賀 鵬，李宏偉，郝 偉

（1.國網(wǎng)山西省電力公司調(diào)度與控制中心，山西 太原 030001;2.國網(wǎng)山東威海乳山市供電公司，山東威海 264500；3.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西太原 030001）

一起220 kV線路保護誤動事故的深入分析

賀 鵬1，李宏偉2，郝 偉3

（1.國網(wǎng)山西省電力公司調(diào)度與控制中心，山西 太原 030001;2.國網(wǎng)山東威海乳山市供電公司，山東威海 264500；3.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西太原 030001）

介紹了一起因220 kV線路保護誤動引起的變電站全站失電事故。按照事故發(fā)展的不同階段，結合線路保護原理，利用故障錄波圖及保護動作報告，對事故發(fā)生的原因進行深入分析，從而發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)和變電站中存在的問題，并提出了相應的整改措施，對變電站以及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有一定的借鑒作用。

220 kV線路；保護誤動；事故分析；整改措施

2015年8月6日晚，受雷雨天氣影響，220 kV羅臨II線故障跳閘，造成2座220 kV變電站及所帶15座110 kV變電站失電，損失負荷213 MW。通過對此次電網(wǎng)事故的原因的深入分析，發(fā)現(xiàn)其中問題并制定了相應的整改措施，對提高電網(wǎng)的安全運行具有重要意義。

1 事故前運行方式

此次停電事故中涉及呂梁市3個220 kV變電站及多個110 kV變電站，事故前電網(wǎng)運行方式如圖1所示。

圖1 事故前呂梁地區(qū)220 kV主網(wǎng)結構

一次運行方式：220 kV金羅站運行正常；500 kV羅臨變電站和柳林電廠向金羅站供電，金羅站與臨縣站之間通過羅臨I、II回線相連，受暴雨影響，導致羅臨I線76號塔塔基處發(fā)生山體滑坡，塔身傾斜約35°，影響線路運行，需緊急停運，故將羅臨I線轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)，金羅站僅通過羅臨II線向臨縣站供電，臨縣站通過臨興線向興縣站供電。

金羅站、臨縣站和興縣站三站的運行方式相類似，均為兩臺主變并列運行，220 kV側為雙母線接線方式，且兩條母線并列運行；一臺主變高、中壓側中性點直接接地運行，另一臺主變高、中壓側不接地運行。各站設備及相關線路均運行正常。

重合閘方式：220 kV線路為單相重合閘，110 kV線路為三相重合閘。

繼電保護：220 kV線路采用兩套保護裝置，型號分別為PSL-603GM和CSC-101D，主保護類型為允許式縱聯(lián)距離保護和縱聯(lián)差動保護，后備保護主要由零序保護組成。

2 事故過程

2013年8月6日21時07分38秒，220 kV臨興線線路區(qū)域雷雨天氣，220 kV臨興線發(fā)生C相瞬時性接地故障，雙套縱聯(lián)主保護均正確動作，C相開關跳閘后重合成功。

故障發(fā)生后，220 kV羅臨II線金羅側268開關縱聯(lián)距離保護動作，縱聯(lián)保護出口跳C相，重合成功。金羅側268 C相開關重合成功后，臨縣側縱聯(lián)距離保護動作跳242 C相開關。隨后，金羅側縱聯(lián)距離與縱聯(lián)差動保護零序后加速動作，永跳268三相開關，縱聯(lián)差動保護向臨縣側發(fā)遠跳命令，臨縣側收遠跳令，跳242 A、B兩相開關。羅臨II線停運，致使臨縣站與興縣站全站失電。羅臨II線事故分析簡圖如圖2所示。

