220kV線路保護跳閘事故的原因分析及解決對策

摘要：針對一起220 kV線路保護跳閘事故，在變電站現場檢查與故障波形、數據分析的基礎上，指出“單相故障情況下，相間元件動作”為本次線路出現故障的主要原因，據此提出了“讓相間元件不動作”和“修改閉鎖邏輯”兩種故障解決方式。結果表明，這兩種方式在220 kV線路保護跳閘事故處理中的作用突出，對于保障高壓電網的安全穩定運行具有重要意義。

關鍵詞：220 kV;線路保護;跳閘事故;相間原件;閉鎖邏輯

0 引言

220 kV高壓線路在電能輸送過程中發揮著關鍵作用，有效滿足了人們的電能使用需求，為現代社會生產和居民生活創造了有利條件。線路保護跳閘事故嚴重威脅著220 kV高壓線路的輸電效率與輸電安全，因此，有必要對220 kV線路保護跳閘事故的原因進行分析，并提出相應的解決對策。在以往的線路保護跳閘事故研究中，對三跳不重合、特殊情況下繼電保護拒動和誤動、保護裝置軟件升級等問題的考慮較少，使得線路保護跳閘故障無法在短期內解決，且在后期仍有可能再次出現同樣的故障。為此，本文針對一起220 kV線路保護跳閘事故，從跳閘事故繼電保護動作及修改閉鎖裝置軟件邏輯兩個層面，處理了該線路保護跳閘事故，取得了良好的成效。

1 項目概況

1.1? ? 220 kV線路保護裝置及運行方式

某220 kV線路設計為單側電源線路，該線路兩側配置了單套RCS-902A+LFX-912高頻保護裝置。該線路作為一條弱饋線路，在整定設計中，要求兩側主保護高頻退出，同時電源側距離和零序保護Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ投入，此外重合閘QK把手切在“三重方式”上，使得距離Ⅱ段閉重投入。在負荷側全部保護退出后，重合閘停用。線路保護定值設計為：接地距離Ⅱ段、相間距離Ⅱ段分別為0.6 s和0.3 s，該設置下“投三相跳閘方式”置1。

1.2? ? 220 kV線路保護裝置跳閘事故

2019-06-05T21：47，該220 kV線路因吊車誤碰線而發生了負荷側A相接地故障，受該故障影響，電源側RCS-902A保護裝置相間距離Ⅱ段動作跳閘。我們調查該事故發現，在321 ms時，距離Ⅱ段動作跳閘不重合，出現了較為明顯的“三跳不重合”問題。受該故障影響，負荷側的保護裝置未動作，使得負荷側短時損失負荷達到90.5 MVA;同時，受運作方式制約影響，RCS-902A高頻保護未投入使用并動作，造成了電能負荷的嚴重損害，極大地降低了高壓線路應用的安全性，給人們的正常用電帶來一定的安全隱患[1]。本次事故下的保護裝置波形如圖1所示。

2 220 kV線路保護跳閘事故的原因分析

2.1? ? 提出假設

本高壓線路設定接地距離Ⅱ段、相間距離Ⅱ段的保護定值分別為0.6 s和0.3 s。從電路動作形態來看，其屬于相間距離Ⅱ段動作，同時其定值中“投三相跳閘方式”置1。該模式下，一旦接地距離Ⅱ段保護動作，則整個線路保護系統將出現三跳問題。此時，可考慮巡線故障為單相故障。在220 kV線路保護跳閘事故的原因分析及處理過程中，需考慮巡線單相故障下，為何相間距離保護會動作。

2.2? ? 問題分析

本項目中，需根據相間距離Ⅱ段整定值進行電壓、電流二次數據計算，當線路保護裝置發生故障時，可將出現故障30 ms后的電壓二次數據表示為：

通過上述計算可知，當相間距離Ⅱ段的線路保護裝置發生故障時，短路阻抗遠遠小于動作阻抗。此時短路阻抗落在相間距離Ⅱ段阻抗圓內，相間距離Ⅱ段阻抗繼電器會繼續動作，根據該條件，可計算A相接地繼電器的測量阻抗，具體結果為：

A相接地繼電器的測量阻抗計算中，K為系數，其參數值為0.6。由此計算結果可知，在40.3°條件下，動作阻抗不小于測量阻抗。由此可知，測量阻抗落在接地距離Ⅱ段阻抗定值2.95∠80°圓內，接地距離Ⅱ段阻抗繼電器動作[2]。

線路保護中，在距離保護Ⅱ段動作設置閉鎖重合閘，該閉鎖重合閘保護程序設計中，針對Za、Zab的設計，廠家設計當其中一個阻抗繼電器動作時，經相應的控制邏輯即可出口。本次故障中，由于相間距離Ⅱ段和接地距離Ⅱ段的動作時間具有差異性，這使得其跳閘時間不同，其中相間距離Ⅱ段跳閘時間較早，而接地距離Ⅱ段動作跳閘較晚，兩者相差321 ms。此外，本線路將“相間距離Ⅱ段閉重”的定值設計為1，受其影響，相間距離Ⅱ段動作后閉鎖重合閘，造成重合閘不動作。

