220kV线路保护跳闸事故的原因分析及解决对策

摘要：针对一起220 kV线路保护跳闸事故，在变电站现场检查与故障波形、数据分析的基础上，指出“单相故障情况下，相间元件动作”为本次线路出现故障的主要原因，据此提出了“让相间元件不动作”和“修改闭锁逻辑”两种故障解决方式。结果表明，这两种方式在220 kV线路保护跳闸事故处理中的作用突出，对于保障高压电网的安全稳定运行具有重要意义。

关键词：220 kV;线路保护;跳闸事故;相间原件;闭锁逻辑

0 引言

220 kV高压线路在电能输送过程中发挥着关键作用，有效满足了人们的电能使用需求，为现代社会生产和居民生活创造了有利条件。线路保护跳闸事故严重威胁着220 kV高压线路的输电效率与输电安全，因此，有必要对220 kV线路保护跳闸事故的原因进行分析，并提出相应的解决对策。在以往的线路保护跳闸事故研究中，对三跳不重合、特殊情况下继电保护拒动和误动、保护装置软件升级等问题的考虑较少，使得线路保护跳闸故障无法在短期内解决，且在后期仍有可能再次出现同样的故障。为此，本文针对一起220 kV线路保护跳闸事故，从跳闸事故继电保护动作及修改闭锁装置软件逻辑两个层面，处理了该线路保护跳闸事故，取得了良好的成效。

1 项目概况

1.1    220 kV线路保护装置及运行方式

某220 kV线路设计为单侧电源线路，该线路两侧配置了单套RCS-902A+LFX-912高频保护装置。该线路作为一条弱馈线路，在整定设计中，要求两侧主保护高频退出，同时电源侧距离和零序保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ投入，此外重合闸QK把手切在“三重方式”上，使得距离Ⅱ段闭重投入。在负荷侧全部保护退出后，重合闸停用。线路保护定值设计为：接地距离Ⅱ段、相间距离Ⅱ段分别为0.6 s和0.3 s，该设置下“投三相跳闸方式”置1。

1.2    220 kV线路保护装置跳闸事故

2019-06-05T21：47，该220 kV线路因吊车误碰线而发生了负荷侧A相接地故障，受该故障影响，电源侧RCS-902A保护装置相间距离Ⅱ段动作跳闸。我们调查该事故发现，在321 ms时，距离Ⅱ段动作跳闸不重合，出现了较为明显的“三跳不重合”问题。受该故障影响，负荷侧的保护装置未动作，使得负荷侧短时损失负荷达到90.5 MVA;同时，受运作方式制约影响，RCS-902A高频保护未投入使用并动作，造成了电能负荷的严重损害，极大地降低了高压线路应用的安全性，给人们的正常用电带来一定的安全隐患[1]。本次事故下的保护装置波形如图1所示。

2 220 kV线路保护跳闸事故的原因分析

2.1    提出假设

本高压线路设定接地距离Ⅱ段、相间距离Ⅱ段的保护定值分别为0.6 s和0.3 s。从电路动作形态来看，其属于相间距离Ⅱ段动作，同时其定值中“投三相跳闸方式”置1。该模式下，一旦接地距离Ⅱ段保护动作，则整个线路保护系统将出现三跳问题。此时，可考慮巡线故障为单相故障。在220 kV线路保护跳闸事故的原因分析及处理过程中，需考虑巡线单相故障下，为何相间距离保护会动作。

2.2    问题分析

本项目中，需根据相间距离Ⅱ段整定值进行电压、电流二次数据计算，当线路保护装置发生故障时，可将出现故障30 ms后的电压二次数据表示为：

通过上述计算可知，当相间距离Ⅱ段的线路保护装置发生故障时，短路阻抗远远小于动作阻抗。此时短路阻抗落在相间距离Ⅱ段阻抗圆内，相间距离Ⅱ段阻抗继电器会继续动作，根据该条件，可计算A相接地继电器的测量阻抗，具体结果为：

A相接地继电器的测量阻抗计算中，K为系数，其参数值为0.6。由此计算结果可知，在40.3°条件下，动作阻抗不小于测量阻抗。由此可知，测量阻抗落在接地距离Ⅱ段阻抗定值2.95∠80°圆内，接地距离Ⅱ段阻抗继电器动作[2]。

线路保护中，在距离保护Ⅱ段动作设置闭锁重合闸，该闭锁重合闸保护程序设计中，针对Za、Zab的设计，厂家设计当其中一个阻抗继电器动作时，经相应的控制逻辑即可出口。本次故障中，由于相间距离Ⅱ段和接地距离Ⅱ段的动作时间具有差异性，这使得其跳闸时间不同，其中相间距离Ⅱ段跳闸时间较早，而接地距离Ⅱ段动作跳闸较晚，两者相差321 ms。此外，本线路将“相间距离Ⅱ段闭重”的定值设计为1，受其影响，相间距离Ⅱ段动作后闭锁重合闸，造成重合闸不动作。