22時28分，羅臨II線268開關送電成功；22時31分，臨興線241開關送電成功；22時58分，臨縣站恢復正常運行方式；23時10分，興縣站恢復正常運行方式。

圖2 羅臨II線事故分析示意圖

2.1 事故誘發(fā)階段

a)后臺顯示。22時07分38秒862毫秒，220 kV臨縣站、興縣站 CSC101D保護動作，220 kV臨興線241、273開關跳閘，重合閘啟動，07分 38秒 913毫秒，CSC101D重合閘動作，241、273開關重合成功。

b)繼電保護。臨縣站雙套保護裝置（PSL-603GM和CSC-101D） 顯示241開關C相故障，保護C跳出口，故障相電流12.218 A，單跳啟動重合、重合出口、閉鎖重合閘。

同時，220 kV興縣站雙套保護裝置顯示273開關C相故障，C相接地，差動保護C跳出口。

2.2 事故發(fā)展階段

a)后臺顯示。22時07分38秒889毫秒，CSC101D縱聯(lián)距離保護動作，268開關C相跳閘，重合閘啟動；07分39秒456毫秒，CSC101D裝置重合閘動作，268開關C相合位，07分38秒537毫秒臨縣側CSC101D縱聯(lián)零序保護動作，242開關C相跳閘。

b)繼電保護。金羅站雙套保護裝置（PSL-603GM和CSC-101D） 顯示268開關C相故障，保護C跳出口動作，單跳啟動重合，重合閘出口。

臨縣站CSC-101D縱聯(lián)零序保護出口，242開關C相故障，單跳啟動重合閘，PSL-603GM保護未動作。

2.3 事故發(fā)生階段

a)后臺顯示。22時07分39秒681毫秒，金羅站雙套線路主保護動作，268開關A、B、C相跳閘；07分39秒712毫秒，臨縣站雙套線路主保護動作，242開關A、B相跳閘。公用遙信發(fā)出“220 kV故障錄波器啟動”、“10 kV故障錄波器啟動”信號。

b)繼電保護。金羅站268開關雙套保護裝置“跳A”、“跳B”、“跳C”紅燈亮，光纖信號傳輸裝置上同時顯示收信與發(fā)信，距離零序保護啟動，差動保護啟動，綜重重合閘啟動，零序加速段動作，保護永跳出口，三跳閉鎖重合閘，故障類型為C相接地，故障相電流3.031 A。

臨縣站242開關雙套保護裝置“跳A”、“跳B”、“跳C”紅燈亮，距離零序保護啟動、綜重電流啟動、差動保護啟動、綜重重合閘啟動、遠傳跳閘出口、差動永跳出口，故障類型和測距：-61.18 km，故障相電流3.125 A，PT三相失壓。

事故中，220 kV羅臨II線的保護動作情況如表1所述。

3 事故分析

3.1 事故形成原因

經(jīng)線路人員檢查，220 kV臨興線85號塔發(fā)生C相絕緣子瞬時性接地故障，導致241開關C相跳閘，該故障是本次羅臨II線跳閘的起因。

3.2 事故發(fā)展原因

通過錄波圖及保護動作情況可見，220 kV羅臨II線縱聯(lián)距離保護兩側收發(fā)信時間不一致。金羅側發(fā)信時間為啟動后27 ms，收信時間為28 ms；臨縣側發(fā)信時間為啟動后125 ms，收信為126 ms。初步判斷收發(fā)信存在問題，檢查后發(fā)現(xiàn)，羅臨II 線CSC101D保護通道在金羅側通訊機房光配架處自環(huán)。

表1 220 kV羅臨II線保護動作報告（相對時標）

3.2.1 允許式縱聯(lián)保護動作原理[1-3]

本文涉及的CSC101D保護屬于允許式縱聯(lián)保護，此類保護的動作原理是通過功率方向或距離元件來判別線路故障的方向，向線路對側發(fā)送允許信號。當被保護線路發(fā)生故障時，線路兩側保護故障判別元件動作，并相對側發(fā)出允許動作信號，當兩側保護收到對側的允許信號時，保護即發(fā)出跳閘命令。

