一起雷擊故障引起保護(hù)動(dòng)作行為的分析

錢建國(guó)，裘愉濤，周 芳

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司，杭州 310007）

臨海變電站（簡(jiǎn)稱臨海變，以下類同）一條220kV線路因雷擊引起單相接地故障，最后斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作切除故障線路連接母線上的所有元件。當(dāng)時(shí)母線上包括故障線路共連接了4條220kV線路，故障后4條線路對(duì)側(cè)的線路保護(hù)動(dòng)作行為各不相同，以下深入地分析探討保護(hù)的動(dòng)作行為。

1 保護(hù)動(dòng)作情況

1.1 故障前運(yùn)行方式及保護(hù)配置

臨海變220kV系統(tǒng)接線方式及相關(guān)保護(hù)配置見圖1。

臨海變220kV副母線上共連接4條線路，其中3條線路均配置了2套普通的閉鎖式高頻保護(hù)，另一條線路配置了2套光纖差動(dòng)保護(hù)。220kV母線配置1套母差保護(hù)；斷路器失靈保護(hù)與母差保護(hù)共用1個(gè)出口，整定為經(jīng)200 ms延時(shí)跳母聯(lián)斷路器，再經(jīng)200 ms延時(shí)切除故障斷路器所連母線上的所有元件。

圖1 系統(tǒng)接線

州臨2352線因雷擊造成C相接地，故障時(shí)州臨2352線及相鄰元件的保護(hù)動(dòng)作行為如下。

1.2 臨海變側(cè)

臨海變側(cè)州臨2352線線路保護(hù)動(dòng)作行為：CSC101A保護(hù)13 ms零序Ⅰ段動(dòng)作，19 ms距離Ⅰ段動(dòng)作，32 ms縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作跳C相，356 ms縱聯(lián)加速動(dòng)作，431 ms零序加速動(dòng)作跳三相；RCS901A保護(hù)5 ms工頻變化量阻抗動(dòng)作，20 ms距離Ⅰ段動(dòng)作，32 ms縱聯(lián)變化量方向、零序方向動(dòng)作跳C相，346 ms距離加速，385 ms零序加速動(dòng)作跳三相。

在第1次故障發(fā)生約582 ms后失靈保護(hù)動(dòng)作跳220kV母聯(lián)斷路器，失靈保護(hù)再經(jīng)約218 ms后跳開臨海變220kV副母線上所有連接元件。副母線上其他連接元件自身的保護(hù)均沒有動(dòng)作。

1.3 發(fā)電廠側(cè)

州臨2352線發(fā)電廠側(cè)保護(hù)動(dòng)作行為：CSC101A保護(hù)31 ms縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作跳C相，RCS901A保護(hù)32 ms縱聯(lián)變化量方向、零序方向動(dòng)作跳C相；經(jīng)1 s延時(shí)后重合閘動(dòng)作，2套保護(hù)均加速三相跳閘。

1.4 澤國(guó)變側(cè)和安洲變側(cè)

臨澤4341線澤國(guó)側(cè)保護(hù)的動(dòng)作行為：CSC103A保護(hù)767 ms遠(yuǎn)方跳閘出口跳三相，RCS931A保護(hù)766 ms遠(yuǎn)方跳閘出口跳三相，重合閘沒有動(dòng)作。

臨洋2356線洋灣側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作行為：CSL101A保護(hù)793 ms高頻零序動(dòng)作跳C相，RCS901A保護(hù)795 ms縱聯(lián)零序方向動(dòng)作跳C相，1837 ms后重合閘動(dòng)作。

220kV安洲變只有保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)，而沒有任何保護(hù)動(dòng)作出口。

那么，究竟是什么原因造成了故障母線所連接4條線路對(duì)側(cè)保護(hù)完全不同的動(dòng)作行為？為什么洋灣側(cè)臨洋2356線僅有高頻零序保護(hù)動(dòng)作，而其他縱聯(lián)保護(hù)（如縱聯(lián)距離、變化量方向等）均未動(dòng)作？這4條線路保護(hù)中是否存在著不正確動(dòng)作的情況？如果存在不正確動(dòng)作情況，又該采取什么措施加以防范？

