220kV線路保護(hù)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(hù)跳閘事故，在變電站現(xiàn)場檢查與故障波形、數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，指出“單相故障情況下，相間元件動作”為本次線路出現(xiàn)故障的主要原因，據(jù)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(jié)果表明，這兩種方式在220 kV線路保護(hù)跳閘事故處理中的作用突出，對于保障高壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：220 kV;線路保護(hù);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(fā)揮著關(guān)鍵作用，有效滿足了人們的電能使用需求，為現(xiàn)代社會生產(chǎn)和居民生活創(chuàng)造了有利條件。線路保護(hù)跳閘事故嚴(yán)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(hù)跳閘事故的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決對策。在以往的線路保護(hù)跳閘事故研究中，對三跳不重合、特殊情況下繼電保護(hù)拒動和誤動、保護(hù)裝置軟件升級等問題的考慮較少，使得線路保護(hù)跳閘故障無法在短期內(nèi)解決，且在后期仍有可能再次出現(xiàn)同樣的故障。為此，本文針對一起220 kV線路保護(hù)跳閘事故，從跳閘事故繼電保護(hù)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(hù)跳閘事故，取得了良好的成效。

1 項(xiàng)目概況

1.1? ? 220 kV線路保護(hù)裝置及運(yùn)行方式

某220 kV線路設(shè)計為單側(cè)電源線路，該線路兩側(cè)配置了單套RCS-902A+LFX-912高頻保護(hù)裝置。該線路作為一條弱饋線路，在整定設(shè)計中，要求兩側(cè)主保護(hù)高頻退出，同時電源側(cè)距離和零序保護(hù)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(fù)荷側(cè)全部保護(hù)退出后，重合閘停用。線路保護(hù)定值設(shè)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(shè)置下“投三相跳閘方式”置1。

1.2? ? 220 kV線路保護(hù)裝置跳閘事故

2019-06-05T21：47，該220 kV線路因吊車誤碰線而發(fā)生了負(fù)荷側(cè)A相接地故障，受該故障影響，電源側(cè)RCS-902A保護(hù)裝置相間距離Ⅱ段動作跳閘。我們調(diào)查該事故發(fā)現(xiàn)，在321 ms時，距離Ⅱ段動作跳閘不重合，出現(xiàn)了較為明顯的“三跳不重合”問題。受該故障影響，負(fù)荷側(cè)的保護(hù)裝置未動作，使得負(fù)荷側(cè)短時損失負(fù)荷達(dá)到90.5 MVA;同時，受運(yùn)作方式制約影響，RCS-902A高頻保護(hù)未投入使用并動作，造成了電能負(fù)荷的嚴(yán)重?fù)p害，極大地降低了高壓線路應(yīng)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(hù)裝置波形如圖1所示。

2 220 kV線路保護(hù)跳閘事故的原因分析

2.1? ? 提出假設(shè)

本高壓線路設(shè)定接地距離Ⅱ段、相間距離Ⅱ段的保護(hù)定值分別為0.6 s和0.3 s。從電路動作形態(tài)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(hù)動作，則整個線路保護(hù)系統(tǒng)將出現(xiàn)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(hù)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(hù)會動作。

2.2? ? 問題分析

本項(xiàng)目中，需根據(jù)相間距離Ⅱ段整定值進(jìn)行電壓、電流二次數(shù)據(jù)計算，當(dāng)線路保護(hù)裝置發(fā)生故障時，可將出現(xiàn)故障30 ms后的電壓二次數(shù)據(jù)表示為：

通過上述計算可知，當(dāng)相間距離Ⅱ段的線路保護(hù)裝置發(fā)生故障時，短路阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于動作阻抗。此時短路阻抗落在相間距離Ⅱ段阻抗圓內(nèi)，相間距離Ⅱ段阻抗繼電器會繼續(xù)動作，根據(jù)該條件，可計算A相接地繼電器的測量阻抗，具體結(jié)果為：

