從220KV線路故障跳閘事件透析高頻保護(hù)的不足

摘 要：220KV高壓線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障量在保護(hù)定值的臨界狀態(tài)，由于線路兩套保護(hù)裝置采樣差異的影響，導(dǎo)致高頻保護(hù)未能正確動(dòng)作。根據(jù)保護(hù)裝置記錄的動(dòng)作信息，對高頻保護(hù)動(dòng)作行為進(jìn)行了分析，并對高頻保護(hù)通道結(jié)構(gòu)和高頻保護(hù)原理上的弱點(diǎn)以及基于光纖通道的縱聯(lián)保的相對優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行適宜的闡述。目前，光纖保護(hù)已成為高壓線路保護(hù)的主流選擇，我廠220KV線路的主保護(hù)正在逐步從原來基建投產(chǎn)的高頻保護(hù)向光纖保護(hù)改造過渡。

1.事件介紹

A線路保護(hù)的配置

某220kV廠站線保護(hù)雙重化配置，中調(diào)命名為主一和主二保護(hù)。主一保護(hù)由縱聯(lián)距離保護(hù)、縱聯(lián)零序保護(hù)、三段式相間距離保護(hù)、三段式接地距離保護(hù)、四段式零序方向電流保護(hù)組成?？v聯(lián)保護(hù)通道為光纖通道，原理為允許式光纖縱聯(lián)保護(hù)。主二保護(hù)由縱聯(lián)距離保護(hù)、縱聯(lián)零序保護(hù)、三段式相間距離保護(hù)、三段式接地距離保護(hù)、四段式零序方向電流保護(hù)組成?？v聯(lián)保護(hù)通道為高頻通道，原理為閉鎖式高頻保護(hù)。

B事件簡介

2011年8月09日12時(shí)，某220kV廠站線發(fā)生C相經(jīng)過渡電阻接地故障，變電站側(cè)主一保護(hù)的接地距離I段動(dòng)作、光纖縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，主二保護(hù)的接地距離I段動(dòng)作、高頻保護(hù)未動(dòng)作;電廠側(cè)主一保護(hù)的光纖縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，主二的高頻保護(hù)未動(dòng)作。通過對線路兩側(cè)動(dòng)作信息的匯總以及從保護(hù)裝置的內(nèi)部錄波信息分辨出線路兩側(cè)主一的光纖縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作行為正確，但是主二的高頻保護(hù)在線路故障發(fā)生時(shí)，變電站側(cè)保護(hù)正確停信(閉鎖式)，電廠側(cè)高頻縱聯(lián)保護(hù)沒有停信從而導(dǎo)致兩側(cè)高頻保護(hù)均未動(dòng)作。以下主要對電廠側(cè)主二的高頻保護(hù)的行為過程進(jìn)行分析。

2.保護(hù)動(dòng)作行為分析

下圖為電廠側(cè)主二保護(hù)動(dòng)作后，用保護(hù)的軟件調(diào)出保護(hù)裝置的內(nèi)部錄波，從錄波圖獲得以下動(dòng)作時(shí)間信息：82ms保護(hù)停信，但是僅停了6ms左右，于88ms再次發(fā)信，在125ms時(shí)保護(hù)再次停信，此次停信后主二保護(hù)裝置并未跳閘。

圖1 電廠側(cè)主二保護(hù)裝置錄波圖

現(xiàn)主要對如下幾個(gè)疑問點(diǎn)進(jìn)行逐一分析：

82ms保護(hù)停信，6ms后于88ms再次發(fā)信：電廠側(cè)主二保護(hù)的高頻零序電流定值為1.6A，在88ms時(shí)，由于保護(hù)計(jì)算的零序電流定值小于1.6A(從圖2中可以看出)，所以88ms左右高頻零序正方向元件返回，保護(hù)于88ms左右開始再次發(fā)信。

在122ms時(shí)保護(hù)再次停信：由于100ms左右，零序電流又大于1.6A，高頻零序正方向元件經(jīng)過20ms延時(shí)確認(rèn)后動(dòng)作，于122ms左右保護(hù)再次停信。