一般規(guī)定，從母線指向線路的方向為正方向，從線路指向母線的方向為反方向。在功率方向為正的一端向?qū)Χ税l(fā)送允許信號，此時每端的收信機只能接收對端的信號而不能接收自身的信號。正常情況下，每端的保護必須在方向元件動作，同時又收到對端的允許信號之后，才能動作于跳閘。

對非故障線路而言，一端是方向元件動作，收不到允許信號，而另一端是收到了允許信號但方向元件不動作，因此都不能跳閘。以臨興線故障為例，臨興線區(qū)內(nèi)故障，只有臨縣側和興縣側的方向元件動作，且都收到對側的允許信號，臨興線241和273開關應該跳閘。而對于羅臨II線來講，故障屬于區(qū)外故障，金羅側268開關雖然能判斷正方向，發(fā)出允許信號，但是242開關判功率方向為反方向，方向元件不動作，不會向?qū)劝l(fā)允許信號。因此，對于金羅站來講，268開關的方向元件動作，但收不到對側的允許信號，保護不會動作；對臨縣站來講，242開關能收到對側的允許信號，但方向元件不動作，保護也不會動作。信號具體情況如圖3所示。

圖3 臨興線故障時的信號收發(fā)情況

3.2.2 保護通道自環(huán)

縱聯(lián)保護的允許信號是通過通訊通道來發(fā)送到對側的，線路兩側都有收發(fā)信機來發(fā)送和接收允許信號。正常情況下，每側的發(fā)信和收信各占一條通道，每端的收信機只能接收對端的信號而不能接收自身的信號。當功率方向為正，且兩側都收到對側的允許信號后，保護才能動作。

特殊情況下，如變電站啟動時，需要進行通道測試[4]，這時需要將通道自環(huán)，檢測通道的收發(fā)信情況。通道自環(huán)時線路兩側的保護通道都自環(huán)，因為若一側自環(huán)，而另一側開環(huán)時，則保護通道斷開，通道告警，保護裝置無法正常運行。

通道自環(huán)時，線路兩側的允許信號都是自發(fā)自收，保護仍可動作，但這與正常情況下只收對側信號還有所區(qū)別。一般地，通訊裝置在通道自環(huán)時應發(fā)出自環(huán)告警提示，以便運維人員及時恢復通道正常運行。

3.2.3 事故發(fā)展原因分析

羅臨II線事故中，線路兩側的CSC101D保護通道自環(huán)，但該保護裝置沒有自環(huán)告警提示，運行人員未能發(fā)現(xiàn)該問題。因此，當羅臨II線線路區(qū)外發(fā)生C相瞬時性接地故障時，導致金羅側CSC101D保護誤動，跳C相出口，臨興線線路C相故障，金羅側CSC101D判為正方向，自發(fā)自收，縱聯(lián)保護動作出口，從而導致268開關C相跳閘?？梢姡_臨II線CSC101D保護通道自環(huán)是本次羅臨II線保護誤動作的直接原因。羅臨II線CSC101D保護誤動的保護收發(fā)信情況如圖4所示。

圖4 羅臨II線CSC101D保護誤動時收發(fā)信情況示意圖

3.3 事故發(fā)生原因

3.3.1 金羅側268開關C相重合前

區(qū)外故障羅臨II線臨縣側CSC101D判反方向故障，不發(fā)信。金羅側268開關C相跳閘后，羅臨II線非全相運行，臨縣側縱聯(lián)距離保護不動作，CSC101D縱聯(lián)零序保護判為正方向，125 ms發(fā)信，126 ms收信，由于金羅側268開關C相跳閘，臨縣側242開關C相無電流，CSC101D縱聯(lián)零序保護不出口跳閘。

