采用不同判據(jù)的縱聯(lián)零序方向保護(hù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

于洋　楊瑞金　邵慶?！∮岜蟆钿叀柘渤肌←溋ⅰ堯E

摘? 要：縱聯(lián)零序方向保護(hù)為適應(yīng)弱電強(qiáng)磁的運(yùn)行環(huán)境，增加了負(fù)序功率輔助判據(jù)等功能，然而在實(shí)際應(yīng)用中，出現(xiàn)了線路兩側(cè)采用不同判據(jù)的縱聯(lián)零序方向保護(hù)配合錯(cuò)誤的問題。文章從某220kV線路發(fā)生的一起區(qū)外誤動(dòng)的事故出發(fā)，對(duì)故障分量和裝置的動(dòng)作行為進(jìn)行了深入分析，并提出了改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：零序方向;負(fù)序方向;弱電強(qiáng)磁

中圖分類號(hào)：TM773? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）34-0060-04

Abstract： The longitudinal zero-sequence direction protection is suitable for the operating environment of weak electric and strong magnetic， and the functions of negative sequence power assisted criterion are added. However， in practical applications， the longitudinal zero-sequence direction protection coordination error with different criteria on both sides of the line appears. In this paper， from the accident of a 220kV line that has been misfired outside the area， the fault component and the action behavior of the device are analyzed in depth， and improvement measures are proposed.

Keywords： zero sequence direction; negative sequence direction; weak electric field

引言

縱聯(lián)保護(hù)作為目前輸電線路的主保護(hù)，包括縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)距離（方向）保護(hù)，能夠保證全線故障快速切除。傳統(tǒng)的縱聯(lián)零序方向保護(hù)以零序方向作為故障判據(jù)，依據(jù)零序電流和零序電壓的關(guān)系判別故障方向。近些年隨著“弱電強(qiáng)磁”（主要指同一走廊區(qū)域的線路之間互感較強(qiáng)，電氣聯(lián)系較弱的現(xiàn)象）的出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)相繼發(fā)生了多起線路縱聯(lián)零序方向保護(hù)區(qū)外誤動(dòng)的事故。不少學(xué)者和專家研究并提出了將負(fù)序方向作為輔助判據(jù)的改進(jìn)方法[1-2]，可有效防止縱聯(lián)零序方向保護(hù)的誤動(dòng)。然而在實(shí)際應(yīng)用中，可能出現(xiàn)線路兩側(cè)保護(hù)版本未統(tǒng)一升級(jí)，兩側(cè)裝置軟件版本不一致的現(xiàn)象。即一側(cè)采用零序功率判別原理，一側(cè)采用零序功率+負(fù)序功率的判別原理，這種運(yùn)行方式會(huì)導(dǎo)致某些特殊故障下，縱聯(lián)零序保護(hù)誤動(dòng)的情況發(fā)生。

1 事故經(jīng)過(guò)

某年某月某日16點(diǎn)52分13秒，肥賈2815線路C相接地故障兩側(cè)開關(guān)C相跳開重合不成三相跳閘，同時(shí)振植2793、振植2794雙回線振寧變側(cè)B相跳閘，植物園變側(cè)C相跳閘，兩側(cè)均重合成功。

振寧變采用RCS902A V1.19裝置，植物園變采用PCS902AF V1.00裝置，振植2793、振植2794線路兩側(cè)的保護(hù)裝置型號(hào)和版本不一致（見表1）。

2 故障分析

2.1 弱電強(qiáng)磁

當(dāng)甲乙兩回線路同走廊時(shí)，由于電氣距離較近，兩回線路之間的互感不能被忽略。接地故障時(shí)，故障線路三相導(dǎo)線流過(guò)同相的零序電流，此時(shí)在相鄰線路三相導(dǎo)線上感應(yīng)的零序感應(yīng)電勢(shì)也是同相的，在零序網(wǎng)絡(luò)中不能抵消。感應(yīng)出的零序感應(yīng)電勢(shì)E0m將在非故障線路零序網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生零序感應(yīng)電流I0m。由于負(fù)序和正序電流三相對(duì)稱，在相鄰線路三相導(dǎo)線上感應(yīng)的負(fù)序和正序感應(yīng)電勢(shì)三相對(duì)稱，在負(fù)序和正序網(wǎng)絡(luò)中相互抵消，對(duì)相鄰線路基本無(wú)影響。當(dāng)兩回線路之間無(wú)電氣聯(lián)系時(shí)，甲線上流過(guò)的零序電流全部為感應(yīng)零序電流，由于感應(yīng)E0m電勢(shì)位于非故障線路（甲線）內(nèi)部，此時(shí)甲線兩側(cè)零序功率方向均為正方向，如圖1所示。

