一起雷擊故障引起保護動作行為的分析

錢建國，裘愉濤，周 芳

（國網(wǎng)浙江省電力公司，杭州 310007）

臨海變電站（簡稱臨海變，以下類同）一條220kV線路因雷擊引起單相接地故障，最后斷路器失靈保護動作切除故障線路連接母線上的所有元件。當時母線上包括故障線路共連接了4條220kV線路，故障后4條線路對側(cè)的線路保護動作行為各不相同，以下深入地分析探討保護的動作行為。

1 保護動作情況

1.1 故障前運行方式及保護配置

臨海變220kV系統(tǒng)接線方式及相關保護配置見圖1。

臨海變220kV副母線上共連接4條線路，其中3條線路均配置了2套普通的閉鎖式高頻保護，另一條線路配置了2套光纖差動保護。220kV母線配置1套母差保護；斷路器失靈保護與母差保護共用1個出口，整定為經(jīng)200 ms延時跳母聯(lián)斷路器，再經(jīng)200 ms延時切除故障斷路器所連母線上的所有元件。

圖1 系統(tǒng)接線

州臨2352線因雷擊造成C相接地，故障時州臨2352線及相鄰元件的保護動作行為如下。

1.2 臨海變側(cè)

臨海變側(cè)州臨2352線線路保護動作行為：CSC101A保護13 ms零序Ⅰ段動作，19 ms距離Ⅰ段動作，32 ms縱聯(lián)保護動作跳C相，356 ms縱聯(lián)加速動作，431 ms零序加速動作跳三相；RCS901A保護5 ms工頻變化量阻抗動作，20 ms距離Ⅰ段動作，32 ms縱聯(lián)變化量方向、零序方向動作跳C相，346 ms距離加速，385 ms零序加速動作跳三相。

在第1次故障發(fā)生約582 ms后失靈保護動作跳220kV母聯(lián)斷路器，失靈保護再經(jīng)約218 ms后跳開臨海變220kV副母線上所有連接元件。副母線上其他連接元件自身的保護均沒有動作。

1.3 發(fā)電廠側(cè)

州臨2352線發(fā)電廠側(cè)保護動作行為：CSC101A保護31 ms縱聯(lián)保護動作跳C相，RCS901A保護32 ms縱聯(lián)變化量方向、零序方向動作跳C相；經(jīng)1 s延時后重合閘動作，2套保護均加速三相跳閘。

1.4 澤國變側(cè)和安洲變側(cè)

臨澤4341線澤國側(cè)保護的動作行為：CSC103A保護767 ms遠方跳閘出口跳三相，RCS931A保護766 ms遠方跳閘出口跳三相，重合閘沒有動作。

臨洋2356線洋灣側(cè)線路保護動作行為：CSL101A保護793 ms高頻零序動作跳C相，RCS901A保護795 ms縱聯(lián)零序方向動作跳C相，1837 ms后重合閘動作。

220kV安洲變只有保護啟動信號，而沒有任何保護動作出口。

那么，究竟是什么原因造成了故障母線所連接4條線路對側(cè)保護完全不同的動作行為？為什么洋灣側(cè)臨洋2356線僅有高頻零序保護動作，而其他縱聯(lián)保護（如縱聯(lián)距離、變化量方向等）均未動作？這4條線路保護中是否存在著不正確動作的情況？如果存在不正確動作情況，又該采取什么措施加以防范？

2 保護動作行為分析

2.1 臨海變側(cè)

故障時臨海變州臨2352線的錄波圖見圖2。

從錄波圖中可以看到，整個過程共發(fā)生了2次C相故障，第1次故障發(fā)生后州臨2352線線路保護快速動作后跳開C相斷路器將故障切除。在第1次故障切除后約250 ms后，州臨2352線C相又出現(xiàn)了故障電流，此時重合閘尚未動作，C相斷路器機構尚在分閘狀態(tài)。由于再次出現(xiàn)故障電流，州臨2352線線路保護均加速動作跳三相，但故障電流繼續(xù)存在，結合保護動作行為和故障錄波圖的記錄，可以判定此時州臨2352線C相斷路器已經(jīng)被擊穿重燃。由于州臨C相故障電流持續(xù)存在，其線路保護動作后啟動斷路器失靈保護，經(jīng)262 ms延時跳開220kV母聯(lián)斷路器；失靈保護再經(jīng)218 ms跳開臨海變副母線上所有連接元件，徹底隔離故障。

