基于MATLAB的線路繼電保護(hù)裝置誤動分析

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局，廣東 梅州 514021)

1 引言

繼電保護(hù)是保證電網(wǎng)安全可靠運行的主要措施之一，任何電力系統(tǒng)元件都不能在無繼電保護(hù)的狀態(tài)下運行。繼電保護(hù)裝置應(yīng)具有可靠性、速動性、選擇性、靈敏性，隨著微機(jī)保護(hù)裝置的不斷發(fā)展，可靠性日益強(qiáng)化。但在實際電網(wǎng)運行中，還是經(jīng)常因為二次回路設(shè)計錯誤、定值整定錯誤[1]、保護(hù)裝置維護(hù)不當(dāng)[2]等原因造成誤動，給電網(wǎng)帶來了巨大的安全隱患。文章介紹了梅州供電局110kV電網(wǎng)運行中發(fā)生的一起非常規(guī)原因?qū)е碌睦^保裝置誤動事件，通過現(xiàn)場排查二次回路、保護(hù)裝置檢查調(diào)試、動作報文分析和matlab軟件仿真計算，最后確定是現(xiàn)場線路保護(hù)裝置程序采用的軟件算法原理缺陷，導(dǎo)致在區(qū)外穿越故障時因電流電壓諧波含量過大而發(fā)生誤動，并采取了相應(yīng)措施進(jìn)行了改進(jìn)。

2 事故前運行方式

梅州供電局110kV江安甲線1155分別連接220kV琴江站110kV母線和110kV安流站，兩側(cè)均采用的是深南瑞PRS-753D光纖差動微機(jī)保護(hù)裝置，裝置版本為V3.00，適用于110kV及以上輸電線路，誤動事故發(fā)生在江安甲線安流側(cè)保護(hù)裝置。220kV琴江站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該站僅有一臺主變，事故前110kV母聯(lián)合位，兩段母線并列運行。110kV江水甲乙線同桿雙回架設(shè)，均掛Ⅰ母，采用北京四方CSC-163A光纖差動保護(hù)裝置；110kV江安甲乙線均采用深南瑞PRS-753D、事故前110kV江安乙線檢修停運，110kV江安甲線掛Ⅰ母；110kV江桂線和#1主變變中運行在Ⅱ母。

3 事件過程

2016年06月18日13時49分30秒942毫秒，110kV江安甲線1155安流側(cè)保護(hù)裝置距離Ⅰ段動作，琴江站側(cè)僅有保護(hù)裝置啟動，無保護(hù)動作開出，故障錄波裝置未錄到故障事件。13時49分32秒014毫秒，重合閘動作，重合成功。根據(jù)繼保整定運行規(guī)程[3]，距離Ⅰ段的保護(hù)范圍一般為線路全長的80%，安流側(cè)距離Ⅰ段動作，說明屬于線路區(qū)內(nèi)故障，兩側(cè)的光纖差動保護(hù)應(yīng)該啟動并動作，但是實際兩側(cè)保護(hù)裝置的差動保護(hù)都未動作，屬于繼電保護(hù)動作異常事件。

圖1 220kV琴江站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

4 調(diào)查分析

事故發(fā)生后繼保人員根據(jù)可能原因先后進(jìn)行了以下現(xiàn)場排查：

(1)檢查安流側(cè)保護(hù)裝置的整定定值，確認(rèn)定值計算和整定是否正確；

(2)檢查兩側(cè)線路保護(hù)裝置的運行情況，確認(rèn)裝置是否運行正常，事故發(fā)生時間段有無自檢告警報文；

(3)檢查兩側(cè)保護(hù)裝置的電壓電流回路和跳合閘回路，確認(rèn)二次回路是否連接正確完好，且無寄生回路；

(4)檢查兩側(cè)保護(hù)裝置差動軟硬壓板的投退、控制字的整定是否符合運行要求；

(5)檢查兩側(cè)保護(hù)裝置光纖通道衰耗情況；

(6)用繼保調(diào)試儀給兩側(cè)保護(hù)裝置加電流電壓采樣量，確認(rèn)采樣正確后，模擬區(qū)內(nèi)故障進(jìn)行聯(lián)調(diào)檢驗兩側(cè)裝置動作是否正確。

檢查發(fā)現(xiàn)兩側(cè)保護(hù)裝置運行正常、定值計算整定正確、光纖通道完好、二次回路無異常且模擬區(qū)內(nèi)故障時差動保護(hù)能夠正確動作。隨后在檢查琴江站110kV故障錄波裝置錄波文件時，發(fā)現(xiàn)幾乎在同一時刻，同樣掛在Ⅰ母的江水甲線C相和江水乙線B相發(fā)生了跨線故障，推斷安流側(cè)江安甲線保護(hù)裝置可能因為程序缺陷導(dǎo)致在江水甲乙線區(qū)外故障時發(fā)生了誤動。

