錢(qián)建國(guó)

（浙江電力調(diào)度通信中心，杭州 310007）

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，同桿并架線路在電網(wǎng)中的應(yīng)用越來(lái)越多；而隨著電網(wǎng)分層分區(qū)的實(shí)施，同桿雙回線送終端變電所也越來(lái)越常見(jiàn)。浙江省地處東南沿海，是雷電密集地區(qū)，雷擊引起的線路故障時(shí)有發(fā)生，雷擊導(dǎo)致同桿并架線路同時(shí)故障對(duì)電網(wǎng)的危害十分嚴(yán)重。220 kV珠山變電站是由同桿并架線路供電的終端變電站，其兩回進(jìn)線曾因雷擊同時(shí)跳閘，故障現(xiàn)象及保護(hù)動(dòng)作行為較為特別，引起了筆者的注意。

1 故障前運(yùn)行方式及保護(hù)配置

珠山變電站220 kV系統(tǒng)接線方式及相關(guān)保護(hù)配置如圖1所示。雁山4375線全長(zhǎng)23 km，珠垂2479線全長(zhǎng)12 km，2條線路從珠山變電站出線，約有12 km為同桿架設(shè)。雁山4375線、珠垂2479線各配置2套普通高頻保護(hù)，雁山4375線兩側(cè)線路保護(hù)為CSC101A+RCS901A，珠垂2479線兩側(cè)線路保護(hù)為CSL101A+RCS901A；線路保護(hù)均配置單相重合閘。

2 保護(hù)動(dòng)作情況

雁山4375線、珠垂2479線因電源側(cè)發(fā)生雷擊而同時(shí)三相跳閘，導(dǎo)致220 kV珠山變電站失去主電源。故障時(shí)2條線路保護(hù)動(dòng)作情況如下：

（1）南雁變電站雁山4375線保護(hù)動(dòng)作行為：第一套保護(hù)CSC101A 26 ms距離Ⅰ段、32 ms縱聯(lián)距離保護(hù)動(dòng)作跳三相；第二套保護(hù)RCS901A 11 ms工頻變化量阻抗、28 ms距離Ⅰ段、32 ms縱聯(lián)零序和變化量方向保護(hù)動(dòng)作跳三相。

（2）珠山變電站雁山4375線保護(hù)動(dòng)作行為：第一套保護(hù)CSC101A 15 ms零序Ⅰ段、25 ms距離Ⅰ段、37 ms縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作跳B(niǎo)相；第二套保護(hù)RCS901A 8 ms工頻變化量阻抗、28 ms距離Ⅰ段、縱聯(lián)零序和變化量方向保護(hù)動(dòng)作跳B(niǎo)相、77 ms縱聯(lián)變化量方向保護(hù)動(dòng)作跳三相。

（3）珠山變電站珠垂2479線保護(hù)動(dòng)作行為：第一套保護(hù)CSL101A保護(hù)未動(dòng)作；第二套保護(hù)RCS901A 28 ms距離Ⅰ段、48 ms縱聯(lián)零序和變化量方向保護(hù)動(dòng)作跳B(niǎo)相、62 ms縱聯(lián)零序和變化量方向保護(hù)動(dòng)作跳三相。

（4）垂楊變電站珠垂2479線保護(hù)動(dòng)作行為：第一套保護(hù)CSL101A距離Ⅰ段動(dòng)作跳A相（因保護(hù)報(bào)告無(wú)法打印，僅由值班人員從裝置面板抄錄保護(hù)動(dòng)作報(bào)文）；第二套保護(hù)RCS901A 12 ms工頻變化量阻抗、29 ms距離Ⅰ段、66 ms縱聯(lián)變化量方向保護(hù)動(dòng)作跳三相。

可見(jiàn)，2條線路的8套線路保護(hù)動(dòng)作行為及動(dòng)作時(shí)序各不相同。究竟是發(fā)生了什么故障導(dǎo)致了各不相同的保護(hù)動(dòng)作行為？這8套線路保護(hù)中是否存在不正確動(dòng)作的情況？如果存在不正確動(dòng)作，應(yīng)采取什么措施加以防范？帶著這些疑問(wèn)，對(duì)保護(hù)動(dòng)作行為進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

