一起電力環網系統中保護配合不當引起保護誤動案例分析

曾偉華，史 非，蘇建明

(國網銅陵供電公司，安徽 銅陵 244000)

220 kV以上電網基本采用環網方式[1]，采用縱聯方向及縱聯距離為主保護的繼電保護裝置在超高壓輸電線路保護中有著長期的運行經驗[2-3]；在環網運行條件下，采用不同算法的縱聯保護方向元件對于故障點的零序分量或負序分量感知不同，可能會造成區外故障方向元件仍然動作，造成縱聯保護誤動作。

同時由于跳閘及重合閘的需要，選相元件作為超高壓輸電線路保護的重要組成元件，直接影響了切除故障相別的正確性，理想的選相元件不受負荷電流的影響，具有耐受過渡電阻的能力，常規的選相元件有穩態量選相元件[4-8]、突變量選相元件[9-11]以及近年來發展的自適應選相元件[12]，現行運行的繼電保護裝置大多數采用穩態量選相元件，穩態量選相元件包括電流選相元件、電壓選相元件、阻抗選相元件以及序分量選相元件，電流選相元件在線路經高阻接地時靈敏度不足，電壓選相元件在強電源側靈敏度不足，阻抗選相元件受系統運行方式影響較小，但受較大的過渡電阻影響，序分量選相元件在弱電源側表現不足。

而作為保護一次設備的繼電保護裝置要求在任何條件下需要正確判斷區內外故障，可靠切除正確的故障相別，縱聯保護需要線路兩側繼電保護裝置在原理上可靠配合，本文以一起繼電保護區外故障誤動作，兩側線路繼電保護裝置不對應跳閘案例，詳細介紹了誤動作的原因，并提出了解決方案，為今后相關線路縱聯保護的維護提供參考。

1 故障情況分析

1.1 故障前運行方式

220 kV某電廠一方面通過A、B、C、D變電站與500 kV E變電站相連，另一方面通過F變電站與500 kV E變電站相連，其中C變電站為220 kV智能變電站。如圖1所示。

圖1 某電網的環網示意圖

1.2 故障簡述

某日，220 kV某電廠至F變電站的甲線線路發生C相接地故障，同時220 kV C變電站至D變電站乙線路保護動作，220 kV乙線線路保護具體型號版本配置如表1所示，220 kV C變電站乙線保護第一套PCS-901G縱聯零序方向保護選跳C相，隨后重合閘動作；220 kV D變電站第一套RCS-901GV縱聯零序方向保護選跳A相，隨后重合閘動作。兩個變電站的乙線線路第二套保護僅重合閘動作，線路重合成功。

表1 220 kV乙線保護配置情況

1.3 保護動作行為分析

對于此次區外故障時線路保護動作情況進行說明。對比各側主一、主二保護的錄波數據基本一致，基本排除由于采樣原因導致兩套保護動作行為差異。以兩側901的錄波數據進行分析，根據相關錄波數據，離線計算兩側功率方向，其中P0為零序功率，P2為負序功率，功率大于零為反方向，功率小于零為正方向。區外故障時：

C變電站側P0<0，零序功率為正方向；P2>0，負序功率為反方向；如圖2所示。

D變電站側P0>0，零序功率為反方向；P2<0，負序功率為正方向。如圖3所示。

圖2 C變電站側零負序功率計算結果示意圖

圖3 D變電站側零負序功率計算結果示意圖

PCS-901G-ETB和PCS-902G-ETB縱聯零序方向僅采用零序功率方向判據；RCS-901GV為了適應于弱電強磁的運行線路，縱聯零序方向采用零序功率和負序功率方向綜合判據。RCS-902GV相比RCS-901GV，縱聯零序方向對于零負序功率方向綜合判據進行了進一步優化處理。

本次區外故障時，D變電站側RCS-901GV根據綜合判據僅采用了負序功率方向判別結果，判為正方向；C變電站側PCS-901G-ETB僅采用零序功率方向判別結果，亦判為正方向。由于縱聯保護兩側均判為正方向，故縱聯零序方向保護動作。

由于故障點距離本線較遠，兩側縱聯距離元件均未進入動作區，此時C變電站和D變電站側901裝置采用輔助選相元件進行選相，即采用零負序相對相位關系進行選相。此次故障中，RCS-901GV與PCS-901G-ETB采用的選相元件有差異，RCS-901GV采用零負序電流選區選相，進入A區選為A相故障；PCS-901G-ETB采用零負序電壓選區選相，進入C區選為C相故障。

對于第2套主保護而言，D變電站側RCS-902GV綜合零負序功率方向判別結果為反方向；C變電站側PCS-901G-ETB僅采用零序功率方向判別結果，判為正方向。兩側功率方向一正一反，因此縱聯零序方向保護未動作。

2 保護反措落實情況

2.1 RCS/PCS-901系列裝置邏輯及配合關系梳理

為了適應系統運行變化以及對于弱電強磁運行場景的應用需求，RCS/PCS-901系列裝置針對縱聯零序方向元件進行了優化完善處理。在各個不同時間階段，RCS/PCS-901系列裝置的縱聯零序方向存在如下3種不同的處理方式：

a.縱聯零序方向元件僅采用零序功率方向進行正反方向判別；

b.縱聯零序方向元件采用零負序功率方向進行綜合判別；

c.縱聯零序方向元件采用優化后的零負序功率方向綜合判別方法(此方法能夠適應環網運行情況)。

2.2 RCS/PCS-901系列裝置邏輯及配合解決

針對RCS/PCS-901及902系列縱聯零序保護不同版本之前配合存在判據不一致情況，在遇特殊運行方式可能存在拒動、誤動的情況下，結合停電對C、D兩站兩側的保護進行升級改造，由于C站是智能變電站，為了工作的簡便，以及不增加新的保護版本，將D站側的RCS-901GV直接更換為PCS-901G裝置，解決了C、D兩站的聯絡乙線在特殊的運行方式下誤動的可能性。

針對系統中各類運行場景(主要為常規系統、弱電強磁系統、環網系統)下不同配合關系的適用性如表2所示。

表2 不同運行場景下配合情況

3 結論

在常規非環網系統中，由于零序和負序源均位于故障點并向兩側呈輻射傳播，非故障線路上兩側功率方向必然一側為正方向，一側為反方向，并且同一側的零序和負序功率方向結果相同。

在環網系統中，由于零序和負序網絡不對稱，在特定地點發生區外接地故障時，兩側功率方向仍然一側為正方向，一側為反方向，但可能出現同一側的零序和負序功率方向結果相反，即本次乙線的故障特征。

當環網系統中，出現本線路上PCS-901G-ETB(1.00)和RCS-901GV(R5.00)這兩個版本之間相互配合時，由于存在一側采用零序功率方向結果，一側采用負序功率方向結果的可能性，會造成兩側功率均判為正方向，縱聯零序方向存在誤動風險。

需要說明的是，RCS/PCS-901系列保護變化量反方向元件優先，當變化量方向元件靈敏度足夠的情況下，區外故障變化量方向元件應該一側為正方向，一側為反方向，因此變化量反方向側可以判出反方向，從而避免不正確動作。本次故障中變化量方向未能達到判別靈敏度要求。

綜上所述，本次故障中，PCS-901G-ETB(1.00)和RCS-901GV(R5.00)這兩個版本配合應用時，在特定地點區外故障零負序功率方向結果的選取導致兩側均判為正方向從而動作。另外，對于區內故障和常規區外故障，乙線路上的零負序電流不會出現方向相反的特征時，901的縱聯零序方向保護動作行為不會出現異常，同時兩側輔助選相元件亦能正確選相。