220 kV線路雙套保護(hù)不正確動作原因分析與對策

延 勇

（國網(wǎng)山西省電力公司陽泉供電公司，山西 陽泉 045000）

0 引言

對于220 kV線路，為了有選擇性地快速切除故障，保證電網(wǎng)安全，按照繼電保護(hù)規(guī)程[1]規(guī)定，220 kV線路主保護(hù)采用雙重化配置，當(dāng)線路保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時，按此原則配置的兩套完整、獨立的保護(hù)裝置應(yīng)該正確、可靠動作，尤其是保護(hù)裝置主保護(hù)應(yīng)能正確動作。

對于220 kV及以上電壓的電網(wǎng)，由于電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線較多，小環(huán)網(wǎng)的運行方式也較多。上、下級線路的保護(hù)整定時間的配合存在難度，有些上、下級線路的保護(hù)動作時間是按主保護(hù)動作時間配合的，如果主保護(hù)拒動，將會造成越級跳閘，使停電范圍擴大，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，甚至造成大面積的停電事故。

1 故障前運行方式

220 kV紅電Ⅲ線（233-203） 故障前運行方式如圖1所示。

圖1 220 kV紅電Ⅲ線接線圖

正常運行方式下，紅衛(wèi)站220 kV紅電Ⅲ線233斷路器在合位，電廠側(cè)220 kV紅電Ⅲ線203斷路器在分位，線路是充電備用狀態(tài)。

2 雙套線路保護(hù)動作情況

2.1 故障簡述

2016年04月13日02時04分，220 kV紅衛(wèi)站220 kV紅電Ⅲ線233發(fā)生U相瞬時接地故障，故障點距離紅衛(wèi)站2.67 km。由于紅電Ⅲ線233是充電備用線路，故障前三相電流均為0，故障發(fā)生時，220 kV紅電Ⅲ線233 U相電流由0變化到94.969 A（有效值），換算為一次值，短路電流為22792.56 A。

2.2 保護(hù)裝置動作過程

紅衛(wèi)側(cè)，紅電Ⅲ線233南瑞繼保RCS-931AM光纖差動主保護(hù)未動作，國電南自PSL602G縱聯(lián)距離主保護(hù)未動作，都是接地距離I段后備保護(hù)動作、并且重合成功。由于電廠側(cè)斷路器處于分位，2套保護(hù)裝置未動作。

根據(jù)紅電Ⅲ線運行方式和兩套保護(hù)裝置的保護(hù)原理判斷，電廠側(cè)RCS-931AM保護(hù)裝置主保護(hù)動作，PSL602G保護(hù)裝置縱聯(lián)距離主保護(hù)未動作，動作行為正確；紅衛(wèi)站側(cè)兩套保護(hù)裝置都應(yīng)主保護(hù)動作，但實際情況主保護(hù)未動作，而是后備保護(hù)動作切除故障，紅衛(wèi)站兩套保護(hù)裝置動作行為不正確。紅衛(wèi)站220 kV紅電Ⅲ線233兩套保護(hù)裝置動作簡況如表1所示。

表1 RCS-931AM、PSL602G 2套保護(hù)裝置動作情況

3 保護(hù)動作分析

3.1 RCS-931AM保護(hù)裝置動作分析

目前，常用的線路保護(hù)的通道主要有光纖通道和64 k（2 M）復(fù)用光纖通道兩種。220 kV紅電Ⅲ線233 RCS-931AM保護(hù)裝置主保護(hù)為光纖差動保護(hù)，保護(hù)通道采用的是64 kb/s復(fù)用光纖通道。

64 kb/s復(fù)用通道連接方式如圖2所示。

圖2 64 kb/s復(fù)用通道連接方式圖

光差保護(hù)裝置輸出的光信號經(jīng)過尾纖，進(jìn)入保護(hù)專用的64 kb/s接口裝置，該裝置將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，接入脈沖編碼調(diào)制器設(shè)備PCM(pulse code modem)的同向數(shù)據(jù)接口，與PCM中其他數(shù)碼流一起經(jīng)同軸電纜，接入數(shù)字同步設(shè)備SDH(synchronous digital hierarchy)，通過光纖與對側(cè)實現(xiàn)收發(fā)。