3 故障類(lèi)型及故障定位

為分析兩側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作行為的正確性，首先通過(guò)分析故障錄波圖及保護(hù)動(dòng)作報(bào)告來(lái)確定故障類(lèi)型及故障位置。

南雁變電站雁山4375線故障錄波見(jiàn)圖2。從圖中可以看到：雁山4375線AB相電壓下降、電流明顯增大，同時(shí)伴有零序電壓和零序電流存在。由此可以判定系統(tǒng)中發(fā)生了AB兩相接地故障。同時(shí)，2套線路保護(hù)動(dòng)作行為一致，均為第一時(shí)間三相跳閘不重合，說(shuō)明故障點(diǎn)極有可能就在雁山4375線上。

垂楊變電站珠垂2479線的故障錄波見(jiàn)圖3。從圖中可以看到：珠垂2479線AB相電壓下降、電流明顯增大，同時(shí)伴有零序電壓和零序電流。由此也可以判定系統(tǒng)中發(fā)生了AB兩相接地故障。但2套線路保護(hù)動(dòng)作行為不一致，珠垂2479線故障有待進(jìn)一步分析。

圖2 南雁變電站雁山4375線故障錄波

圖3 垂楊變電站珠垂2479線故障錄波

由于220 kV珠山變電站為終端變電站，故障時(shí)僅有線路保護(hù)動(dòng)作而未見(jiàn)系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備保護(hù)動(dòng)作，綜合故障波形和保護(hù)動(dòng)作情況分析，可以得出的結(jié)論是：在雁山4375線和珠垂2479線上發(fā)生了AB相間接地故障。

珠山變電站雁山4375線和珠垂2479線的故障錄波如圖4所示，可分析得出以下結(jié)論：

（1）珠山變電站A相電壓下降，2條線路A相電流均很小，且接近同相；2條線路各側(cè)A相電流斷弧時(shí)間各不相同。由于珠山變電站為終端變電站，可以知道雁山4375線和珠垂2479線上均存在A相接地故障，A相電流接近于故障點(diǎn)提供的零序電流。

圖4 珠山變電站雁山4375線/珠垂2479線故障錄波

（2）母線B相電壓下降，2條線路B相電流均很大，且接近反相。說(shuō)明2條線路B相為穿越性電流，B相只存在1個(gè)接地點(diǎn)。

（3）珠山變電站2條線路B相故障電流、垂楊變電站珠垂2479線B相故障電流持續(xù)時(shí)間一致，均約為40 ms，說(shuō)明B相故障點(diǎn)在雁山4375線上。因?yàn)橹挥挟?dāng)最接近故障的斷路器B相率先斷開(kāi)后，才會(huì)出現(xiàn)所有電源側(cè)的斷路器故障電流同時(shí)消失的現(xiàn)象。

（4）母線B相電壓超前雁山4375線B相電流約80°、滯后珠垂2479線B相電流約100°。說(shuō)明從珠山變電站來(lái)看，雁山4375線B相發(fā)生正方向故障、珠垂2479線B相發(fā)生反方向故障，即B相故障點(diǎn)在雁山4375線上。

綜上所述，雷擊造成的故障為雁山4375線發(fā)生AB兩相接地故障、珠垂2479線發(fā)生A相接地故障。

4 保護(hù)動(dòng)作行為分析

4.1 保護(hù)原理

由于本次故障較為特殊，線路各側(cè)保護(hù)動(dòng)作行為差異較大，為更好地分析保護(hù)動(dòng)作行為，首先對(duì)不同廠家的保護(hù)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作行為同時(shí)受選相元件和測(cè)量元件的影響[1]，不同廠家在這2個(gè)元件上的處理方式不同可能導(dǎo)致不同的動(dòng)作行為。

北京四方公司CSC，CSL線路保護(hù)采用先選相再測(cè)量的邏輯，選相元件有相電流差突變量選相、零序/負(fù)序分量選相等。即保護(hù)啟動(dòng)后第一時(shí)間進(jìn)行選相，根據(jù)選相結(jié)果再（僅）進(jìn)行故障相元件測(cè)量。若此時(shí)測(cè)量結(jié)果在保護(hù)整定范圍內(nèi)，則保護(hù)動(dòng)作出口，否則保護(hù)不動(dòng)作。在線路非全相運(yùn)行期間，測(cè)量健全相的電流突變量，當(dāng)健全相的電流有一定突變量時(shí)才能再次開(kāi)放保護(hù)動(dòng)作。