3 单相故障的处理建议

3.1    接地距离II段、相间距离II段时间设置差异

本220 kV线路使用中，将接地距离Ⅱ段时间设置为0.6 s，相间距离Ⅱ段时间设置为0.3 s。这是因为相间故障对系统具有较大冲击，在线路设计中要求快速切除故障，而单相接地状况下的冲击较小，可适当延长时间设置，这样能有效保证线路运行的稳定性。针对本次保护线路跳闸中出现的“三跳不重合”问题，建议将相间距离Ⅱ段时间和接地距离Ⅱ段时间整定一致。

3.2    单相接地故障下的相间距离动作处理

传统线路保护中，人们认为一旦线路发生单相接地故障，则相间距离保护不会动作。然而从线路控制时间来看，通过对故障电压、故障电流的计算，一旦测量阻抗落于阻抗圆内，产生接地故障时，存在一定过渡电阻，则相间距离保护会动作[3]。

3.3    单相故障下的三跳不重合闸

单相故障下，相间距离Ⅱ段动作后，三跳不重合闸问题与线路系统RCS-902A保护装置的逻辑设定具有一定关系。该逻辑设定为：一旦判断相间距离Ⅱ段动作出口闭重定值为1，则保护装置会发生闭锁合闸，其未能考虑到选相元件选择的是单相故障还是多相故障。建议在后期处理中，根据单相故障或多相故障进行差异化处理。

4 220 kV线路保护跳闸事故的解决对策

针对本项目220 kV线路保护跳闸事故，提出单相接地故障时让相间元件不动作和修改闭锁逻辑两种处理方式。

4.1    让相间元件不动作

220 kV线路发生单相接地故障时，让相间元件不动作，能有效解决220 kV线路保护跳闸及其引发的一系列问题。在实际处理中，先进行选相元件计算，该过程中一旦确定选相单元的故障类型，则仅对故障相相关的继电器元件进行计算，这样能有效减少CPU运算量，提高动作速度。需要注意的是，采用该方式应注重接地故障和相间短路的有效区分，两者的区分方法为判断线路是否有零序电流。这样能避免单相故障情况下，相间元件动作，确保供电稳定性。

4.2    修改闭锁逻辑

针对单相故障情况下，相间元件动作的问题，可采用修改闭锁逻辑的方式进行处理。就原RCS-902A闭锁保护装置而言，其相间Ⅱ段的闭锁逻辑表达如图2所示。

修改闭锁逻辑时，重新设置保护选相元件的作业条件，新设置中增加“选多相”条件，该条件下，只有当相间距离元件动作、定值中“相间距离Ⅱ段闭重”置1，且保护选相元件符合“选多相”条件时，系统才会闭锁。在发生单相接地故障时，通过选择单相控制、联络线能实现选相跳闸与重合;否则，即便单相故障下相间元件动作，也不会发生三跳不重合闸故障。修改后的RCS-902A相间Ⅱ段闭锁逻辑图如图3所示。

5 结语

引起220 kV线路保护跳闸事故的原因较為复杂，线路保护跳闸容易造成电能损耗，破坏线路系统稳定性，并影响用电安全。结合本文的220 kV线路保护装置跳闸事故的处理过程可知：

（1）针对单相故障下相间元件动作后，三跳不重合闸的问题，采用“让相间元件不动作”和“修改闭锁逻辑”的方式能有效解决该问题。

（2）在线路保护装置生产中，应注重对内部逻辑隐形缺陷的处理，通过保护装置内部逻辑测试，防止特殊情况下出现继电保护拒动和误动的问题。

（3）在高压线路运行管理中，相关人员应严格遵守国家对保护装置的管理要求，并对相应的装置进行软件升级，对相应装置版本号和校验码进行综合管理，这样能有效提升高压电网运行的高效性、稳定性和安全性。

[参考文献]

[1] 高大全，李波，唐大洪.220 kV线路-发变组单元接线中远方跳闸保护的分析与改进[J].冶金动力，2020（5）：3-5.

[2] 李文文，牛元泰，闫明阳，等.220 kV线路光纤纵联保护误动分析与防范措施[J].电工电气，2019（7）：69-70.

[3] 谢卓明.一起220 kV线路开关单相跳闸重合不成功的故障分析及预控措施[J].机电信息，2018（36）：24-25.

收稿日期：2020-06-29

作者简介：陈亮（1981—），男，江苏兴化人，硕士，工程师，研究方向：电气工程。