紅電Ⅲ線233發(fā)生U相接地故障，RCS-931AM保護(hù)裝置光纖差動保護(hù)未動作。事故發(fā)生后，核對定值，不存在保護(hù)定值誤整定問題。對保護(hù)裝置進(jìn)行全項目校驗，保護(hù)裝置功能滿足要求。對各種類型故障，保護(hù)裝置都能正確動作。檢查通信系統(tǒng)主通道，未發(fā)現(xiàn)故障時刻通信系統(tǒng)有告警信息，排除了通信主系統(tǒng)通信中斷造成保護(hù)拒動的可能。對紅電Ⅲ線233兩側(cè)保護(hù)裝置的64 kb/s復(fù)用光纖通道二次回路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)紅衛(wèi)站通信接口裝置未正確接地，不滿足裝置抗干擾措施的要求，紅衛(wèi)站220 kV線路MUX64繼電保護(hù)信號數(shù)字復(fù)接接口裝置接地如圖3所示。

圖3 220 kV線路MUX64接口裝置接地簡圖

圖3中，220 kV陽紅Ⅱ線234、紅電Ⅲ線233、紅電I線237數(shù)字復(fù)接接口裝置接地依次串聯(lián)，在通信室環(huán)形接地母線上1點接地。檢查時發(fā)現(xiàn)紅電Ⅲ線233、紅電I線237接口裝置接地連接線斷開，導(dǎo)致陽紅Ⅱ線234、紅電Ⅲ線233接口裝置未接地。當(dāng)線路上發(fā)生短路故障時，尤其是變電站近端故障時，變電站地網(wǎng)有較大的故障電流，地網(wǎng)電位上升，而通信室內(nèi)保護(hù)通信接口裝置未接地，與接地的SDH設(shè)備間產(chǎn)生電位差，對同軸電纜內(nèi)4.4 V電壓的64 kb/s傳輸數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾[2]。復(fù)用通道受到干擾，保護(hù)裝置通道誤碼率增加，失步次數(shù)變化較大，導(dǎo)致保護(hù)裝置通道失步。RCS-931AM保護(hù)裝置報通道失步，每失步1次，即退出保護(hù)1次。因此，保護(hù)裝置差動保護(hù)退出，直到接地距離Ⅰ段保護(hù)動作切除故障，干擾消失。事故后，查看保護(hù)裝置告警信息，未發(fā)現(xiàn)有通道異常告警。

查看紅衛(wèi)站220 kV陽紅Ⅱ線234和紅電Ⅲ線233 RCS-931AM保護(hù)裝置自檢記錄，發(fā)現(xiàn)04月13日02時04分286 ms至07時18分798 ms的時間內(nèi)，220 kV陽紅Ⅱ線234發(fā)生差動保護(hù)退出、差動保護(hù)退出復(fù)歸事件2次；220 kV紅電Ⅲ線233發(fā)生差動保護(hù)退出、差動保護(hù)退出復(fù)歸事件4次。每次差動保護(hù)退出時間和復(fù)歸時間相隔3 ms。差動保護(hù)退出。

220 kV紅電Ⅲ線233發(fā)生接地故障時，造成RCS-931AM保護(hù)裝置光纖差動保護(hù)拒動的原因是紅電Ⅲ線233接口裝置接地線斷開，故障時復(fù)壓通道受到干擾，保護(hù)裝置通道誤碼率增加，通道失步，保護(hù)裝置差動保護(hù)頻繁退出，最終導(dǎo)致RCS-931AM保護(hù)裝置光纖差動保護(hù)拒動。

3.2 PSL602G保護(hù)裝置動作分析

PSL602G保護(hù)裝置縱聯(lián)距離保護(hù)動作邏輯是當(dāng)線路上有短路故障時，在功率方向為正的一端向?qū)Χ税l(fā)送允許信號，此時每端的收信機只能接收對端的信號。每端的保護(hù)方向元件必須動作，同時又收到對端的允許信號之后，保護(hù)裝置才能動作并跳閘。PSL602G縱聯(lián)距離保護(hù)允許式邏輯如圖4所示。