2 保護(hù)動(dòng)作行為分析

2.1 臨海變側(cè)

故障時(shí)臨海變州臨2352線的錄波圖見圖2。

從錄波圖中可以看到，整個(gè)過程共發(fā)生了2次C相故障，第1次故障發(fā)生后州臨2352線線路保護(hù)快速動(dòng)作后跳開C相斷路器將故障切除。在第1次故障切除后約250 ms后，州臨2352線C相又出現(xiàn)了故障電流，此時(shí)重合閘尚未動(dòng)作，C相斷路器機(jī)構(gòu)尚在分閘狀態(tài)。由于再次出現(xiàn)故障電流，州臨2352線線路保護(hù)均加速動(dòng)作跳三相，但故障電流繼續(xù)存在，結(jié)合保護(hù)動(dòng)作行為和故障錄波圖的記錄，可以判定此時(shí)州臨2352線C相斷路器已經(jīng)被擊穿重燃。由于州臨C相故障電流持續(xù)存在，其線路保護(hù)動(dòng)作后啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)，經(jīng)262 ms延時(shí)跳開220kV母聯(lián)斷路器；失靈保護(hù)再經(jīng)218 ms跳開臨海變副母線上所有連接元件，徹底隔離故障。

從故障發(fā)展的情況來看，由于雷擊導(dǎo)致州臨2352線C相斷路器失靈，引起斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作，使得故障影響范圍擴(kuò)大。在整個(gè)過程中，臨海變的保護(hù)動(dòng)作行為均正確無誤。

2.2 發(fā)電廠側(cè)

圖2 臨海變州臨2352線故障錄波圖

州臨2352線臨海變側(cè)C相斷路器的擊穿重燃現(xiàn)象，對(duì)于發(fā)電廠側(cè)州臨2352線保護(hù)的動(dòng)作行為并不會(huì)產(chǎn)生影響。州臨2352線發(fā)電廠側(cè)保護(hù)在第1次故障時(shí)快速動(dòng)作跳開C相，經(jīng)1 s延時(shí)后重合閘動(dòng)作，重合于永久性故障，2套線路保護(hù)均加速跳閘跳開三相，切除故障。發(fā)電廠側(cè)相當(dāng)于僅發(fā)生1起線路的單相永久性故障，其保護(hù)動(dòng)作行為正確無誤。

2.3 澤國(guó)變側(cè)

當(dāng)臨海變州臨2352斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作跳開臨澤4341斷路器時(shí)，會(huì)同時(shí)經(jīng)光纖通道給對(duì)側(cè)發(fā)遠(yuǎn)方跳閘命令。而臨澤4341澤國(guó)變側(cè)保護(hù)一直處于啟動(dòng)狀態(tài)，因此在收到遠(yuǎn)方跳閘命令后，兩套保護(hù)均直接三相跳閘同時(shí)閉鎖重合閘。

3 洋灣變、安洲變側(cè)保護(hù)動(dòng)作分析

3.1 保護(hù)動(dòng)作差異

在本次故障發(fā)生后所有保護(hù)的動(dòng)作行為中，最值得推敲的是洋灣側(cè)和安洲側(cè)保護(hù)的動(dòng)作情況。2條線路所配置的保護(hù)完全相同，兩側(cè)感受到的故障過程也基本相同，但是2條線路對(duì)側(cè)保護(hù)的動(dòng)作行為卻完全不同。

州臨2352線發(fā)生C相故障，對(duì)臨洋2356線、臨安2Q48線而言均是區(qū)外故障，在故障發(fā)生的前期，2條線路對(duì)側(cè)的保護(hù)均收到來自臨海變線路保護(hù)的閉鎖信號(hào)而未動(dòng)作。當(dāng)臨海變州臨2352斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作跳開臨洋2356、臨安2Q48斷路器時(shí)，會(huì)同時(shí)給2條線路的高頻保護(hù)發(fā)停信信號(hào)，允許線路對(duì)側(cè)的高頻保護(hù)動(dòng)作。那是不是臨安2Q48線母差保護(hù)停信回路發(fā)生了故障，沒有使2套高頻保護(hù)停信呢？答案是否定的，從錄波圖來看，在跳閘的同時(shí)2條線路的4套高頻保護(hù)均已經(jīng)停信。那么究竟是什么原因?qū)е聝蓷l線路保護(hù)動(dòng)作行為的差異？