在129ms時(shí)保護(hù)停信且收不到閉鎖信號，但高頻保護(hù)未跳閘：正常情況下，高頻保護(hù)停信且收不到閉鎖信號后持續(xù)8ms，保護(hù)發(fā)跳閘令，所以理論上高頻保護(hù)應(yīng)該在137ms跳閘出口。但是主二的高頻縱聯(lián)保護(hù)在發(fā)跳閘令時(shí)，需要滿足當(dāng)前電流值大于一周波前電流值的0.8倍，增加此判據(jù)的目的是為了防止縱聯(lián)方向保護(hù)在開關(guān)分閘時(shí)(如開關(guān)偷跳)誤動(dòng)作。由于此時(shí)故障已經(jīng)被主一保護(hù)切除，故障相C相電流呈衰減趨勢，不滿足跳閘出口條件，因此主二的高頻保護(hù)未發(fā)跳閘令。

圖2 電廠側(cè)主二保護(hù)的零序電流(Im0)幅值

3.光纖縱聯(lián)保護(hù)與高頻保護(hù)優(yōu)劣性分析

A高頻保護(hù)通道結(jié)構(gòu)上的弱點(diǎn)

高頻通道由輸電線路、阻波器、耦合電容器、結(jié)合濾波器、高頻電費(fèi)、收發(fā)信機(jī)等組成，其加工設(shè)備眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。高頻信號主要以弱電耦合方式傳輸，易受電磁干擾、天氣環(huán)境等影響，使高頻通道故障時(shí)有發(fā)生。我廠曾出現(xiàn)幾起高頻通道的典型故障：

某220KV廠站甲線A相阻波器調(diào)諧元件故障，高頻信號向電廠開關(guān)站傳輸，導(dǎo)致線路兩側(cè)收發(fā)信機(jī)收到高頻信號過低，裝置發(fā)3dB告警信號，通道故障期間高頻保護(hù)退出運(yùn)行。更換故障元件后，恢復(fù)設(shè)備正常狀態(tài)。

某220KV廠站乙線高頻通道對調(diào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)A相收發(fā)信機(jī)由于線線濾拖件的問題引起阻抗不匹配，導(dǎo)致兩側(cè)線路衰耗相差6dB。按《WXH-11、WXB-11、SWXB-11型微機(jī)保護(hù)檢驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定：“如兩側(cè)的傳輸衰耗值相差大于3dB時(shí)，則需再次核對通道加工設(shè)備是否良好，阻抗是否匹配，只有證實(shí)每個(gè)加工設(shè)備的技術(shù)性能都符合規(guī)定要求，不存在其它疑問時(shí)，才允許兩側(cè)的傳輸衰耗有較大的差值”。按此規(guī)定，該A相高步保護(hù)不能投入運(yùn)行。經(jīng)更換收發(fā)信機(jī)的線濾插件后，測試兩側(cè)傳輸衰耗相差為1.5dB,通道符合投運(yùn)要求.

某220KV廠站丙線兩次區(qū)外故障(相鄰線路發(fā)生單相接地故障)時(shí)高頻保護(hù)沒有收到閉鎖信號而誤動(dòng)。事后分析結(jié)果是由于結(jié)合濾波器的問題引起高頻信號的堵塞造成高頻保護(hù)的誤動(dòng)?，F(xiàn)場采用提高通道收信裕度，線路兩側(cè)用特制專用的窄頻結(jié)合濾波器更換解決問題。

近年來，經(jīng)現(xiàn)場繼保人員對高頻通道的精心維護(hù)，高頻保護(hù)的可靠性有所提高，但是由于高頻通道結(jié)構(gòu)上的固有缺點(diǎn)，通道故障概率較高，國內(nèi)電網(wǎng)由于高頻通道的問題引起高頻保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

B高頻閉鎖式保護(hù)原理上的弱點(diǎn)

光纖縱聯(lián)保護(hù)先動(dòng)作跳閘將故障切除，高頻保護(hù)返回的事件在我廠是第一次，但根據(jù)搜索到信息表明在國內(nèi)電網(wǎng)已多次發(fā)生，并不偶然，而是有一定的普遍性。這個(gè)現(xiàn)象給我們的啟示是高頻閉鎖式保護(hù)比光纖允許式縱聯(lián)保護(hù)或光纖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作速度慢。經(jīng)過對高頻保護(hù)原理的深入分析，發(fā)現(xiàn)高頻保護(hù)與光纖保護(hù)相比有以下的固有延時(shí)，導(dǎo)致動(dòng)作速度慢：