南瑞繼保公司的RCS線路保護(hù)采用選相與測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，選相元件有相電流差突變量選相、零序/負(fù)序分量選相等[2]。即保護(hù)啟動(dòng)后同時(shí)進(jìn)行選相和測(cè)量結(jié)果計(jì)算，若測(cè)量結(jié)果不在保護(hù)整定范圍內(nèi)，則保護(hù)不動(dòng)作；若測(cè)量結(jié)果在保護(hù)整定范圍內(nèi)，且有選相結(jié)果時(shí)，則按選相元件的結(jié)果進(jìn)行跳閘；若測(cè)量結(jié)果在保護(hù)整定范圍內(nèi)，但無(wú)選相結(jié)果，則選相失敗，經(jīng)短暫延時(shí)后跳三相。選相跳閘進(jìn)入非全相運(yùn)行后，若仍有測(cè)量結(jié)果在保護(hù)整定范圍內(nèi)，保護(hù)再次動(dòng)作跳三相。

從上述分析可以知道，選相元件在繼電保護(hù)裝置中處于非常重要的地位，選相的正確性與保護(hù)裝置動(dòng)作行為的正確性休戚相關(guān)。對(duì)于僅有線路單側(cè)電氣量的保護(hù)裝置而言，無(wú)論采用何種選相元件，總會(huì)存在死區(qū)。對(duì)于四方保護(hù)，正、反向故障同時(shí)發(fā)生異名相故障時(shí)，保護(hù)可能拒動(dòng)；而對(duì)于南瑞保護(hù)，正、反向故障同時(shí)發(fā)生異名相故障時(shí)，保護(hù)則可能誤跳三相。鑒于繼電保護(hù)裝置存在的局限性，規(guī)程規(guī)定“制定保護(hù)配置方案時(shí)，對(duì)兩種故障同時(shí)出現(xiàn)的稀有情況可僅保證切除故障”[3]，并不要求保護(hù)裝置在任何時(shí)候均能夠保證選擇性。對(duì)于分相電流差動(dòng)保護(hù)而言，因保護(hù)裝置同時(shí)具有線路兩側(cè)的電氣量信息，差動(dòng)元件具有天然的選相優(yōu)勢(shì)，能夠保證在復(fù)雜故障時(shí)正確選相、正確跳閘。

4.2 南雁變電站雁山4375線保護(hù)動(dòng)作行為分析

從分析來(lái)看，雁山4375線發(fā)生AB相間接地故障。500 kV南雁變電站作為主電源，其線路保護(hù)感受到線路正向發(fā)生兩相接地故障，2套保護(hù)均瞬時(shí)動(dòng)作跳三相，保護(hù)動(dòng)作行為正確無(wú)誤。

4.3 珠山變電站雁山4375線保護(hù)動(dòng)作行為分析

第一套保護(hù)CSC101A：從雁山4375線錄波圖中可以看出，B相電流突變量很大，保護(hù)第一時(shí)間選成B相，再進(jìn)行B相元件的測(cè)量工作，所以保護(hù)第一時(shí)間跳B(niǎo)相。B相故障切除后，線路上仍然存在A相故障，但由于沒(méi)有電流突變量，保護(hù)不會(huì)再次動(dòng)作，因此CSC101A僅跳B(niǎo)相。

第二套保護(hù)RCS901A：保護(hù)啟動(dòng)后同時(shí)進(jìn)行選相和測(cè)量工作，測(cè)量元件有A，B相動(dòng)作，由于B相電流突變量很大，保護(hù)第一時(shí)間選成B相，因此保護(hù)第一時(shí)間跳B(niǎo)相。B相故障切除后，線路上仍然存在A相故障，A相測(cè)量元件一直動(dòng)作，保護(hù)再次動(dòng)作跳三相。

4.4 珠山變電站珠垂2479線保護(hù)動(dòng)作行為分析

第一套保護(hù)CSL101A：從珠垂2479線錄波圖中可以看出，B相電流突變量很大，保護(hù)第一時(shí)間選成B相，由于線路發(fā)生A相接地故障而非B相，B相測(cè)量結(jié)果不在整定范圍內(nèi)，所以保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