A相接地繼電器的測量阻抗計算中，K為系數(shù)，其參數(shù)值為0.6。由此計算結(jié)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(nèi)，接地距離Ⅱ段阻抗繼電器動作[2]。

線路保護(hù)中，在距離保護(hù)Ⅱ段動作設(shè)置閉鎖重合閘，該閉鎖重合閘保護(hù)程序設(shè)計中，針對Za、Zab的設(shè)計，廠家設(shè)計當(dāng)其中一個阻抗繼電器動作時，經(jīng)相應(yīng)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(shè)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(shè)置差異

本220 kV線路使用中，將接地距離Ⅱ段時間設(shè)置為0.6 s，相間距離Ⅱ段時間設(shè)置為0.3 s。這是因?yàn)橄嚅g故障對系統(tǒng)具有較大沖擊，在線路設(shè)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(dāng)延長時間設(shè)置，這樣能有效保證線路運(yùn)行的穩(wěn)定性。針對本次保護(hù)線路跳閘中出現(xiàn)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(tǒng)線路保護(hù)中，人們認(rèn)為一旦線路發(fā)生單相接地故障，則相間距離保護(hù)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(nèi)，產(chǎn)生接地故障時，存在一定過渡電阻，則相間距離保護(hù)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(tǒng)RCS-902A保護(hù)裝置的邏輯設(shè)定具有一定關(guān)系。該邏輯設(shè)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(hù)裝置會發(fā)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(jù)單相故障或多相故障進(jìn)行差異化處理。

4 220 kV線路保護(hù)跳閘事故的解決對策

針對本項(xiàng)目220 kV線路保護(hù)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(fā)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(hù)跳閘及其引發(fā)的一系列問題。在實(shí)際處理中，先進(jìn)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(guān)的繼電器元件進(jìn)行計算，這樣能有效減少CPU運(yùn)算量，提高動作速度。需要注意的是，采用該方式應(yīng)注重接地故障和相間短路的有效區(qū)分，兩者的區(qū)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(wěn)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(jìn)行處理。就原RCS-902A閉鎖保護(hù)裝置而言，其相間Ⅱ段的閉鎖邏輯表達(dá)如圖2所示。

修改閉鎖邏輯時，重新設(shè)置保護(hù)選相元件的作業(yè)條件，新設(shè)置中增加“選多相”條件，該條件下，只有當(dāng)相間距離元件動作、定值中“相間距離Ⅱ段閉重”置1，且保護(hù)選相元件符合“選多相”條件時，系統(tǒng)才會閉鎖。在發(fā)生單相接地故障時，通過選擇單相控制、聯(lián)絡(luò)線能實(shí)現(xiàn)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(fā)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(jié)語

引起220 kV線路保護(hù)跳閘事故的原因較為復(fù)雜，線路保護(hù)跳閘容易造成電能損耗，破壞線路系統(tǒng)穩(wěn)定性，并影響用電安全。結(jié)合本文的220 kV線路保護(hù)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(hù)裝置生產(chǎn)中，應(yīng)注重對內(nèi)部邏輯隱形缺陷的處理，通過保護(hù)裝置內(nèi)部邏輯測試，防止特殊情況下出現(xiàn)繼電保護(hù)拒動和誤動的問題。

（3）在高壓線路運(yùn)行管理中，相關(guān)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守國家對保護(hù)裝置的管理要求，并對相應(yīng)的裝置進(jìn)行軟件升級，對相應(yīng)裝置版本號和校驗(yàn)碼進(jìn)行綜合管理，這樣能有效提升高壓電網(wǎng)運(yùn)行的高效性、穩(wěn)定性和安全性。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 高大全，李波，唐大洪.220 kV線路-發(fā)變組單元接線中遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)的分析與改進(jìn)[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(lián)保護(hù)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(guān)單相跳閘重合不成功的故障分析及預(yù)控措施[J].機(jī)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。