一起典型故障保護動作邏輯的分析及改進

張惠山，王亞強，齊肖彬，翟相鵬

(國網河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050070)

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一起典型故障保護動作邏輯的分析及改進

張惠山，王亞強，齊肖彬，翟相鵬

(國網河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050070)

介紹一起500 kV變電站500 kV聯絡線的典型線路故障，分析各類典型微機光纖縱聯差動保護針對該類型故障的保護動作特性，比較國內外保護各自的動作特點，指出其存在的不足，并提出相應的改進措施，提高了微機線路光纖縱聯電流差動保護的動作性能。

微機保護；差動保護；動作邏輯；接地故障

河北某500 kV變電站2013年曾經發生了一起典型的500 kV聯絡線路故障。該故障保護動作行為邏輯正確，但最終的故障處理完畢后其設備運行方式卻很奇特，且不是最理性的結果，現將故障經過做簡要的敘述，并對相應繼電保護的動作行為進行分析。

1 故障概況

該變電站500 kV線路主接線為3/2接線形式。初始狀態，線路發生U相接地故障，一側(以下稱“本側”)線路邊斷路器單相重合不成功斷路器三跳，中斷路器單相重合成功。對側邊斷路器單相重合于故障三相跳閘，而中斷路器未重合，斷路器三跳。最終，線路帶電空載運行。該線路配置了2套微機光纖縱聯電流差動保護作為主保護，分別是國外產P546保護與國產RCS-931AMS保護，斷路器配置了一套國產RCS-921保護裝置。

故障錄波情況如圖1所示。

圖1 本側故障錄波示意

本側各保護動作時序為：0 ms，故障起始，保護啟動；12 ms，RCS-931AMS保護TA；20 ms，P546保護TA；24 ms 、27 ms，邊、中斷路器保護RCS-921A發U相跟跳令；42 ms，邊、中斷路器U相跳閘，故障電流消失；968 ms，邊斷路器保護RCS-921 A重合閘動作(但此時斷路器未重合上)，斷路器保護RCS-921A重合閘啟動后立即放電，溝通三跳接點(GST)閉合[1]；1 085 ms，對側斷路器重合于故障，本側P546保護再次發TA令；1 125 ms，因P546保護的TA令，邊斷路器保護RCS921的溝通三跳接點(GST)閉合，故溝通三跳功能使邊斷路器BC相跳閘(溝通三跳邏輯見圖1)。中斷路器重合閘未放電，重合閘仍在計時中，未三跳；1 258 ms，中斷路器的斷路器保護RCS-921A重合閘動作，中斷路器重合成功。

2 故障線路各保護裝置的動作邏輯分析

本次故障保護動作過程的最終結果是本側中斷路器處于合位，對側斷路器均處于分位，線路處于空載帶電運行的非理想狀態。現對保護的動作行為進行簡要分析。

本次故障為U相接地永久性故障。故障后，經過現場檢查，發現本側邊斷路器U相合閘回路因SF6閉鎖繼電器常閉觸點接觸不良，造成合閘控制回路處于斷線狀態，這是造成邊斷路器U相斷路器未能重合成功的原因。此故障過程中，斷路器持續處于非全相運行狀態，三相不一致后備保護啟動，該保護整定時間通常固定為2.5 s。重合閘整定時間，邊斷路器1 s，中斷路器1.2 s。故障后，按照1 s的重合整定時間，邊斷路器RCS-921保護發合閘命令，之后，依照動作邏輯斷路器保護溝通三跳接點閉合[1]，整個斷路器保護溝通三跳回路示意如圖2所示。以上保護動作時序所述故障開始后1 085 ms，對側斷路器重合于故障，本側P546保護再次發TA令。由于有P546保護的U相跳閘命令后，溝通三跳回路在故障后1 125 ms將邊斷路器三相跳閘。

圖2 斷路器溝通三跳回路示意

由于本側邊斷路器U相實際斷路器未重合，故不存在重合于故障的問題，因此，中斷路器按照1.2 s的重合整定時間正常重合。

對側線路保護將斷路器U相跳開后，故障未消失，邊斷路器重合于永久故障，線路保護再次動作，并閉鎖中斷路器重合[2]，將邊、中斷路器三相跳閘。1 258 ms，本側中斷路器重合閘動作，此時線路故障已消失，中斷路器重合成功，線路帶電空載運行。整個動作過程，兩側保護均正確動作，但最終出現了線路帶電空載運行的非理想運行狀態。

3 電流差動保護動作邏輯分析及存在的不足

3.1 出現非理想運行狀態的原因

以上所述的線路接地故障情況，對于聯絡線路，繼電保護裝置的正常動作邏輯是重合于瞬時故障，重合成功后，線路正常運行，重合于永久故障后，斷路器再次跳閘，線路停運。而針對本側故障現象，繼電保護動作行為的最終結果是出現了線路空載帶電運行的特殊運行狀態。深入剖析，若故障出現線路長時持續性的永久性故障，那么中斷路器將不可避免的重合于永久性故障而再遭受一次短路沖擊，對斷路器、對系統穩定運行都很不利。分析出現本次非理想運行狀態的原因，有著偶然和必然兩方面因素。

偶然因素方面，因本側出現了斷路器合閘回路、控制回路斷線的缺陷,造成邊斷路器未重合成功，中斷路器重合閘不能可靠閉鎖。由于目前的回路設計原則，線路正常運行時，只能可靠的監視其跳閘回路的完整，而合閘回路卻不能得到有效的監視[2]。線路正常運行過程中合閘回路出現斷線的故障概率較小，但不是沒有，且根據運行經驗，該類缺陷存在一定的比例。