從故障發(fā)展的情況來看，由于雷擊導致州臨2352線C相斷路器失靈，引起斷路器失靈保護動作，使得故障影響范圍擴大。在整個過程中，臨海變的保護動作行為均正確無誤。

2.2 發(fā)電廠側(cè)

圖2 臨海變州臨2352線故障錄波圖

州臨2352線臨海變側(cè)C相斷路器的擊穿重燃現(xiàn)象，對于發(fā)電廠側(cè)州臨2352線保護的動作行為并不會產(chǎn)生影響。州臨2352線發(fā)電廠側(cè)保護在第1次故障時快速動作跳開C相，經(jīng)1 s延時后重合閘動作，重合于永久性故障，2套線路保護均加速跳閘跳開三相，切除故障。發(fā)電廠側(cè)相當于僅發(fā)生1起線路的單相永久性故障，其保護動作行為正確無誤。

2.3 澤國變側(cè)

當臨海變州臨2352斷路器失靈保護動作跳開臨澤4341斷路器時，會同時經(jīng)光纖通道給對側(cè)發(fā)遠方跳閘命令。而臨澤4341澤國變側(cè)保護一直處于啟動狀態(tài)，因此在收到遠方跳閘命令后，兩套保護均直接三相跳閘同時閉鎖重合閘。

3 洋灣變、安洲變側(cè)保護動作分析

3.1 保護動作差異

在本次故障發(fā)生后所有保護的動作行為中，最值得推敲的是洋灣側(cè)和安洲側(cè)保護的動作情況。2條線路所配置的保護完全相同，兩側(cè)感受到的故障過程也基本相同，但是2條線路對側(cè)保護的動作行為卻完全不同。

州臨2352線發(fā)生C相故障，對臨洋2356線、臨安2Q48線而言均是區(qū)外故障，在故障發(fā)生的前期，2條線路對側(cè)的保護均收到來自臨海變線路保護的閉鎖信號而未動作。當臨海變州臨2352斷路器失靈保護動作跳開臨洋2356、臨安2Q48斷路器時，會同時給2條線路的高頻保護發(fā)停信信號，允許線路對側(cè)的高頻保護動作。那是不是臨安2Q48線母差保護停信回路發(fā)生了故障，沒有使2套高頻保護停信呢？答案是否定的，從錄波圖來看，在跳閘的同時2條線路的4套高頻保護均已經(jīng)停信。那么究竟是什么原因?qū)е聝蓷l線路保護動作行為的差異？

3.2 高頻保護中的功率側(cè)的邏輯

失靈保護與母差保護動作停信采用同一出口，對本側(cè)而言2種保護動作均會立即停信。但是，由于2種保護動作產(chǎn)生的機理以及故障持續(xù)的時間不一樣，會對對側(cè)的高頻保護產(chǎn)生不同影響。母線故障母差保護動作時，故障持續(xù)時間較短，線路對側(cè)高頻保護處于剛啟動階段，一旦收不到對側(cè)閉鎖信號，便會立即選相跳閘，然后進入重合邏輯。而當斷路器失靈保護動作時，故障總的持續(xù)時間往往較長，高頻保護早已經(jīng)進入功率倒向邏輯。

高頻保護中的功率倒向邏輯[1]，主要用于環(huán)網(wǎng)或平行線路，當發(fā)生短路后一側(cè)斷路器斷開而發(fā)生功率倒向時，為防止正常線路高頻保護誤動而設計的。常常采用增加動作延時的方法來解決功率倒向時保護的誤動問題：當高頻保護連續(xù)收信超過一段時間（35～40 ms）而保護一直沒有動作，若收不到信號則需經(jīng)延時（CSL101A為20 ms，RCS901A為25 ms）高頻保護才能動作出口。保護用前一個延時（35～40 ms）來判斷發(fā)生了區(qū)外故障，而用后一個延時（如25 ms）來躲過兩端方向元件動作競賽帶來的影響。