根據(jù)深南瑞PRS-753系列說明書中介紹，該系列繼保裝置保護(hù)兩相故障的相間距離繼電器采用健全相電壓極化的帶記憶特性的姆歐繼電器當(dāng)選相結(jié)果為BC相間距離Ⅰ段(接地或不接地)故障時，該類姆歐繼電器的動作判據(jù)如(1)式：

(1)

其中,UA為A相電壓相量；UBC為BC相間電壓相量；IBC為BC相間電流相量；Zp1zd為相間距離Ⅰ段定值，當(dāng)上述比相公式結(jié)果在90°～270°之間，保護(hù)相間距離一段動作。

按照繼電保護(hù)規(guī)程[4]，110kV線路速動保護(hù)整組動作時間應(yīng)小于30ms。為了滿足這個要求，保證速動保護(hù)快速動作出口切除故障，V3.00版本程序在故障前期，保護(hù)裝置啟動后先調(diào)用半周傅里葉算法判斷故障區(qū)域范圍，速斷保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的故障半周傅氏算法可以比較精確快速的動作，速斷保護(hù)區(qū)范圍外的故障才進(jìn)行全周傅里葉計算，這也是保護(hù)廠家平衡傅里葉算法速度和精度矛盾的常用改進(jìn)方案[5]。全周傅里葉算法雖然需要的數(shù)據(jù)窗較長(一個基頻周波，20ms)，但是計算精度高，可以保留基波并完全濾除恒定直流分量和所有整數(shù)次諧波；而半波傅里葉算法縮短了數(shù)據(jù)窗的需求，提高了運算速度，不過如果電流電壓采樣信號中含有較大直流分量或諧波分量時會產(chǎn)生較大的計算誤差[6]，導(dǎo)致誤動。

根據(jù)算法原理，調(diào)取安流側(cè)保護(hù)裝置動作文件用matlab軟件進(jìn)行計算分析，采樣數(shù)據(jù)源來自保護(hù)裝置動作文件。圖2所示江安甲線差流計算結(jié)果，當(dāng)江水甲乙線發(fā)生跨線故障時，因是區(qū)外故障，江安甲線安流側(cè)保護(hù)裝置按采樣結(jié)果和對側(cè)采樣數(shù)據(jù)計算的差流幾乎為0，故差動保護(hù)未動作。

圖2 安流側(cè)江安甲線差流計算結(jié)果

因現(xiàn)場保護(hù)裝置在啟動20ms后距離Ⅰ段保護(hù)動作，故用matlab軟件編寫半周傅氏算法程序分析保護(hù)裝置距離保護(hù)動作行為。由圖3分析結(jié)果可見，江水甲乙線區(qū)外故障時距離比相為160.391°，滿足上述相間距離Ⅰ段故障判據(jù)，距離Ⅰ段保護(hù)動作，裝置誤動作出口。進(jìn)一步對動作報文進(jìn)行諧波分析，發(fā)現(xiàn)本次區(qū)外故障時因為諧波分量較大，影響了半周傅式算法計算結(jié)果，使誤差較大從而導(dǎo)致了保護(hù)裝置誤動。

圖3 安流側(cè)江安甲線距離比相結(jié)果

圖4 諧波分析

5 措施與建議

事故分析后，繼保人員聯(lián)系深南瑞廠家研發(fā)人員將分析結(jié)果進(jìn)行了反饋，得到了對方的確認(rèn)，并對算法進(jìn)行了改進(jìn)，將V3.00版本程序升級至V3.02版本，通過現(xiàn)場聯(lián)調(diào)和實驗室實時動態(tài)仿真技術(shù)驗證V3.02版本程序的可靠性。本文通過敘述一起非常規(guī)原因?qū)е碌?10kV線路繼電保護(hù)裝置誤動事件，向供電部門繼保人員介紹了在排查保護(hù)裝置誤動事件時容易忽視的一種可能性和分析方法。由于在變電站用繼保調(diào)試儀進(jìn)行調(diào)試時，只能進(jìn)行簡單的故障模擬，并不能完全反應(yīng)系統(tǒng)故障時的真實情況，不利于繼保人員查找裝置誤動原因。因此繼保人員可以在掌握廠家保護(hù)原理的基礎(chǔ)上應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，調(diào)取錄波文件進(jìn)行分析計算查找原因，最后實時動態(tài)仿真技術(shù)進(jìn)行驗證。