蘇  華1，簡家禮2，張樹華3

　?。?.國網(wǎng)九江供電公司，江西 九江 3320002.國網(wǎng)昌吉供電公司，新疆 昌吉 8311003．北京智芯微電子科技有限公司，北京 100192）

　　摘  要： 介紹了一起縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)事故的分析情況，分析了誤動(dòng)事故的產(chǎn)生原因，論述了方向元件對縱聯(lián)保護(hù)的重要作用，給出了相應(yīng)的事故解決方案，實(shí)測結(jié)果印證了針對此事故分析與解決方案的正確性。

　　關(guān)鍵詞： 功率倒向；縱聯(lián)保護(hù)；浮動(dòng)電流門檻

0 引言

　　自上個(gè)世紀(jì)二十年代輸電線縱聯(lián)保護(hù)誕生伊始，就出現(xiàn)了相位比較式和方向比較式兩大類型。前者只需要電流量，構(gòu)成簡單，但受分布電容影響較大，對通道要求高，多用于250 km以下的雙端線路；而方向比較式雖然引入電壓量，但受分布電容電流影響小，對通信通道要求不高，可用于距離較長的雙端、三端或多端線路，因此方向比較式縱聯(lián)保護(hù)從來就是長距離輸電線路的主保護(hù)方式之一。在微波通道和光纖通道出現(xiàn)以后，電流差動(dòng)取代了相位差動(dòng)，但方向縱聯(lián)保護(hù)不可取代。

　　方向縱聯(lián)保護(hù)一直是高壓輸電線路上采用的主保護(hù)之一，同時(shí)它也是繼電保護(hù)研究的重點(diǎn)之一。方向元件是方向縱聯(lián)保護(hù)的核心，方向元件的性能在很大程度上決定了整個(gè)保護(hù)的性能。通過對縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)事故的分析，根據(jù)系統(tǒng)故障電流的歷史記錄，發(fā)現(xiàn)了事故發(fā)生的深層次原因，論證了方向元件配合工作在系統(tǒng)中的重要性。

1 故障簡述

　　江西九江供電公司是2003年4月在原九江供電局基礎(chǔ)上改制成立的，屬國家大型企業(yè)，公司下轄16個(gè)部室、15個(gè)基層單位，同時(shí)對12個(gè)縣級供電公司進(jìn)行管理。2012年9月6日12時(shí)，江西國電九江發(fā)電廠第三期（九三電廠）至沙城變的220 kV潯沙II線因建筑施工吊機(jī)對線路安全距離不夠，引起A相對吊機(jī)放電，導(dǎo)致A相永久性故障。潯沙II線兩側(cè)保護(hù)相繼動(dòng)作切除故障，但在重合于故障線路過程中，妙智變至市中變220 kV妙市線的國電南自的PSL 601G縱聯(lián)保護(hù)卻發(fā)生誤動(dòng)作切除妙市線，1713 ms后潯妙線重合閘成功，恢復(fù)正常送電。事故時(shí)刻的系統(tǒng)接線示意圖如圖1。

2 變電站錄波數(shù)據(jù)分析

　　停電事故發(fā)生后，立即到現(xiàn)場調(diào)取了市中變保護(hù)3和妙智變保護(hù)4的錄波數(shù)據(jù)。從妙市線兩側(cè)PSL 601G縱聯(lián)保護(hù)（閉鎖式）的動(dòng)作報(bào)告顯示故障電流和故障電壓可知，在相鄰線故障時(shí)，220 kV妙市線市中側(cè)保護(hù)3感受到正方向故障，妙智側(cè)保護(hù)4感受到反方向故障。但在鄰線重合時(shí)，妙智側(cè)于880 ms停信，市中側(cè)930 ms停信，最終妙智側(cè)縱聯(lián)保護(hù)滿足動(dòng)作條件而跳閘。

　　從上述分析可知，導(dǎo)致此次鄰線區(qū)外故障重合時(shí)誤動(dòng)作的原因是妙智側(cè)停信，對此分析如下：

　　通過對比兩側(cè)故障電流和故障電壓，鄰線故障時(shí)，市中側(cè)保護(hù)3為故障正方向，妙智保護(hù)4為反方向，故障電流方向如圖中紅色線。所以初次故障時(shí)保護(hù)3、4行為正確，不動(dòng)作；

　　在220 kV潯沙II線重合時(shí)，由于沙城變側(cè)于858 ms先合閘，九三側(cè)于895 ms后合閘，因此當(dāng)沙城先合閘時(shí)，故障電流方向如圖中藍(lán)色線，當(dāng)九三側(cè)后合閘時(shí)，故障電流又恢復(fù)成紅色線方向。因此該過程存在故障電流倒向現(xiàn)象（功率倒向）。

　　PSL 601G縱聯(lián)保護(hù)的方向元件配置有基于暫態(tài)量的突變量方向和穩(wěn)態(tài)量的零序功率方向元件。其中突變量方向投入40 ms后才投入穩(wěn)態(tài)量方向元件，即突變量方向元件優(yōu)先級較高。