高頻保護中設計了功率倒向邏輯，有效地防止了環(huán)網(wǎng)線路中功率倒向時的誤動，但也往往會在復雜故障中產(chǎn)生一些意想不到的動作行為。

4 保護動作差異的原因

斷路器重燃失靈保護動作后，雖然臨洋2356線、臨安2Q48線臨海變側(cè)已經(jīng)停信，但此時洋灣側(cè)、安洲側(cè)保護收信已經(jīng)遠遠超過40 ms，高頻保護已進入功率倒向邏輯。此時保護停信、功率倒向延時、斷路器斷弧之間存在時間上的競爭，一旦臨海變臨洋2356、臨安2Q48兩個斷路器的滅弧時間有差異（如分別為40 ms與60 ms），會使得2條線路在停信后故障電流持續(xù)的時間稍有不同，從而導致線路對側(cè)的保護動作行為不一致。

圖3是洋灣變臨洋2356線故障錄波圖，從錄波圖看，臨海變臨洋2356斷路器斷弧稍慢，臨洋2356線洋灣側(cè)高頻保護動作C相跳閘經(jīng)延時后重合成功；臨海變臨安2Q48斷路器斷弧較快，臨安2Q48線在保護停信后不到20 ms電流已經(jīng)消失，此時高頻保護尚未來得及出口即已返回，所以臨安2Q48線安洲側(cè)保護不會動作。從圖3中可以看到洋灣變臨洋2356線保護在臨界狀態(tài)動作，其出口接點是在故障電流已經(jīng)消失時才閉合的，而保護一旦動作后即使電流消失其跳閘命令仍將保持一段時間以確保可靠跳閘。

臨洋2356線洋灣側(cè)RCS901A保護的動作報告見圖4，從圖中可以看到，保護在769 ms時收不到對側(cè)閉鎖信號，在795 ms時縱聯(lián)零序方向保護動作出口，期間的保護動作延時為26 ms。而CSL101A在793 ms時高頻零序動作出口，稍快于RCS901A保護，是因為其功率倒向動作延時比RCS-901A保護短5 ms。需要指出的是：如果保護裝置功率倒向邏輯所設置的出口延時較長（如CSC101A為40 ms），那么在此次故障中該保護可能也會因電流消失而不動作；也就是說若臨洋2356線配置的是CSC101A而非CSL101A保護，那么將會出現(xiàn)RCS901A動作跳閘而CSC101A不會動作的情況。

另外，從臨洋2356線洋灣側(cè)線路保護的動作報告中可以看到當時2套保護均只有縱聯(lián)零序方向保護動作，而沒有其他縱聯(lián)保護（如縱聯(lián)距離、變化量方向等）動作。這主要是由于本次故障持續(xù)時間較長，而且在母聯(lián)斷路器斷開后200 ms后故障電流基本不變，因此對CSL101A而言其高頻距離保護已經(jīng)進入振蕩閉鎖[2]無法開放而不會動作，對RCS901A而言其變化量方向保護則是因為沒有變化量而不會動作。臨安2Q48線安洲側(cè)RCS901A保護在收不到對側(cè)閉鎖信號后，電流很快消失，因此保護沒有動作。

從上述分析可以看到，臨安2Q48線、臨洋2356線的保護均屬于正確動作。雖然臨安2Q48線、臨洋2356線兩側(cè)均配置了閉鎖式高頻保護，但是由于在故障中2條線路所感受到的故障分量稍有不同，導致了保護截然相反的動作行為。

圖3 洋灣變臨洋2356線故障錄波圖

圖4 安洲變臨安2Q48線RCS901A錄波圖

5 結論

州臨2352線因雷擊引起C相接地故障，臨海變側(cè)斷路器C相在故障切除后重燃，導致臨海變失靈保護動作，使得故障線路連接母線上的所有斷路器被切除。斷路器失靈保護動作后，由于保護配置的不同、斷路器滅弧時間的先后不同導致4條線路對側(cè)保護的動作行為完全不同而又都符合保護的設計原理，保護動作分析涉及失靈、遠跳、功率倒向、振蕩閉鎖等，非常具有代表性，對保護動作的全面分析，可提高對線路繼電保護配置的認識深度，有利于保護的檢修和安全運行。

[1]賀家李，李永麗，董新洲，等.電力系統(tǒng)繼電保護原因[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]朱松林.繼電保護培訓實用教程[M].北京：中國電力出版社，2011.