一起电力环网系统中保护配合不当引起保护误动案例分析

曾伟华，史 非，苏建明

(国网铜陵供电公司，安徽 铜陵 244000)

220 kV以上电网基本采用环网方式[1]，采用纵联方向及纵联距离为主保护的继电保护装置在超高压输电线路保护中有着长期的运行经验[2-3]；在环网运行条件下，采用不同算法的纵联保护方向元件对于故障点的零序分量或负序分量感知不同，可能会造成区外故障方向元件仍然动作，造成纵联保护误动作。

同时由于跳闸及重合闸的需要，选相元件作为超高压输电线路保护的重要组成元件，直接影响了切除故障相别的正确性，理想的选相元件不受负荷电流的影响，具有耐受过渡电阻的能力，常规的选相元件有稳态量选相元件[4-8]、突变量选相元件[9-11]以及近年来发展的自适应选相元件[12]，现行运行的继电保护装置大多数采用稳态量选相元件，稳态量选相元件包括电流选相元件、电压选相元件、阻抗选相元件以及序分量选相元件，电流选相元件在线路经高阻接地时灵敏度不足，电压选相元件在强电源侧灵敏度不足，阻抗选相元件受系统运行方式影响较小，但受较大的过渡电阻影响，序分量选相元件在弱电源侧表现不足。

而作为保护一次设备的继电保护装置要求在任何条件下需要正确判断区内外故障，可靠切除正确的故障相别，纵联保护需要线路两侧继电保护装置在原理上可靠配合，本文以一起继电保护区外故障误动作，两侧线路继电保护装置不对应跳闸案例，详细介绍了误动作的原因，并提出了解决方案，为今后相关线路纵联保护的维护提供参考。

1 故障情况分析

1.1 故障前运行方式

220 kV某电厂一方面通过A、B、C、D变电站与500 kV E变电站相连，另一方面通过F变电站与500 kV E变电站相连，其中C变电站为220 kV智能变电站。如图1所示。

图1 某电网的环网示意图

1.2 故障简述

某日，220 kV某电厂至F变电站的甲线线路发生C相接地故障，同时220 kV C变电站至D变电站乙线路保护动作，220 kV乙线线路保护具体型号版本配置如表1所示，220 kV C变电站乙线保护第一套PCS-901G纵联零序方向保护选跳C相，随后重合闸动作；220 kV D变电站第一套RCS-901GV纵联零序方向保护选跳A相，随后重合闸动作。两个变电站的乙线线路第二套保护仅重合闸动作，线路重合成功。

表1 220 kV乙线保护配置情况

1.3 保护动作行为分析

对于此次区外故障时线路保护动作情况进行说明。对比各侧主一、主二保护的录波数据基本一致，基本排除由于采样原因导致两套保护动作行为差异。以两侧901的录波数据进行分析，根据相关录波数据，离线计算两侧功率方向，其中P0为零序功率，P2为负序功率，功率大于零为反方向，功率小于零为正方向。区外故障时：

C变电站侧P0<0，零序功率为正方向；P2>0，负序功率为反方向；如图2所示。

D变电站侧P0>0，零序功率为反方向；P2<0，负序功率为正方向。如图3所示。

图2 C变电站侧零负序功率计算结果示意图

图3 D变电站侧零负序功率计算结果示意图

PCS-901G-ETB和PCS-902G-ETB纵联零序方向仅采用零序功率方向判据；RCS-901GV为了适应于弱电强磁的运行线路，纵联零序方向采用零序功率和负序功率方向综合判据。RCS-902GV相比RCS-901GV，纵联零序方向对于零负序功率方向综合判据进行了进一步优化处理。

本次区外故障时，D变电站侧RCS-901GV根据综合判据仅采用了负序功率方向判别结果，判为正方向；C变电站侧PCS-901G-ETB仅采用零序功率方向判别结果，亦判为正方向。由于纵联保护两侧均判为正方向，故纵联零序方向保护动作。

由于故障点距离本线较远，两侧纵联距离元件均未进入动作区，此时C变电站和D变电站侧901装置采用辅助选相元件进行选相，即采用零负序相对相位关系进行选相。此次故障中，RCS-901GV与PCS-901G-ETB采用的选相元件有差异，RCS-901GV采用零负序电流选区选相，进入A区选为A相故障；PCS-901G-ETB采用零负序电压选区选相，进入C区选为C相故障。

对于第2套主保护而言，D变电站侧RCS-902GV综合零负序功率方向判别结果为反方向；C变电站侧PCS-901G-ETB仅采用零序功率方向判别结果，判为正方向。两侧功率方向一正一反，因此纵联零序方向保护未动作。

2 保护反措落实情况

2.1 RCS/PCS-901系列装置逻辑及配合关系梳理

为了适应系统运行变化以及对于弱电强磁运行场景的应用需求，RCS/PCS-901系列装置针对纵联零序方向元件进行了优化完善处理。在各个不同时间阶段，RCS/PCS-901系列装置的纵联零序方向存在如下3种不同的处理方式：

a.纵联零序方向元件仅采用零序功率方向进行正反方向判别；

b.纵联零序方向元件采用零负序功率方向进行综合判别；

c.纵联零序方向元件采用优化后的零负序功率方向综合判别方法(此方法能够适应环网运行情况)。

2.2 RCS/PCS-901系列装置逻辑及配合解决

针对RCS/PCS-901及902系列纵联零序保护不同版本之前配合存在判据不一致情况，在遇特殊运行方式可能存在拒动、误动的情况下，结合停电对C、D两站两侧的保护进行升级改造，由于C站是智能变电站，为了工作的简便，以及不增加新的保护版本，将D站侧的RCS-901GV直接更换为PCS-901G装置，解决了C、D两站的联络乙线在特殊的运行方式下误动的可能性。

针对系统中各类运行场景(主要为常规系统、弱电强磁系统、环网系统)下不同配合关系的适用性如表2所示。

表2 不同运行场景下配合情况

3 结论

在常规非环网系统中，由于零序和负序源均位于故障点并向两侧呈辐射传播，非故障线路上两侧功率方向必然一侧为正方向，一侧为反方向，并且同一侧的零序和负序功率方向结果相同。

在环网系统中，由于零序和负序网络不对称，在特定地点发生区外接地故障时，两侧功率方向仍然一侧为正方向，一侧为反方向，但可能出现同一侧的零序和负序功率方向结果相反，即本次乙线的故障特征。

当环网系统中，出现本线路上PCS-901G-ETB(1.00)和RCS-901GV(R5.00)这两个版本之间相互配合时，由于存在一侧采用零序功率方向结果，一侧采用负序功率方向结果的可能性，会造成两侧功率均判为正方向，纵联零序方向存在误动风险。

需要说明的是，RCS/PCS-901系列保护变化量反方向元件优先，当变化量方向元件灵敏度足够的情况下，区外故障变化量方向元件应该一侧为正方向，一侧为反方向，因此变化量反方向侧可以判出反方向，从而避免不正确动作。本次故障中变化量方向未能达到判别灵敏度要求。

综上所述，本次故障中，PCS-901G-ETB(1.00)和RCS-901GV(R5.00)这两个版本配合应用时，在特定地点区外故障零负序功率方向结果的选取导致两侧均判为正方向从而动作。另外，对于区内故障和常规区外故障，乙线路上的零负序电流不会出现方向相反的特征时，901的纵联零序方向保护动作行为不会出现异常，同时两侧辅助选相元件亦能正确选相。