必然因素方面，就是保護動作行為的不合理性。這次故障中，還有一個值得注意的問題，在對側重合于永久故障時本側的國外保護P546保護發出跳閘命令而國產保護RCS-931保護未發出跳閘命令，這2種不同的保護其動作邏輯有明顯的不同，故其特點需要做比較分析。查閱相關保護廠家的技術資料，發現國產保護中有的保護跳閘出口中加入了線路有流的判據(如國產的RCS-931系列)，有的加入了需要保護啟動元件的判據(如國產CSC-103系列、PSL-603系列、WXH-803系列等)，各保護的溝通三跳、閉鎖重合的動作邏輯充分完整。而部分國外保護(如國外的P546系列，L90系列等)跳閘出口動作邏輯中均不存在電流元件及啟動元件的判定條件，僅有純粹的差動元件判定條件，且沒有溝通三跳、閉鎖重合等的邏輯部分，動作原理相對簡單，可靠性低。

3.2 各類典型線路電流差動保護存在的不足

針對本次故障出現了非正常理想運行狀態后，通過分析明確了國外進口保護與國產保護在針對永久性線路故障的動作邏輯行為是有差異的，列舉說明如下，故障后，在對側邊斷路器重合于永久故障后，本側國外P546保護按照動作邏輯繼續發跳閘命令，而國產RCS-931保護因電流判據不滿足要求而未發跳閘命令。對于該故障現象，當對側邊斷路器重合于永久故障后，本側保護應該繼續發跳閘命令，溝通三跳并閉鎖重合，因此本側國產RCS-931保護動作邏輯不合理是一點不足，需要改進。其他類型國產保護中加入啟動元件判據的保護，大體上就是引入了對于弱電源側“低壓(或電壓判據)+差流”[1]的形式。針對本次故障，這種判據是可以滿足要求的。但進一步深入分析，如若對于雙母線運行的線路，因電壓互感器接于母線上(3/2接線接于線路上)，當發生線路永久故障且本側斷路器合閘控制回路斷線，那么“低壓(或電壓判據)+差流”不滿足要求，斷路器只能依靠非全相保護動作三相跳閘，因此依靠“啟動元件”作為判據的動作邏輯也存在不完整性。

4 電流差動保護動作邏輯的改進

4.1 具體的改進方案

當前,國產光纖縱聯電流差動保護的動作邏輯出口增加了電流判據或保護啟動元件的判據,其主旨是增加可靠性，防止差動保護誤動。但是對于以上所述的類似典型故障，其動作邏輯就不正確，因此，從提高保護性能的角度出發，動作邏輯需要改進。改進的方法如下：在保護啟動后而整組未復歸前(微機保護整組復歸的概念參見文獻[3-4])，將電流或保護啟動元件等的判據取消，保護啟動后未整組復歸前，只要差動元件滿足條件即動作出口，溝通三跳并閉鎖重合。保護跳閘出口動作邏輯改進簡圖如圖3所示。

圖3 改進的光纖縱聯電流差動保護跳閘出口回路示意

4.2 改進方案的性能分析

對于以上提出的改進方案，在保護啟動后而整組未復歸前，保護動作邏輯轉為僅差動元件判據，其可靠性就會降低。但是，這種短時性的可靠性降低是允許的，因為在這種短暫時間內突然出現TA斷線等因素造成保護誤動的概率是極低的，其故障發生的概率遠小于斷路器合閘控制回路斷線的概率，因此，滿足發生斷路器合閘控制回路斷線保護動作邏輯的正確性而暫時降低保護動作邏輯的可靠性是可行的。

總之，即能滿足保護動作的可靠性，又要保證斷路器合閘控制回路發生斷線時保護動作的正確性，二者均兼顧是很難做到的。即使做到，其動作邏輯將會相當復雜，運行程序龐大，又影響了保護的動作速度，因此，以犧牲暫時的可靠性換來的是針對特殊故障動作邏輯的合理性，設備與系統運行的安全性是可行的。

5 結束語

針對一次典型的線路故障，對這起故障保護的動作行為進行了深入的分析，并對國產、國外保護的動作邏輯進行了分析比較，最終指出了當前微機高壓線路差動保護動作邏輯存在的局限性并提出了相應的改進措施。實際上，微機保護軟件程序的升級、動作邏輯的改進一方面伴隨的是原理的進步與更新，另一方面則是從實際運行角度出發而出現的保護性能升級，從這個角度出發，以上針對設備實際運行過程中一次典型線路故障保護動作行為出現的問題，提出動作邏輯改進的思想，希望對微機繼電保護性能的不斷完善有一定的促進作用。

[1] 國家電力調度通信中心. 國家電網公司繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2] 中國電力工程顧問集團西北電力設計院. 電力工程電氣設計手冊(電氣二次部分)[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3] 高 亮. 電力系統微機繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2007.

[4] 楊奇遜，黃少鋒. 微型機繼電保護基礎(第四版)[M].北京：中國電力出版社，2013.

本文責任編輯：齊勝濤

奉獻清潔能源 建設和諧社會

Analysis and Improvement of Relay Protection Action Logic of Some Typical Accident

Zhang Huishan,Wang Yaqiang, Qi Xiaobin,Zhai Xiangpeng

(State Grid Hebei Electric Power company Maintainance Branch,shijiazhuang 050070,China)

Aiming at a typical transmission line accident,this paper analyses the action properties of representative computer optical fiber line differential protection at home and abroad. Through comparing with the action features,this paper points out the shortings of line differential protection ,then gives the improving way,and hope to bring about active effects to computer optical fiber longitudinal differential line protection.

computer protection;differential protection;action logic;ground fault

2016-03-25

張惠山(1976-)，男，高級工程師，主要從事繼電保護設備調試工作。

TM773

B

1001-9898(2016)05-0055-03