縱聯(lián)零序保護的動作條件主要有：方向判為正方向；有零序電流產(chǎn)生；零序電流達到定值；故障選相。其中，故障選相的判別依據(jù)主要是電流突變量選相。金羅側268開關C相跳閘后，羅臨II線為非全相運行，有零序電流產(chǎn)生，也達到定值，但方向元件判功率反方向，電流突變后，電流消失，選相元件啟動后又返回，沒有實現(xiàn)故障選相，不滿足縱聯(lián)零序保護出口條件，因此，臨縣側CSC101D縱聯(lián)零序保護不出口跳閘。

3.3.2 金羅側268開關C相重合后

羅臨II線金羅側CSC101D保護494 ms重合閘出口，670 ms重合閘成功，臨縣側C相流過正常負荷電流，電流突變量達到選相定值，滿足故障選相條件。此外，線路的零序電流雖變小，但保護采用全周波傅氏算法[5-6]，有電流5 ms后，計算零序電流為2.7 A（實際零序電流為不到0.5 A），大于定值2.5 A，滿足CSC101D縱聯(lián)零序保護動作出口條件，因此675 ms臨縣側CSC101D縱聯(lián)零序保動作出口，242開關C相跳閘。

至此，羅臨II線臨縣側的零序電流從有到無，再到有（金羅側268開關C相跳閘，重合成功，臨縣側242開關C相跳閘）。臨縣側C相跳閘后，金羅側雙套保護達到零序III斷加速定值（2.5 A）?？v聯(lián)距離及縱聯(lián)差動保護的零序后加速保護相繼動作出口，跳268三相開關， PSL603GM縱聯(lián)差動保護永跳后發(fā)遠跳令。臨縣側PSL603GM縱聯(lián)差動保護收遠跳令，跳242 A、B相開關。最終羅臨II線兩側開關均三相跳閘，線路停運。

正常情況下，金羅側268C相跳閘并重合，屬于線路非全相運行狀態(tài)，只會啟動重合閘，而不會引起零序保護動作。本次事故中，當金羅側268C相重合后，臨縣側只有CSC101D保護動作；而另一套主保護PSL603GM并沒有動作，可見臨縣側CSC101D保護在非全相情況下，其程序設計還有不合理的地方，存在一定的隱患，可能造成事故的進一步擴大。

3.3.3 事故原因總結

綜上所述，引起本次220 kV羅臨II線故障跳閘事故的主要原因有以下兩個方面。

a）220 kV羅臨II線CSC101D保護通道自環(huán)導致該線路保護誤動是此次引發(fā)事故的的直接原因。

b） 非全相期間，由于CSC101D保護程序設計不合理，造成臨縣側保護單跳后又三跳，也是羅臨II線停運的一個重要原因。

4 事故教訓與經(jīng)驗

4.1 暴露的問題

通過此次事故，可以發(fā)現(xiàn)在變電站運行與維護，保護程序設計以及電網(wǎng)結構等方面暴露出的諸多問題，主要有以下幾點。

a）縱聯(lián)保護通道運維管理不規(guī)范，檢驗管理缺失。在測試保護通道時將保護通道自環(huán)，測試完未恢復，暴露出檢修工作安全措施不到位，未執(zhí)行標準化作業(yè)流程，通信與保護專業(yè)間溝通不到位，造成檢修后現(xiàn)場遺留安全隱患。

b）保護裝置的通訊功能存在問題，縱聯(lián)距離保護光電轉(zhuǎn)換裝置通訊通道自環(huán)無報警功能，專業(yè)運維人員不能及時發(fā)現(xiàn)保護通道異常，從而給事故的產(chǎn)生埋下隱患。

c)CSC101D保護程序設計不合理，在特殊工況下，如非全相運行情況下，動作行為不滿足系統(tǒng)要求。

d)地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱，220 kV電網(wǎng)供電可靠性較低，單線檢修情況下存在區(qū)域全黑風險。