圖4 PSL602G縱聯(lián)距離保護(hù)允許式邏輯

PSL602G保護(hù)裝置縱聯(lián)距離保護(hù)發(fā)信邏輯包括：正向短路故障發(fā)信、保護(hù)動作跳閘發(fā)信、跳位發(fā)信及其他保護(hù)動作發(fā)信等。故障時，220 kV紅電Ⅲ線電廠側(cè)斷路器在分位，母線無壓，操作電源斷開。保護(hù)裝置TWJ繼電器沒有勵磁，TWJ為0，保護(hù)裝置判斷路器為合位，不滿足跳位發(fā)信的要求。對于電廠側(cè)PSL602G保護(hù)裝置，由于故障時無短路電流，且保護(hù)裝置內(nèi)無電壓，不滿足正向故障短路發(fā)現(xiàn)的要求。同時，保護(hù)動作跳閘發(fā)信及其他保護(hù)動作發(fā)信的條件也不滿足，因此不會向紅衛(wèi)側(cè)發(fā)出允許信號，事后，調(diào)取PSL602G保護(hù)裝置故障錄波圖，查看220 kV紅電Ⅲ線233開關(guān)量變位，可以看到PSL602G跳A開關(guān)量有分到合，有變位，而PSL602G收信開關(guān)量沒有變位。由此可以判定，紅電Ⅲ線233短路故障發(fā)生后，直到接地距離Ⅰ段保護(hù)裝置切除故障，電廠側(cè)PSL602G保護(hù)裝置始終未向?qū)?cè)保護(hù)裝置發(fā)信。

220 kV紅電Ⅲ線233發(fā)生接地故障時，造成PSL602G保護(hù)裝置縱聯(lián)距離保護(hù)拒動的原因是電廠側(cè)220 kV紅電Ⅲ線操作電源被運行人員斷開，PSL602G保護(hù)裝置發(fā)信邏輯全部不滿足。雖然，紅衛(wèi)側(cè)PSL602G保護(hù)裝置正方向元件動作，但未收到對端的允許信號，縱聯(lián)距離保護(hù)拒動。

4 采取的措施

在分析RCS-931和PSL602G保護(hù)裝置主保護(hù)拒動原因的基礎(chǔ)上，為防止發(fā)生同類型保護(hù)不正確動作事件，提出以下幾點具體措施。

a） 對通信接口裝置屏中所有存在的MUX64復(fù)接接口裝置接地不規(guī)范問題進(jìn)行了整改。將MUX64光電接口裝置依次串聯(lián)接地，整改為每個數(shù)字復(fù)接接口裝置分別用4 mm2接地線可靠接至屏柜接地銅排上。

b）對于充電備用線路，斷路器處于分位一側(cè)的變電站，當(dāng)PSL602G保護(hù)裝置采用允許式邏輯時，該線路控制電源不能斷開。充電備用線路上發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，如果控制電源斷開，雖然對本側(cè)PSL602G保護(hù)裝置的動作行為沒有影響，但會影響對側(cè)PSL602G保護(hù)裝置的動作行為。因此，充電備用線路處于分位一側(cè)的線路控制電源不能斷開。

c）明確通道接口設(shè)備的維護(hù)界限。根據(jù)繼電保護(hù)和通信專業(yè)的特點和裝置的安裝位置，通信接口裝置一般安裝在通信屏中，通信接口裝置、裝置電源、信號、接地線等應(yīng)由通信專業(yè)維護(hù)。通信接口裝置與保護(hù)裝置之間的光纜就是繼電保護(hù)專業(yè)和通信專業(yè)的維護(hù)界限。

d）加強通信專業(yè)人員業(yè)務(wù)水平的培養(yǎng)。針對保護(hù)通道接口設(shè)備、PCM設(shè)備、SDH設(shè)備、復(fù)用通道工作原理和連接方式，開展專業(yè)培訓(xùn)，提高通信人員的專業(yè)水平。使其在通信設(shè)備的安裝、調(diào)試、及運行維護(hù)過程中，能正確執(zhí)行抗干擾措施，避免抗干擾缺陷的存在，保證通信設(shè)備的正常、可靠運行。

5 結(jié)束語

經(jīng)過40多年的發(fā)展，無論從保護(hù)原理、算法，還是運行維護(hù)方面，微機保護(hù)的研究和應(yīng)用都已經(jīng)十分成熟，動作正確率接近100%。當(dāng)保護(hù)裝置發(fā)生不正確動作時，繼電保護(hù)專業(yè)人員查找原因時，應(yīng)根據(jù)繼電保護(hù)反措要求，將工作主要放在保護(hù)裝置二次回路和外圍設(shè)備上。本文中，RCS-931AM和PSL602G 2套保護(hù)裝置主保護(hù)不正確動作原因，和保護(hù)裝置自身的原理和算法無關(guān)，都是違反反措要求造成的。通過本文對保護(hù)不正確動作原因的分析，希望遇到同類情況時，能對繼電保護(hù)工作者進(jìn)行故障分析提供參考。