　　在220 kV潯沙II線沙城變側(cè)先合閘后，220 kV妙市線妙智側(cè)保護(hù)感受到故障為正方向側(cè)，縱聯(lián)保護(hù)正方向動(dòng)作（經(jīng)過分析是突變量正方向動(dòng)作），所以保護(hù)停信，但此時(shí)市中側(cè)縱聯(lián)突變量反方向元件未動(dòng)作；當(dāng)故障電流倒向后，市中側(cè)感受到正方向故障電流，縱聯(lián)零序正方向元件動(dòng)作，于是保護(hù)停信，而此時(shí)妙智側(cè)保護(hù)還處于突變量正方向動(dòng)作結(jié)果保持階段。最終，兩側(cè)均有正方向結(jié)果而滿足動(dòng)作條件，妙智側(cè)跳閘。兩側(cè)保護(hù)縱聯(lián)零序動(dòng)作相關(guān)結(jié)果如圖2，dIm0為妙智側(cè)零序電流，dIn0為市中側(cè)零序電流，可見鄰線沙城側(cè)在860 ms合閘后，妙市線兩側(cè)零序電流均很小；當(dāng)鄰線九三電廠側(cè)895 ms合閘后，妙市線兩側(cè)零序電流增大，并超過縱聯(lián)零序電流定值。

　　由此判斷，造成此次妙智側(cè)保護(hù)跳閘的原因是，妙智側(cè)縱聯(lián)保護(hù)突變量正方向動(dòng)作時(shí)，市中側(cè)突變量反方向元件沒有動(dòng)作，去閉鎖妙智側(cè)縱聯(lián)保護(hù)，兩側(cè)突變量方向保護(hù)在短時(shí)間內(nèi)失去配合。當(dāng)故障過程發(fā)展到另外一個(gè)階段后，穩(wěn)態(tài)零序正方向元件與暫態(tài)的突變量正方向元件在線路兩側(cè)分別作用，造成縱聯(lián)保護(hù)方向元件配合失誤。

3 縱聯(lián)保護(hù)方向元件失配原因

　　經(jīng)過對沙城先合閘后到九三側(cè)再合閘的這段不到40 ms的功率倒向過程的故障數(shù)據(jù)分析，有如下原因綜合影響后，造成妙智側(cè)突變量正方向動(dòng)作、而市中側(cè)突變量反方向元件沒有動(dòng)作：

　?。?）兩側(cè)保護(hù)CT變比不同。由于PSL 601G保護(hù)內(nèi)部突變量方向元件的電流動(dòng)作門檻為固定的0.2In，所以在兩側(cè)CT變比不同時(shí)，區(qū)外穿越性電流在兩側(cè)折算到的二次值不同，會影響到突變量方向元件的投入時(shí)間；

　?。?）突變量正、反方向元件動(dòng)作確認(rèn)延時(shí)同為10 ms，使得在線路兩側(cè)配合時(shí)結(jié)果會略有不同。

　　以上兩個(gè)原因，使得妙智側(cè)縱聯(lián)突變量方向元件投入時(shí)間相對較長，滿足正方向結(jié)果延時(shí)確認(rèn)；而市中側(cè)突變量方向元件投入時(shí)間相對較短，反方向結(jié)果延時(shí)確認(rèn)不足而導(dǎo)致反方向元件拒動(dòng)。突變量電流相關(guān)計(jì)算結(jié)果如圖3和圖4所示。

4 方向元件對縱聯(lián)保護(hù)的方式

　　4.1 邏輯原理圖

　　輸電線路對保護(hù)的可靠性要求極高，不能只滿足一個(gè)條件就出口跳閘，該保護(hù)核心部分的邏輯框圖如圖5所示。邏輯中包括有兩個(gè)負(fù)序方向元件即正方向元件W1 和反方向元件W2，構(gòu)成主副兩個(gè)跳閘通道。在正方向故障時(shí)正方向元件W1在動(dòng)作，構(gòu)成主跳閘通道，反方向元件不動(dòng)作構(gòu)成副跳閘通道，都有信號時(shí)才能通過“與”跳閘；在反方向故障時(shí)反方向元件W2 動(dòng)作發(fā)出閉鎖信號。元件G為不對稱短路啟動(dòng)元件，當(dāng)發(fā)生不對稱故障時(shí)包括對稱短路初瞬間的不對稱，元件G有輸出，啟動(dòng)保護(hù)。

