一起電力環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中保護配合不當(dāng)引起保護誤動案例分析

曾偉華，史 非，蘇建明

(國網(wǎng)銅陵供電公司，安徽 銅陵 244000)

220 kV以上電網(wǎng)基本采用環(huán)網(wǎng)方式[1]，采用縱聯(lián)方向及縱聯(lián)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(jīng)驗[2-3]；在環(huán)網(wǎng)運行條件下，采用不同算法的縱聯(lián)保護方向元件對于故障點的零序分量或負(fù)序分量感知不同，可能會造成區(qū)外故障方向元件仍然動作，造成縱聯(lián)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(fù)荷電流的影響，具有耐受過渡電阻的能力，常規(guī)的選相元件有穩(wěn)態(tài)量選相元件[4-8]、突變量選相元件[9-11]以及近年來發(fā)展的自適應(yīng)選相元件[12]，現(xiàn)行運行的繼電保護裝置大多數(shù)采用穩(wěn)態(tài)量選相元件，穩(wěn)態(tài)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(jīng)高阻接地時靈敏度不足，電壓選相元件在強電源側(cè)靈敏度不足，阻抗選相元件受系統(tǒng)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(cè)表現(xiàn)不足。

而作為保護一次設(shè)備的繼電保護裝置要求在任何條件下需要正確判斷區(qū)內(nèi)外故障，可靠切除正確的故障相別，縱聯(lián)保護需要線路兩側(cè)繼電保護裝置在原理上可靠配合，本文以一起繼電保護區(qū)外故障誤動作，兩側(cè)線路繼電保護裝置不對應(yīng)跳閘案例，詳細(xì)介紹了誤動作的原因，并提出了解決方案，為今后相關(guān)線路縱聯(lián)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(wǎng)的環(huán)網(wǎng)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(fā)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(lián)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(lián)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(qū)外故障時線路保護動作情況進(jìn)行說明。對比各側(cè)主一、主二保護的錄波數(shù)據(jù)基本一致，基本排除由于采樣原因?qū)е聝商妆Ｗo動作行為差異。以兩側(cè)901的錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)錄波數(shù)據(jù)，離線計算兩側(cè)功率方向，其中P0為零序功率，P2為負(fù)序功率，功率大于零為反方向，功率小于零為正方向。區(qū)外故障時：

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

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

圖2 C變電站側(cè)零負(fù)序功率計算結(jié)果示意圖

圖3 D變電站側(cè)零負(fù)序功率計算結(jié)果示意圖

PCS-901G-ETB和PCS-902G-ETB縱聯(lián)零序方向僅采用零序功率方向判據(jù)；RCS-901GV為了適應(yīng)于弱電強磁的運行線路，縱聯(lián)零序方向采用零序功率和負(fù)序功率方向綜合判據(jù)。RCS-902GV相比RCS-901GV，縱聯(lián)零序方向?qū)τ诹阖?fù)序功率方向綜合判據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化處理。

本次區(qū)外故障時，D變電站側(cè)RCS-901GV根據(jù)綜合判據(jù)僅采用了負(fù)序功率方向判別結(jié)果，判為正方向；C變電站側(cè)PCS-901G-ETB僅采用零序功率方向判別結(jié)果，亦判為正方向。由于縱聯(lián)保護兩側(cè)均判為正方向，故縱聯(lián)零序方向保護動作。

由于故障點距離本線較遠(yuǎn)，兩側(cè)縱聯(lián)距離元件均未進(jìn)入動作區(qū)，此時C變電站和D變電站側(cè)901裝置采用輔助選相元件進(jìn)行選相，即采用零負(fù)序相對相位關(guān)系進(jìn)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(fù)序電流選區(qū)選相，進(jìn)入A區(qū)選為A相故障；PCS-901G-ETB采用零負(fù)序電壓選區(qū)選相，進(jìn)入C區(qū)選為C相故障。

對于第2套主保護而言，D變電站側(cè)RCS-902GV綜合零負(fù)序功率方向判別結(jié)果為反方向；C變電站側(cè)PCS-901G-ETB僅采用零序功率方向判別結(jié)果，判為正方向。兩側(cè)功率方向一正一反，因此縱聯(lián)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(guān)系梳理

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

a.縱聯(lián)零序方向元件僅采用零序功率方向進(jìn)行正反方向判別；

b.縱聯(lián)零序方向元件采用零負(fù)序功率方向進(jìn)行綜合判別；

c.縱聯(lián)零序方向元件采用優(yōu)化后的零負(fù)序功率方向綜合判別方法(此方法能夠適應(yīng)環(huán)網(wǎng)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(lián)零序保護不同版本之前配合存在判據(jù)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(jié)合停電對C、D兩站兩側(cè)的保護進(jìn)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(cè)的RCS-901GV直接更換為PCS-901G裝置，解決了C、D兩站的聯(lián)絡(luò)乙線在特殊的運行方式下誤動的可能性。

針對系統(tǒng)中各類運行場景(主要為常規(guī)系統(tǒng)、弱電強磁系統(tǒng)、環(huán)網(wǎng)系統(tǒng))下不同配合關(guān)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(jié)論

在常規(guī)非環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中，由于零序和負(fù)序源均位于故障點并向兩側(cè)呈輻射傳播，非故障線路上兩側(cè)功率方向必然一側(cè)為正方向，一側(cè)為反方向，并且同一側(cè)的零序和負(fù)序功率方向結(jié)果相同。

在環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中，由于零序和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)不對稱，在特定地點發(fā)生區(qū)外接地故障時，兩側(cè)功率方向仍然一側(cè)為正方向，一側(cè)為反方向，但可能出現(xiàn)同一側(cè)的零序和負(fù)序功率方向結(jié)果相反，即本次乙線的故障特征。

當(dāng)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中，出現(xiàn)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(cè)采用零序功率方向結(jié)果，一側(cè)采用負(fù)序功率方向結(jié)果的可能性，會造成兩側(cè)功率均判為正方向，縱聯(lián)零序方向存在誤動風(fēng)險。

需要說明的是，RCS/PCS-901系列保護變化量反方向元件優(yōu)先，當(dāng)變化量方向元件靈敏度足夠的情況下，區(qū)外故障變化量方向元件應(yīng)該一側(cè)為正方向，一側(cè)為反方向，因此變化量反方向側(cè)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(dá)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(yīng)用時，在特定地點區(qū)外故障零負(fù)序功率方向結(jié)果的選取導(dǎo)致兩側(cè)均判為正方向從而動作。另外，對于區(qū)內(nèi)故障和常規(guī)區(qū)外故障，乙線路上的零負(fù)序電流不會出現(xiàn)方向相反的特征時，901的縱聯(lián)零序方向保護動作行為不會出現(xiàn)異常，同時兩側(cè)輔助選相元件亦能正確選相。