3 單相故障的處理建議

3.1? ? 接地距離II段、相間距離II段時間設置差異

本220 kV線路使用中，將接地距離Ⅱ段時間設置為0.6 s，相間距離Ⅱ段時間設置為0.3 s。這是因為相間故障對系統具有較大沖擊，在線路設計中要求快速切除故障，而單相接地狀況下的沖擊較小，可適當延長時間設置，這樣能有效保證線路運行的穩定性。針對本次保護線路跳閘中出現的“三跳不重合”問題，建議將相間距離Ⅱ段時間和接地距離Ⅱ段時間整定一致。

3.2? ? 單相接地故障下的相間距離動作處理

傳統線路保護中，人們認為一旦線路發生單相接地故障，則相間距離保護不會動作。然而從線路控制時間來看，通過對故障電壓、故障電流的計算，一旦測量阻抗落于阻抗圓內，產生接地故障時，存在一定過渡電阻，則相間距離保護會動作[3]。

3.3? ? 單相故障下的三跳不重合閘

單相故障下，相間距離Ⅱ段動作后，三跳不重合閘問題與線路系統RCS-902A保護裝置的邏輯設定具有一定關系。該邏輯設定為：一旦判斷相間距離Ⅱ段動作出口閉重定值為1，則保護裝置會發生閉鎖合閘，其未能考慮到選相元件選擇的是單相故障還是多相故障。建議在后期處理中，根據單相故障或多相故障進行差異化處理。

4 220 kV線路保護跳閘事故的解決對策

針對本項目220 kV線路保護跳閘事故，提出單相接地故障時讓相間元件不動作和修改閉鎖邏輯兩種處理方式。

4.1? ? 讓相間元件不動作

220 kV線路發生單相接地故障時，讓相間元件不動作，能有效解決220 kV線路保護跳閘及其引發的一系列問題。在實際處理中，先進行選相元件計算，該過程中一旦確定選相單元的故障類型，則僅對故障相相關的繼電器元件進行計算，這樣能有效減少CPU運算量，提高動作速度。需要注意的是，采用該方式應注重接地故障和相間短路的有效區分，兩者的區分方法為判斷線路是否有零序電流。這樣能避免單相故障情況下，相間元件動作，確保供電穩定性。

4.2? ? 修改閉鎖邏輯

針對單相故障情況下，相間元件動作的問題，可采用修改閉鎖邏輯的方式進行處理。就原RCS-902A閉鎖保護裝置而言，其相間Ⅱ段的閉鎖邏輯表達如圖2所示。

修改閉鎖邏輯時，重新設置保護選相元件的作業條件，新設置中增加“選多相”條件，該條件下，只有當相間距離元件動作、定值中“相間距離Ⅱ段閉重”置1，且保護選相元件符合“選多相”條件時，系統才會閉鎖。在發生單相接地故障時，通過選擇單相控制、聯絡線能實現選相跳閘與重合;否則，即便單相故障下相間元件動作，也不會發生三跳不重合閘故障。修改后的RCS-902A相間Ⅱ段閉鎖邏輯圖如圖3所示。

5 結語

引起220 kV線路保護跳閘事故的原因較為復雜，線路保護跳閘容易造成電能損耗，破壞線路系統穩定性，并影響用電安全。結合本文的220 kV線路保護裝置跳閘事故的處理過程可知：

（1）針對單相故障下相間元件動作后，三跳不重合閘的問題，采用“讓相間元件不動作”和“修改閉鎖邏輯”的方式能有效解決該問題。

（2）在線路保護裝置生產中，應注重對內部邏輯隱形缺陷的處理，通過保護裝置內部邏輯測試，防止特殊情況下出現繼電保護拒動和誤動的問題。

（3）在高壓線路運行管理中，相關人員應嚴格遵守國家對保護裝置的管理要求，并對相應的裝置進行軟件升級，對相應裝置版本號和校驗碼進行綜合管理，這樣能有效提升高壓電網運行的高效性、穩定性和安全性。

[參考文獻]

[1] 高大全，李波，唐大洪.220 kV線路-發變組單元接線中遠方跳閘保護的分析與改進[J].冶金動力，2020（5）：3-5.

[2] 李文文，牛元泰，閆明陽，等.220 kV線路光纖縱聯保護誤動分析與防范措施[J].電工電氣，2019（7）：69-70.

[3] 謝卓明.一起220 kV線路開關單相跳閘重合不成功的故障分析及預控措施[J].機電信息，2018（36）：24-25.

收稿日期：2020-06-29

作者簡介：陳亮（1981—），男，江蘇興化人，碩士，工程師，研究方向：電氣工程。