高頻信號傳輸：高頻通道上的加工設(shè)備復(fù)雜，加工環(huán)節(jié)較多，其中除了高頻信號在通道上傳導(dǎo)時(shí)間外，還有收發(fā)信機(jī)的信號處理、保護(hù)和收發(fā)信機(jī)接口的延時(shí)。而光差保護(hù)通道相對簡單，尤其是在光纖直連方式下，兩側(cè)兩套光纖保護(hù)無任何中間環(huán)節(jié)。

高頻通道的抗干擾：高頻信號易受電磁干擾、天氣環(huán)境的影響。為了防止高頻通道上產(chǎn)生干擾信號導(dǎo)致保護(hù)錯(cuò)判造成拒動(dòng)或誤動(dòng)，許多線路保護(hù)的設(shè)備廠家都采用了延時(shí)的方法。如PSL 600G系列保護(hù)為防止通道上的干擾，保護(hù)中設(shè)置了信號確認(rèn)的延時(shí)時(shí)間，分為兩級延時(shí)，一是保護(hù)必須在收到閉鎖信號5ms后才允許停信，二是保護(hù)停信后要連續(xù)`8ms收不到閉鎖信號才動(dòng)作出口。而光纖通道抗干擾性能本身較強(qiáng)，同時(shí)軟件處理時(shí)也能夠?qū)鬏數(shù)臄?shù)字信號有校驗(yàn)防誤功能，在抗干擾上無過多的延時(shí)。

保護(hù)原理上弱點(diǎn)：在線路末端故障時(shí)，近故障一側(cè)故障量大，一旦超出定值，很快即能完成保護(hù)的起動(dòng)、發(fā)信、停信過程，遠(yuǎn)故障一側(cè)由于故障量相對較小，靈敏度不足，起動(dòng)、發(fā)信、停信過程慢。而高頻閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)原理需雙側(cè)均停信后才可能動(dòng)作出口?？v聯(lián)延時(shí)在經(jīng)過渡電阻故障或發(fā)展性故障情況下更為明顯。

C光纖通道的優(yōu)點(diǎn)分析

光纖縱聯(lián)保護(hù)通道不受電網(wǎng)運(yùn)行工況的影響，不論線路發(fā)生單相或兩相接地故障，均不會(huì)像電力載波通道那樣發(fā)生通道阻塞，也不存在電力載波的頻率擁擠問題。光纖通道數(shù)據(jù)的傳輸速率一般采用復(fù)用2Mb/s實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，整個(gè)通道時(shí)延不大于5ms，可以實(shí)現(xiàn)線路兩側(cè)保護(hù)間的電流數(shù)據(jù)和開關(guān)量同步交換。而高頻保護(hù)是通過線路兩側(cè)交換高頻信號來確定故障范圍，不能進(jìn)行兩側(cè)的電氣量數(shù)據(jù)交換，光纖通道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也是載波通道無法比擬的?；诠饫w通道的縱聯(lián)保護(hù)比載波通道有更好的可靠性。因而，光纖通道與繼電保護(hù)相結(jié)合的微機(jī)縱聯(lián)保護(hù)得到廣泛的運(yùn)用。

4. 結(jié)束語

從上述得知，基于光纖通道的縱聯(lián)保護(hù)比高頻保護(hù)動(dòng)作速度快和動(dòng)作可靠。另外，光纖差動(dòng)保護(hù)采用簡單的電流差動(dòng)原理，判據(jù)采用被保護(hù)線路各側(cè)的電流，測量簡單可靠，避免了高頻保護(hù)由于后備保護(hù)的單端數(shù)據(jù)采樣時(shí)需采集電壓和電流矢量，動(dòng)作邊界難以準(zhǔn)確測量的缺點(diǎn)。所以按原理上說220KV輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)推薦采用光纖通道。目前，我廠220KV高壓輸電線路縱聯(lián)保護(hù)正在逐步完成從原來基建投產(chǎn)的高頻保護(hù)向光纖保護(hù)改造過渡。該文原載于中國社會(huì)科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場信息導(dǎo)報(bào)》雜志http://www.ems86.com總第445期2012年第08期(2月28 日出版)-----轉(zhuǎn)載須注名來源

參考文獻(xiàn)

[1] 國家電力調(diào)度中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)典型故障分析[M].北京:中國電力出版社,2001

[2] DL/T 5062-1996.微波電路傳輸繼電保護(hù)信息設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定,2007

[3] 金建源.輸電線路高頻保護(hù)[M].北京:水利電力出版社,1987