3.2 高頻保護(hù)中的功率側(cè)的邏輯

失靈保護(hù)與母差保護(hù)動(dòng)作停信采用同一出口，對(duì)本側(cè)而言2種保護(hù)動(dòng)作均會(huì)立即停信。但是，由于2種保護(hù)動(dòng)作產(chǎn)生的機(jī)理以及故障持續(xù)的時(shí)間不一樣，會(huì)對(duì)對(duì)側(cè)的高頻保護(hù)產(chǎn)生不同影響。母線故障母差保護(hù)動(dòng)作時(shí)，故障持續(xù)時(shí)間較短，線路對(duì)側(cè)高頻保護(hù)處于剛啟動(dòng)階段，一旦收不到對(duì)側(cè)閉鎖信號(hào)，便會(huì)立即選相跳閘，然后進(jìn)入重合邏輯。而當(dāng)斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)，故障總的持續(xù)時(shí)間往往較長(zhǎng)，高頻保護(hù)早已經(jīng)進(jìn)入功率倒向邏輯。

高頻保護(hù)中的功率倒向邏輯[1]，主要用于環(huán)網(wǎng)或平行線路，當(dāng)發(fā)生短路后一側(cè)斷路器斷開而發(fā)生功率倒向時(shí)，為防止正常線路高頻保護(hù)誤動(dòng)而設(shè)計(jì)的。常常采用增加動(dòng)作延時(shí)的方法來解決功率倒向時(shí)保護(hù)的誤動(dòng)問題：當(dāng)高頻保護(hù)連續(xù)收信超過一段時(shí)間（35～40 ms）而保護(hù)一直沒有動(dòng)作，若收不到信號(hào)則需經(jīng)延時(shí)（CSL101A為20 ms，RCS901A為25 ms）高頻保護(hù)才能動(dòng)作出口。保護(hù)用前一個(gè)延時(shí)（35～40 ms）來判斷發(fā)生了區(qū)外故障，而用后一個(gè)延時(shí)（如25 ms）來躲過兩端方向元件動(dòng)作競(jìng)賽帶來的影響。

高頻保護(hù)中設(shè)計(jì)了功率倒向邏輯，有效地防止了環(huán)網(wǎng)線路中功率倒向時(shí)的誤動(dòng)，但也往往會(huì)在復(fù)雜故障中產(chǎn)生一些意想不到的動(dòng)作行為。

4 保護(hù)動(dòng)作差異的原因

斷路器重燃失靈保護(hù)動(dòng)作后，雖然臨洋2356線、臨安2Q48線臨海變側(cè)已經(jīng)停信，但此時(shí)洋灣側(cè)、安洲側(cè)保護(hù)收信已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過40 ms，高頻保護(hù)已進(jìn)入功率倒向邏輯。此時(shí)保護(hù)停信、功率倒向延時(shí)、斷路器斷弧之間存在時(shí)間上的競(jìng)爭(zhēng)，一旦臨海變臨洋2356、臨安2Q48兩個(gè)斷路器的滅弧時(shí)間有差異（如分別為40 ms與60 ms），會(huì)使得2條線路在停信后故障電流持續(xù)的時(shí)間稍有不同，從而導(dǎo)致線路對(duì)側(cè)的保護(hù)動(dòng)作行為不一致。

圖3是洋灣變臨洋2356線故障錄波圖，從錄波圖看，臨海變臨洋2356斷路器斷弧稍慢，臨洋2356線洋灣側(cè)高頻保護(hù)動(dòng)作C相跳閘經(jīng)延時(shí)后重合成功；臨海變臨安2Q48斷路器斷弧較快，臨安2Q48線在保護(hù)停信后不到20 ms電流已經(jīng)消失，此時(shí)高頻保護(hù)尚未來得及出口即已返回，所以臨安2Q48線安洲側(cè)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。從圖3中可以看到洋灣變臨洋2356線保護(hù)在臨界狀態(tài)動(dòng)作，其出口接點(diǎn)是在故障電流已經(jīng)消失時(shí)才閉合的，而保護(hù)一旦動(dòng)作后即使電流消失其跳閘命令仍將保持一段時(shí)間以確?？煽刻l。

