一起220kV线路故障跳闸事件的分析

2017-08-07蔡明徐波陈裕云程文星刘宇

电气技术与经济 2017年3期

关键词：发信录波零序

蔡明徐波陈裕云程文星刘宇

（囯网江西电力公司检修分公司）

一起220kV线路故障跳闸事件的分析

蔡明徐波陈裕云程文星刘宇

（囯网江西电力公司检修分公司）

本文介绍某500kV变电站发生一起220kV线路单相接地故障跳闸事件，其中一套线路光纤保护正确动作，另一套线路高频保护未动作。结合故障后的保护动作报告及录波数据，分析高频保护未动作的原因，并对高频保护与光纤保护的优缺点进行阐述。

接地故障；光纤保护；高频保护；正确动作

0 引言

现代电力系统中，高压电网发生故障后，快速切除故障并及时恢复供电是提高电力系统稳定的重要手段。

21世纪初期，国内高压线路主保护配置多采用“高频保护+光纤保护”形式。随着电网规模不断增大，电力系统自动化水平不断提升，对设备运行可靠性要求日益提高，“高频保护+光纤保护”已逐步被“双光纤保护”所取代。

1 事件简介

某220kV LMN线路两侧保护均按双重化配置，分别采用允许式光纤保护RCS-931A和闭锁式高频保护PSL-601G。线路M侧为500kV变电站，线路N侧为220kV变电站。

2016年9月15日10时，220kV LMN线路发生C相接地故障。图1为220kV LMN线路接地故障的系统图。M侧RCS-931A的接地距离I段、光纤保护均动作，PSL-601G的接地距离I段、高频保护均未动作；N侧RCS-931A的光纤保护动作，PSL-601G的高频保护未动作。通过对线路两侧保护动作报告及故障录波数据分析，线路两侧RCS-931A的光纤保护动作正确，N侧PSL-601G的高频保护正确停信，但是M侧PSL-601G的高频保护未停信，导致两侧高频保护均未动作。

图1 接地故障系统图

2 事件分析

图2为M侧PSL-601G动作后的故障录波。从录波图可知：81ms时刻保护停信，停信6ms，87ms时刻再次发信，123ms时刻保护再次停信，此后PSL-601G并未动作。

图2 M侧PSL-601G的故障录波

现对存在的几个问题进行逐一分析。

问题一：81ms时刻保护停信，6ms后于87ms时刻再次发信。M侧PSL-601G的高频零序电流保护定值为1.5A，在87ms时刻，由于保护计算的零序电流小于1.5A（见图3），故高频零序正方向元件未启动，在87ms时刻保护再次发信。

图3 M侧PSL-601G的零序电流(ImO)幅值

问题二：123ms时刻保护再次停信。由于100ms时刻零序电流大于1.5A，高频零序正方向元件经过20ms延时后动作，在123ms时刻保护再次停信。

问题三：130ms时刻保护停信且未收到闭锁信号，高频保护未动作。正常情况下，高频保护停信且收不到闭锁信号后持续8ms，保护动作出口，故理论上高频保护应该在138ms动作。然而PSL-601G的高频保护在动作出口时，须满足当前电流值大于0.8倍的一周波前电流值，增加此判据是为了防止纵联保护在开关分闸时误动作。由于此时故障已经被RCS-931A的接地距离I段、光纤保护切除，C相故障相电流衰减，不满足动作出口判据，故PSL-601G的高频保护返回。

本次故障经过渡电阻接地，故障量在保护定值的临界区域，由于采样方式的不同，RCS-931A的光纤保护先动作出口，而PSL-601G的高频保护满足动作判据后，故障已经被RCS-931A的光纤保护切除，使PSL-601G的高频保护未来得及发跳闸令。在220kV线路发生故障情况下，一套主保护动作而另一套主保护返回，两套主保护动作不一致的原因需要从光纤保护与高频保护的优缺点上加以探讨。

3 光纤保护与高频保护的优缺点

3.1 高频保护通道结构的弱点

高频保护以输电线路为载波通道，通道中的加工设备众多，包含输电线路、高频阻波器、耦合电容器、结合滤波器、保护间隙、接地刀闸、高频电缆、收发信机等设备，传输损耗大。当线路发生单相或两相接地故障时，载波通道会出现发生通道阻塞和频率拥挤问题。如果在系统运行的过程中，任一设备环节、元件出现问题或者故障，都可能引起高频保护拒动或误动。

3.2 高频保护原理的弱点

高频保护是通过本线路交换两侧高频电流信号来决定保护是否动作的，不能交换两侧电气量数据。与光纤保护相比，高频保护有以下原理性的固有延时导致动作速度偏慢。

1）高频信号的传输延时。高频通道的中间环节众多，不仅包括高频信号在通道上传输时间，还有收发信机的信号采集处理、保护装置和收发信机配合接口的延时。

2）高频通道的抗干扰延时。高频信号主要以弱电耦合方式传输，易受天气条件、电磁干扰等因素的影响，使高频通道故障率较高。为了防止高频通道上产生干扰信号影响保护动作行为，大部分保护的生产厂家都通过增加延时的方法解决。

3）高频保护动作原理的延时。在线路内部故障时，离故障近的一侧故障量大，达到定值后，快速完成保护的启动、发信、停信；离故障远的一侧故障量较小，不灵敏度，保护的启动、发信、停信慢。对于闭锁式高频保护，需要两侧保护均停止发信后才可能动作跳闸。此外，对于过渡电阻故障或发展性故障，纵联保护延时更为明显。

3.3 光纤保护通道结构的优点

光纤保护采用专用光纤通道或复用2M通道作为传输介质，通道设备少（尤其在专用光纤通道下，两侧光纤保护无任何中间环节），通道故障率低，通道具有频率高、频道宽、传输损耗小、抗干扰能力强、工作方式灵活等特点。

3.4 光纤保护原理的优点

光纤保护与高频保护的基本原理相同，所不同的是光纤保护采用光纤通道或复用2M通道作为信号通道来同步交换线路两侧的比较信号（电流数据和开关量）。

光纤保护不会因为运行方式的不同而受到影响，两侧保护装置之间也没有直接的联系，在很大程度上提高了系统运行的可靠性。同时，光纤保护采用软件防误校验，不受电磁干扰的影响，灵敏度高，动作简单，可靠快速，能适应各种类型故障、电力系统震荡、非全相运行情况。光纤通道传输的数据量大（传输速率采用复用2Mb/s，通道延时≤5ms），不会发生通道阻塞和频率拥挤问题。因此，光纤保护比高频保护更可靠。