當(dāng)兩回線路之間的電氣聯(lián)系較弱時(shí)，故障線路分配到非故障線路的故障零序電流I0f會(huì)比較小，當(dāng)感應(yīng)I0m對(duì)非故障線路（甲線）的影響超過(guò)故障零序電流I0f時(shí)，其特性與兩回線路之間無(wú)電氣聯(lián)系類似，甲線兩側(cè)零序功率方向均為正方向。當(dāng)線路之間互感較強(qiáng)（磁聯(lián)系強(qiáng)），而電氣聯(lián)系弱（電聯(lián)系弱），這種系統(tǒng)條件，簡(jiǎn)稱為“弱電強(qiáng)磁”或者“強(qiáng)磁弱電”。由于負(fù)序感應(yīng)電勢(shì)三相對(duì)稱，在負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中被抵消，因此，在弱電強(qiáng)磁情況下，非故障線路的負(fù)序功率方向是不受到影響。

2.2 環(huán)網(wǎng)中的零序和負(fù)序方向

當(dāng)線路MN兩側(cè)零序電壓U0M和U0N不相等時(shí)，線路MN上將有零序電流I0流過(guò)。零序網(wǎng)絡(luò)中，在某點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，線路MN兩側(cè)零序電壓U0M和U0N基本相等，MN上的零序電流I0基本為0，該點(diǎn)稱為“零序平衡點(diǎn)”。在零序平衡點(diǎn)兩側(cè)發(fā)生接地故障，線路MN上流過(guò)的零序電流I0流向相反，如圖2所示。

類似，負(fù)序網(wǎng)絡(luò)上亦存在負(fù)序平衡點(diǎn)，如圖3所示。

由于系統(tǒng)中零序和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)不完全對(duì)稱，零序平衡點(diǎn)和負(fù)序平衡點(diǎn)不一定位于系統(tǒng)的同一處。當(dāng)零序平衡點(diǎn)（B0）和負(fù)序平衡點(diǎn)（B2）之間發(fā)生故障時(shí)，如圖4所示，流過(guò)MN線路上的零序電流I0和負(fù)序電流I2流向相反。此時(shí)，一側(cè)零序功率方向?yàn)榉捶较?，而?fù)序功率方向?yàn)檎较颍硪粋?cè)功零序功率方向?yàn)檎较?，而?fù)序功率方向?yàn)榉捶较?。如M側(cè)零序功率為反方向，負(fù)序功率為正方向;N側(cè)零序功率為正方向，負(fù)序功率為反方向。

3 動(dòng)作行為分析

3.1 故障分量

植物園變側(cè)PCS-902A保護(hù)裝置縱聯(lián)零序保護(hù)方向元件固定采用零序功率判別原理，振寧變RCS-902A_1.19版本加入了弱電強(qiáng)磁邏輯，采用零序功率判別和負(fù)序功率判別兩種原理，在本次故障中方向元件采用了負(fù)序功率判別原理。從錄波圖分析（見圖5、圖6）， 220kV肥賈2815線C相永久性接地故障時(shí)，由于零、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)阻抗不同，在振植2793、2794線路上出現(xiàn)零序和負(fù)序電流流向不同的情況，造成振植2793、2794兩側(cè)不同原理方向元件均判斷為正方向動(dòng)作跳閘，植永2795、2796兩條線路兩側(cè)均判別為負(fù)方向未動(dòng)作（正常外部故障兩側(cè)方向元件不會(huì)同時(shí)判為同一方向）。

由于本次故障為穿越性區(qū)外故障，故障電氣量變化較小，振植2793、振植2794兩側(cè)阻抗元件均未啟動(dòng)，兩側(cè)保護(hù)均啟動(dòng)了后備選相元件，但RCS-902A_1.19版本為應(yīng)對(duì)弱電強(qiáng)磁條件，其后備選相判據(jù)亦相應(yīng)進(jìn)行了調(diào)整，造成了本次故障中，兩側(cè)跳閘選相不一致。因此220kV振植2793、2794線路兩側(cè)光纖閉鎖保護(hù)中縱聯(lián)零序保護(hù)方向判別元件采用的保護(hù)原理不一致是導(dǎo)致本次區(qū)外故障動(dòng)作的原因。

