在故障后6ms啟動。相對保護啟動時刻而言，功率倒向發生在保護啟動34ms時刻(未達到程序設計的40ms進入功率時間)，導致甲線A站側RCS-902CB保護延遲進入功率倒方向邏輯。

4.3 甲線B站側故障后176ms縱聯零序保護動作原因

甲線A站側在故障后43ms判為正方向，開始發信；在48ms保護動作后，持續發信(RCS-902CB邏輯為保護動作后對應的動作相即開始發信，跳令返回后繼續發信150ms)。故障后95ms甲線A站側開關C相跳開，甲線變為非全相運行，由于負荷電流的原因，甲線B站側保護裝置的零序電流在零序方向過流定值的邊界，在故障后151ms左右零序電流1.59A(一次值382A)滿足零序方向過流定值1.5A(一次值360A)；同時由于甲乙線C相開關跳開且B站為終端站，B站C相電壓僅為53.2V，產生零序電壓3U0為22.98V，且零序方向為正向(零序電壓滯后零序電流96.6°)，同時又收到A站側的C相允許信號，延時25ms甲線B站側縱聯零序保護在故障后176ms動作出口跳C相開關。

圖3 甲線B站側零序方向圖

5 防范措施

5.1 臨時緊急措施

(1)梳理平行多回線和環網線路配置的縱聯保護，核實是否存在功率倒向誤動風險。

(2)分析確定相關平行多回線或環網線路同時跳閘對系統的影響和風險大小。

(3)對于縱聯保護存在誤動風險的平行多回線和環網線路，臨時退出相關線路保護的工頻變化量距離元件。在縱聯保護經軟件升級或改造，適應功率倒向時間小于40ms工況后，投入相關線路的工頻變化量距離元件。

5.2 保護改造

(1)盡快安排技改，將無旁路代路需求的縱聯距離(方向)保護可采取更換插件的方式改造為光纖電流差動保護。

(2)逐步將有旁路代路需求的縱聯距離保護改造為集成接點方式縱聯距離的光纖電流差動保護，正常運行時選擇為光差保護運行，旁路代路時選擇為縱聯距離保護運行。

(3)改造后的保護應選用雙通道光纖電流差動保護，或雙通道集成縱聯距離保護的光纖電流差動保護。

6 建議

新建220kV及以上線路，原則上配置兩套雙通道的光纖電流差動保護。有特殊需求(如旁路代路和重冰區線路)時，可配置集成縱聯距離保護的光纖電流差動保護。

7 結語

分析了500kV某站220kV乙線發生單相瞬時性故障時甲線保護誤動的原因，揭示了故障切除時間小于保護進入功率倒向邏輯經典設計值的風險，提出了防范縱聯保護功率倒向時保護誤動的處理對策，提出了新建線路的保護配置原則。

[1]DL/T559-94 220kV-500kV電網繼電保護裝置運行整定規程[S].北京:中華人民共和國電力工業部,1995.

[2]DL/T559-94 The setting procedure of the grid relay protection device operation of 220kV—500kV[S].Beijing:The Ministry of Power Industry of the People’s Republic of China,1995.

[3]張保會,尹項根.電力系統繼電保護[M].北京:中國電力出版社,2005,5.

[4]Zhang Bao-hui,Yin Xiang-gen.Power System Protective Relaying[M].Beijing:China Electric Power Press,2005.5.

[5]楊娟.220kV高壓電網繼電保護配置[J].武漢大學電氣工程學院,電力學報,2010,2.

[6]Yang Juan,Applications of 220kV high voltage grid’s protection[J].School of Electrical Engineering,Wuhan University.Journal of Electric Power.2010.02.

[7]袁啟佳.光纖縱聯保護的應用[J].東北電力技術,2006(2):14-18.

[8]Yuan-Qi-jia.Application of Power Line Pilot Protection[J].Northeast Electric Power Technology,2006,2(2):14-18.