臨洋2356線洋灣側(cè)RCS901A保護(hù)的動(dòng)作報(bào)告見圖4，從圖中可以看到，保護(hù)在769 ms時(shí)收不到對(duì)側(cè)閉鎖信號(hào)，在795 ms時(shí)縱聯(lián)零序方向保護(hù)動(dòng)作出口，期間的保護(hù)動(dòng)作延時(shí)為26 ms。而CSL101A在793 ms時(shí)高頻零序動(dòng)作出口，稍快于RCS901A保護(hù)，是因?yàn)槠涔β实瓜騽?dòng)作延時(shí)比RCS-901A保護(hù)短5 ms。需要指出的是：如果保護(hù)裝置功率倒向邏輯所設(shè)置的出口延時(shí)較長(zhǎng)（如CSC101A為40 ms），那么在此次故障中該保護(hù)可能也會(huì)因電流消失而不動(dòng)作；也就是說若臨洋2356線配置的是CSC101A而非CSL101A保護(hù)，那么將會(huì)出現(xiàn)RCS901A動(dòng)作跳閘而CSC101A不會(huì)動(dòng)作的情況。

另外，從臨洋2356線洋灣側(cè)線路保護(hù)的動(dòng)作報(bào)告中可以看到當(dāng)時(shí)2套保護(hù)均只有縱聯(lián)零序方向保護(hù)動(dòng)作，而沒有其他縱聯(lián)保護(hù)（如縱聯(lián)距離、變化量方向等）動(dòng)作。這主要是由于本次故障持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，而且在母聯(lián)斷路器斷開后200 ms后故障電流基本不變，因此對(duì)CSL101A而言其高頻距離保護(hù)已經(jīng)進(jìn)入振蕩閉鎖[2]無法開放而不會(huì)動(dòng)作，對(duì)RCS901A而言其變化量方向保護(hù)則是因?yàn)闆]有變化量而不會(huì)動(dòng)作。臨安2Q48線安洲側(cè)RCS901A保護(hù)在收不到對(duì)側(cè)閉鎖信號(hào)后，電流很快消失，因此保護(hù)沒有動(dòng)作。

從上述分析可以看到，臨安2Q48線、臨洋2356線的保護(hù)均屬于正確動(dòng)作。雖然臨安2Q48線、臨洋2356線兩側(cè)均配置了閉鎖式高頻保護(hù)，但是由于在故障中2條線路所感受到的故障分量稍有不同，導(dǎo)致了保護(hù)截然相反的動(dòng)作行為。

圖3 洋灣變臨洋2356線故障錄波圖

圖4 安洲變臨安2Q48線RCS901A錄波圖

5 結(jié)論

州臨2352線因雷擊引起C相接地故障，臨海變側(cè)斷路器C相在故障切除后重燃，導(dǎo)致臨海變失靈保護(hù)動(dòng)作，使得故障線路連接母線上的所有斷路器被切除。斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作后，由于保護(hù)配置的不同、斷路器滅弧時(shí)間的先后不同導(dǎo)致4條線路對(duì)側(cè)保護(hù)的動(dòng)作行為完全不同而又都符合保護(hù)的設(shè)計(jì)原理，保護(hù)動(dòng)作分析涉及失靈、遠(yuǎn)跳、功率倒向、振蕩閉鎖等，非常具有代表性，對(duì)保護(hù)動(dòng)作的全面分析，可提高對(duì)線路繼電保護(hù)配置的認(rèn)識(shí)深度，有利于保護(hù)的檢修和安全運(yùn)行。

[1]賀家李，李永麗，董新洲，等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原因[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2]朱松林.繼電保護(hù)培訓(xùn)實(shí)用教程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.