第二套保護(hù)RCS901A：保護(hù)啟動(dòng)后同時(shí)進(jìn)行選相和測(cè)量工作，測(cè)量結(jié)果為A相動(dòng)作；由于B相電流突變量很大，保護(hù)第一時(shí)間選成B相，因此保護(hù)第一時(shí)間跳B(niǎo)相。B相跳開(kāi)后，線路上仍然存在A相故障，A相測(cè)量元件一直動(dòng)作，保護(hù)再次動(dòng)作跳三相。

4.5 垂楊變電站珠垂2479線保護(hù)動(dòng)作行為分析

第一套保護(hù)CSL101A：從珠垂2479線波形圖中可以看出，A，B兩相電流突變量均很大，A相電流約為B相的2.5倍。從故障波形來(lái)看，保護(hù)選成A，B相的可能更大。但實(shí)際保護(hù)選成A相，并動(dòng)作跳A相。因保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告無(wú)法打印，故無(wú)法對(duì)其作進(jìn)一步分析。事后對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行了相關(guān)檢驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常情況。

第二套保護(hù)RCS901A：保護(hù)啟動(dòng)后同時(shí)進(jìn)行選相和測(cè)量工作，A相測(cè)量元件動(dòng)作；A，B兩相電流突變量均很大，選相結(jié)果為A相和B相，因此保護(hù)動(dòng)作跳三相。

從上述分析可以看出，雁山4375線、珠垂2479線的8套線路保護(hù)雖然動(dòng)作行為及動(dòng)作時(shí)序各不相同，但除珠垂2479線垂楊側(cè)第一套保護(hù)因保護(hù)動(dòng)作報(bào)告無(wú)法打印而不能進(jìn)一步分析外，其余保護(hù)裝置的動(dòng)作行為均符合保護(hù)制造廠家最初的設(shè)計(jì)原理。

5 對(duì)策

同桿并架線路因雷擊發(fā)生故障的情況非常普遍，但2條線路同時(shí)發(fā)生同名相故障占絕對(duì)多數(shù)，發(fā)生異名相跨線故障的情況非常罕見(jiàn)。

在本次故障中，同桿并架線路發(fā)生了異名相跨線故障，雖然保護(hù)動(dòng)作均符合設(shè)計(jì)原理，但由于高頻保護(hù)原理上的先天不足，在異名相跨線故障時(shí)因選相原因而三相跳閘，導(dǎo)致珠山變電站失去主電源。若雁山4375線、珠垂2479線配置為分相電流差動(dòng)保護(hù)，則在本次故障中保護(hù)裝置將能夠正確選相、跳閘，即雁山4375線兩側(cè)將三相跳閘，珠垂2479線兩側(cè)將單相跳閘后重合，極有可能為220 kV珠山變電站保留1個(gè)主電源。因此，在同桿并架線路上架設(shè)光纖通道，配置分相電流差動(dòng)保護(hù)可以解決異名相跨線故障時(shí)的選相問(wèn)題，從而有效提高線路的供電可靠性。

需要指出的是，優(yōu)化、強(qiáng)化繼電保護(hù)配置并非治本之策，要切實(shí)提高同桿并架線路的供電可靠性，還需要從一次設(shè)備的選型設(shè)計(jì)及保護(hù)配置方面著手，主要可以采用以下措施：

（1）參考當(dāng)?shù)乩纂姺植紙D，從線路路徑選擇上避開(kāi)雷電密集地區(qū)。

（2）縮小避雷線保護(hù)角或采用負(fù)保護(hù)角，降低線路被雷電繞擊的概率。

（3）降低桿塔接地電阻，有效降低雷電反擊過(guò)電壓。

（4）同桿線路采用差異絕緣設(shè)計(jì)。由于差異化絕緣設(shè)計(jì)要在絕緣相差較大（30%～35%以上）時(shí)才有效果，同一電壓等級(jí)的線路要實(shí)現(xiàn)這一絕緣差異較為困難，因此可以采用不同電壓等級(jí)的多回路同桿并架線路方案，以犧牲低電壓等級(jí)線路的方式來(lái)確保高壓、主網(wǎng)線路的供電可靠性。

[1]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國(guó)電力出版社，1994.

[2]國(guó)家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)電力出版社，1997.

[3]GB/T 14285-2006繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2006.