e)專業(yè)管理工作不力，運行巡視工作不到位，未發(fā)現(xiàn)羅臨II線縱聯(lián)距離保護通道自環(huán)。

f)培訓工作不到位，相關專業(yè)人員現(xiàn)場作業(yè)技能水平有待提升。

4.2 整改措施

a)針對縱聯(lián)距離保護在通道自環(huán)時無告警信號進行全面排查，完善相關措施，確保不發(fā)生類似錯誤?？v聯(lián)距離保護裝置結合技改、大修工作進行整改，完善通訊通道告警功能。

b)對CSC101D保護程序進一步完善，使之滿足特殊運行情況下系統(tǒng)的要求。對其他廠家的保護進行試驗檢查，以確定是否有同類問題。

c)加強電網(wǎng)建設，尤其是220 kV主網(wǎng)的建設，盡快實現(xiàn)220 kV以上電壓等級環(huán)網(wǎng)運行。

d)全面梳理繼電保護及相關專業(yè)檢驗管理制度，建立完善保護與一次、通信等其他專業(yè)的溝通聯(lián)系機制，檢修工作執(zhí)行標準化作業(yè)流程。涉及保護裝置、相關二次回路等的作業(yè)必須通知保護專業(yè)人員。

e)加強運行巡視和專業(yè)化巡視工作，明確保護裝置及通道等的正常狀態(tài)并標識明確，巡視中認真記錄并定期開展分析。

f)加強對運行維護專業(yè)的管理工作，制定并完善標準化作業(yè)指導書，并嚴格執(zhí)行。

g)針對性開展專業(yè)人員技術技能培訓，積極參加各級技術監(jiān)督和管理部門組織的培訓班，學習并貫徹執(zhí)行最新反措規(guī)定和相關技術要求。

[1]邵玉槐，秦文萍．電力系統(tǒng)繼電保護原理 [M]．北京：中國電力出版社，2008．

[2]賀家李，李永麗，董新洲，等．電力系統(tǒng)繼電保護原理（第四版） [M]．北京：中國電力出版社，2010．

[3]羅琦，宋述勇．允許式縱聯(lián)保護分析 [J]．山西電力，2008 (3)：22-26．

[4]沈淼，邱宏瑜．淺談RCS-900系列允許式光纖線路縱聯(lián)保護的通道聯(lián)調(diào)[J]．電力系統(tǒng)保護與控制，2008，36(18)：96-98．

[5]陳生貴．全周波傅氏算法及其計算精度 [J]．機械與電子，1996(05)：28-29．

[6] 陳潔，何志勤，葉青．微機保護中濾除衰減直流分量的全周波傅氏算法的仿真比較分析 [J]．繼電器，2007，35(06)：16-20．

Deep Analysis on an Accident of Protection Mal-function of 220 kV Transm ission Lines

HE Peng1,LIHongwei2,HAOW ei3

（1.State Grid Shanxi Electric Power Dispatching&Control Center,Taiyuan,Shanxi 030001,China; 2.State Grid Shandong Rushan Power Supply Company,Weihai,Shandong 264500,China; 3.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

This paper introducesan accidentpower outage caused by protectionmal-function of220 kV lines.Combiningwith line protection principles,fault recordsand protective action reportwere used to analyze the causesof the accident.Asa result,problems exist in power grid and substations are found,and countermeasures are put forward correspondingly,which has a certain reference for the safe and stableoperation ofsubstationsand powergrid.

220 kV transmission lines;protectionmal-function;faultanalysis;improvementmeasures

TM773

B

1671-0320（2016）05-0037-05

2016-07-29，

2016-08-03

賀 鵬(1987)，男，山西呂梁人，2013畢業(yè)于華北電力大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事電力調(diào)控運行工作；

李宏偉（1974），男，山東威海人，1996年畢業(yè)于山東電力職工大學發(fā)電廠電氣專業(yè)，助理工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度、繼電保護工作；

郝 偉（1979），男，山西太原人，2008年畢業(yè)于華北電力大學系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事繼電保護試驗與研究工作。