3.2 裝置動(dòng)作行為分析

RCS902A V1.19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)。PCS902AF V1.00縱聯(lián)零序方向僅采用零序功率方向判據(jù)。本次區(qū)外故障中，由于故障特征類似弱電強(qiáng)磁，振寧變RCS902A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;植物園變PCS902AF僅采用了零序功率方向判別結(jié)果，也判為正方向。由于縱聯(lián)保護(hù)兩側(cè)均判為正方向，故縱聯(lián)零序保護(hù)動(dòng)作。

由于區(qū)外故障，兩側(cè)裝置測(cè)量阻抗不會(huì)同時(shí)進(jìn)入縱聯(lián)距離方向圓內(nèi)，故兩側(cè)縱聯(lián)距離不會(huì)同時(shí)判為正方向，縱聯(lián)距離不會(huì)誤動(dòng)。

肥賈2815線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)，兩側(cè)保護(hù)LFP901和LFP902較快跳開肥賈2815線路開關(guān)切除故障，振寧-植物園線路兩側(cè)RCS902A和PCS902AF由于距故障點(diǎn)較遠(yuǎn)，距離選相無(wú)結(jié)果，而后備選相延時(shí)未到，在故障切除前后備選相無(wú)結(jié)果，兩側(cè)縱聯(lián)零序未動(dòng)作。肥賈2815線路合閘于永久性故障，兩側(cè)保護(hù)后加速動(dòng)作時(shí)，由于后加速動(dòng)作速度相對(duì)于快速保護(hù)較慢，開關(guān)跳開切除故障時(shí)間較長(zhǎng)，振寧-植物園線路兩側(cè)RCS902A和PCS902AF后備選相有結(jié)果，故兩側(cè)縱聯(lián)零序動(dòng)作，選相跳閘，后重合成功。

由于故障點(diǎn)距離振寧-植物園較遠(yuǎn)，振寧和植物園兩側(cè)距離元件不動(dòng)作，此時(shí)振寧和植物園RCS902A和PCS902AF啟動(dòng)后備選相元件。振寧側(cè)RCS902A V1.19針對(duì)弱電強(qiáng)磁條件，對(duì)縱聯(lián)零序進(jìn)行特殊處理，其后備選相邏輯也相應(yīng)進(jìn)行了處理，與PCS902AF有一定差異。

后備選相邏輯主要參考零負(fù)序選區(qū)結(jié)果，由于序分量在不同系統(tǒng)條件下的相對(duì)關(guān)系會(huì)發(fā)生改變，因此902系列保護(hù)會(huì)根據(jù)序分量的電氣特征選擇不同的序分量進(jìn)行選區(qū)。RCS902A V1.19在選擇序分量邏輯上進(jìn)行了細(xì)化。在選擇序分量進(jìn)行選區(qū)時(shí)，會(huì)判別系統(tǒng)是否為“弱饋”側(cè)，進(jìn)而選擇不同的序分量進(jìn)行選區(qū)。PCS902AF在判別“弱饋”特征時(shí)條件相對(duì)寬泛，此次故障中判為“弱饋”側(cè)，使用序電壓選區(qū)，最終選為 C相故障。RCS902A V1.19對(duì)“弱饋”判別條件進(jìn)行了細(xì)化，此次故障中未判為“弱饋”側(cè)，使用序電流選區(qū)，最終選為B相故障。從本次故障時(shí)系統(tǒng)條件來(lái)看，植物園和振寧側(cè)都不是“弱饋”側(cè)，RCS902A V1.19相對(duì)PCS902AF對(duì)“弱饋”的判別結(jié)果更準(zhǔn)確。

對(duì)于區(qū)內(nèi)故障和常規(guī)區(qū)外故障，振寧-植物園線路上的零負(fù)序電流不會(huì)出現(xiàn)反向特征，振寧和植物園側(cè)選區(qū)能正確選相。

4 結(jié)論

為了使縱聯(lián)零序方向保護(hù)裝置適用于弱電強(qiáng)磁的運(yùn)行線路，需增加縱聯(lián)零序保護(hù)抗弱電強(qiáng)磁功能，保護(hù)裝置程序升級(jí)后，用零負(fù)序綜合判別的結(jié)果替換原零序反方向元件和零序正方向元件。但是這個(gè)處理措施需要兩側(cè)保護(hù)版本同步升級(jí)，否則將造成特殊故障情況下線路保護(hù)不正確動(dòng)作的事件發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]張琦兵.平行線弱電強(qiáng)磁下零序方向元件的改進(jìn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（7）：94-98.

[2]謝俊，李勇，劉宏君，等.線路縱聯(lián)零序方向保護(hù)誤動(dòng)機(jī)理分析及對(duì)策研究[J].中國(guó)電力，2005，38（12）：33-36.