　　4.2 不對稱故障時(shí)保護(hù)的動(dòng)作情況

　　正方向不對稱故障時(shí)，元件G有輸出，此時(shí)正方向元件W1和元件G通過“與”門輸出，直接經(jīng)“或”輸出構(gòu)成主跳閘通道，在初瞬間有不對稱的三相短路時(shí)元件W1 和G動(dòng)作是瞬時(shí)的，故將其輸出記憶（保持）22 ms，保證斷路器有足夠的跳閘時(shí)間，此為初瞬間不對稱的三相短路的主跳閘通道。由于正方向故障時(shí)W2 不動(dòng)作，“與”的反向輸入為低電位，構(gòu)成副跳閘通道。副跳閘通道的輸出取反，然后與主跳閘通道通過“與”門有輸出，再延時(shí)3～4 ms，如果仍然沒有收到閉鎖信號，則出口回路輸出跳閘脈沖。如被保護(hù)線路外部故障，在3～4 ms內(nèi)收到對端閉鎖信號，出口將被閉鎖，保護(hù)不會跳閘。

　　反方向不對稱故障時(shí)（包括三相短路初瞬間），元件G、W2 都動(dòng)作“與”門有輸出，并記憶100 ms，發(fā)出閉鎖信號，閉鎖本端和對端保護(hù)，此時(shí)副跳閘通道輸出高電位，“與”不通，發(fā)出閉鎖信號。記憶100 ms是為了保證只要故障未切除，始終有閉鎖信號。如果外部故障未切除前閉鎖信號消失，那么在外部故障切除的暫態(tài)過程中方向元件可能誤動(dòng)會引起保護(hù)誤動(dòng)作。

　　4.3 轉(zhuǎn)換性故障的動(dòng)作情況

　　因?yàn)樵诓粚ΨQ短路時(shí)負(fù)序分量是長期存在的，當(dāng)發(fā)生區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)不對稱故障時(shí)，此時(shí)正方向元件W1可正確判斷出故障方向，主跳閘通道輸出高電位，反方向元件W2不動(dòng)作，此時(shí)副跳閘通道輸出低電位，取反后與主通道輸出經(jīng)“與”門輸出，去停止閉鎖信號，故轉(zhuǎn)換性故障發(fā)生時(shí)，閉鎖信號被立即停止，不會引起保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。

　　當(dāng)發(fā)生區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)區(qū)外不對稱故障時(shí)，如果區(qū)內(nèi)不對稱故障仍然存在，而且轉(zhuǎn)換時(shí)間大于約10 ms，則跳閘脈沖已保持，可保證可靠跳閘。如果轉(zhuǎn)換時(shí)區(qū)內(nèi)不對稱故障已消失，且轉(zhuǎn)換時(shí)間小于約10 ms，此時(shí)反方向元件W2可正確判斷出反方向故障與元件G經(jīng)“與”門有輸出，發(fā)閉鎖信號，保護(hù)收到閉鎖信號閉鎖兩側(cè)出口跳閘回路，保護(hù)不會誤動(dòng)作。

5 解決方案

　　此次故障暴露出環(huán)網(wǎng)中區(qū)外故障時(shí)縱聯(lián)方向保護(hù)中突變量方向元件在線路兩側(cè)的配合問題，因此需要對PSL 601縱聯(lián)方向保護(hù)進(jìn)行修改，修改方法如下：

　　修改突變量方向元件投入的電流門檻，不再取固定的0.2In，而是取 K*Iqd，其中Iqd是突變量啟動(dòng)電流定值，K是可靠系數(shù)可取1.1。這樣可以修正線路兩側(cè)CT變比不同造成的影響；

　　突變量方向元件的反方向結(jié)果確認(rèn)延時(shí)縮短為5 ms，正方向結(jié)果確認(rèn)延時(shí)延長為10 ms。

　　以上兩點(diǎn)的修改，可以改進(jìn)突變量正、反方向元件的配合效果，使得反方向元件靈敏度更加靈敏，確保在區(qū)外故障時(shí)反向側(cè)的突變量方向元件能可靠動(dòng)作。

　　國電南自更新程序，送到江西省電力科學(xué)院進(jìn)行動(dòng)模驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)合格后，配合國電南自對現(xiàn)場PSL 601G保護(hù)軟件升級。經(jīng)過2年多的運(yùn)行，再沒有發(fā)生類似的誤動(dòng)情況。

6 結(jié)論

　　此次相鄰線路永久性故障時(shí)存在功率倒向過程，由于PSL 601G縱聯(lián)方向保護(hù)的突變量方向元件配合存在失誤，突變量方向的反方向元件的靈敏度小于正方向元件靈敏度，區(qū)外故障時(shí)正方向側(cè)動(dòng)作卻反方向側(cè)不動(dòng)作，導(dǎo)致線路兩側(cè)分別是突變量方向元件與穩(wěn)態(tài)零序方向元件配合，造成配合失誤出現(xiàn)誤動(dòng)。本案例通過對變電站錄波數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)故障電流與故障電壓的歷史記錄，準(zhǔn)確定位了事故產(chǎn)生的原因，并針對性的進(jìn)行軟件修改，系統(tǒng)升級，提供了縱聯(lián)保護(hù)設(shè)備的可靠性，為電網(wǎng)的繼電保護(hù)具有重要的意義。