徐勤超，徐希霽，郭海濱，李業(yè)鋒

（國網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東 棗莊 277800）

一起110 kV線路電流差動保護(hù)誤動作事故分析

徐勤超，徐希霽，郭海濱，李業(yè)鋒

（國網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東 棗莊 277800）

對一起110 kV線路差動電流保護(hù)誤動作事故進(jìn)行分析，確定線路差動保護(hù)誤動作的原因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置交流采樣異常。對現(xiàn)場裝置進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，查出裝置交流采樣異常的原因，是保護(hù)裝置交流采樣板與總線板之間因缺少螺絲導(dǎo)致接觸不良，本次事故對變電二次基建、檢修、運(yùn)維等電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有一定警示作用。

線路保護(hù)；差動保護(hù)；誤動作；原因分析

0 引言

電流差動保護(hù)由于原理簡單、動作可靠而被廣泛用作發(fā)電機(jī)、變壓器、母線等元件的主保護(hù)，隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，電流差動保護(hù)越來越多被用作線路保護(hù)的主保護(hù)［1-4］。

針對一起110 kV線路差動保護(hù)誤動作事故，通過分析保護(hù)動作事項和錄波波形，查找線路差動保護(hù)誤動作的原因，并在線路檢修的狀態(tài)下對分析結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定了導(dǎo)致保護(hù)誤動作的故障點(diǎn)。

1 事故經(jīng)過

2014年4月8日、13日、14日，某220 kV變電站110 kV君水線108開關(guān)接連發(fā)生3次跳閘，并均重合成功，具體保護(hù)動作過程如下。

第一次動作情況。2014-04-08T07∶41∶27∶910，110 kV君水線108開關(guān)PRS-753D光纖分相縱差保護(hù)啟動，10 ms后，突變量比率差動保護(hù)動作，差流值1.25 A，測距 3.6 km，故障相別為B相；70 ms后，斷路器三相跳開；1 415 ms后，重合閘動作，重合成功。

第二次動作情況。2014-04-13T11∶39∶40∶796，110 kV君水線108開關(guān)PRS-753D光纖分相縱差保護(hù)啟動，15 ms后，穩(wěn)態(tài)量比率差動保護(hù)與突變量比率差動保護(hù)同時動作，差流值1.81 A，測距3.5 km，故障相別為A、B、C三相；75 ms后，斷路器三相跳開；1 475 ms后，重合閘動作，重合成功。

第三次動作情況。2014-04-14T10∶00∶47∶549，110 kV君水線108開關(guān)PRS-753D光纖分相縱差保護(hù)啟動，10 ms后，穩(wěn)態(tài)量比率差動保護(hù)與突變量比率差動保護(hù)同時動作，差流值1.79 A，測距3.5 km，故障相別為A、B、C三相；70 ms后，斷路器三相跳開；2 774 ms后，重合閘動作，重合成功。

110 kV君水線為某水泥廠供電，水泥廠側(cè)保護(hù)裝置為同樣的PRS-753D光纖分相縱差保護(hù)。在以上3次跳閘事件中，水泥廠側(cè)PRS-753D保護(hù)裝置比率差動保護(hù)動作，因線路保護(hù)重合閘未投入，線路開關(guān)未重合。

2 原因分析

2.1 電源側(cè)保護(hù)動作行為

電源側(cè)保護(hù)TA變比為1200／5，調(diào)閱裝置錄波比較，保護(hù)3次動作情況基本一致，現(xiàn)對第三次動作錄波進(jìn)行分析。保護(hù)裝置PRS-753D第三次動作的電流電壓波形如圖1所示，電源側(cè)序分量和差流波形如圖2所示。

圖1 電源側(cè)保護(hù)動作時刻電流電壓波形

圖2 電源側(cè)序分量和差流波形

從圖1和圖2中可以看出，在保護(hù)動作時刻，電源側(cè)保護(hù)的A、B、C三相電流采樣均存在突變量，零序電流3I0幅值達(dá)到5.45 A，零序電壓3U0幅值達(dá)到7.18 V，保護(hù)啟動。但對側(cè)的電流采樣值nIa、nIb、nIc和電壓采樣值nUa、nUb、nUc均為正常值。

保護(hù)裝置計算的差動電流為 Ida=1.839 A，Idb= 1.799 A，Idc=1.818 A； 制動電流為 Ira=1.467 A，Irb= 1.729 A，Irc=2.997 A；定值中穩(wěn)態(tài)量比差門檻值Idz2= 1A。所以，此時A、B、C三相的差流和制動電流的大小關(guān)系滿足PRS-753D的穩(wěn)態(tài)量電流差動方程

式中：Im為本側(cè)電流；In為對側(cè)電流；Idz2為差動電流啟動值。

本側(cè)保護(hù)裝置啟動條件和差動動作條件均滿足，差動保護(hù)可動作。

2.2 水泥廠側(cè)保護(hù)動作行為

水泥廠側(cè)保護(hù)TA變比為600／5，調(diào)閱第三次跳閘時的保護(hù)裝置錄波，動作時刻的電流電壓波形圖如圖3所示，序分量和差流波形如圖4所示。

圖3 水泥廠側(cè)保護(hù)動作時刻電流電壓波形

圖4 水泥廠側(cè)電壓序分量和差流波形

從圖3和圖4中可以看出，在保護(hù)動作時刻，水泥廠變的電流和電壓采樣值正常，但是收到對側(cè)同一時刻的電流波形存在畸變，存在差動電流。同時，檢測到對側(cè)零序電流3I0幅值達(dá)到10.95 A，對側(cè)零序電壓3U0幅值達(dá)到7.23 V，檢測的電流電壓波形與對側(cè)一致。

保護(hù)裝置計算的差動電流為 Ida=3.724 A，Idb= 3.635 A，Idc=3.616 A； 制動電流為 Ira=2.950 A，Irb= 3.468 A，Irc=6.038 A；定值中穩(wěn)態(tài)量比差門檻值Idz2=2A。所以，此時A、B、C三相的差流和制動電流的大小關(guān)系滿足PRS-753D的穩(wěn)態(tài)量電流差動方程，差動元件動作，若此時保護(hù)裝置啟動元件動作，則差動保護(hù)可動作出口。

PRS-753D型保護(hù)中設(shè)有電壓啟動元件，其中一個啟動條件為“當(dāng)對側(cè)存在一定的零負(fù)序電壓，且差流達(dá)到穩(wěn)態(tài)量差動的門檻值，置保護(hù)啟動”，而此時對側(cè)存在零序電壓，且差流達(dá)到穩(wěn)態(tài)差動門檻定值，符合保護(hù)電壓啟動條件，即保護(hù)啟動元件動作。

由此可知，線路兩側(cè)保護(hù)電氣計算量均滿足圖5所示的差動保護(hù)動作邏輯，兩側(cè)裝置差動保護(hù)均動作。

圖5 PRS-753D差動保護(hù)動作邏輯

2.3 事故原因分析

故障錄波器中同一時刻110 kV君水線108開關(guān)的波形如圖6所示。錄波顯示此時的母線電壓采樣值完全正常，君水線三相電流也正常，波形沒有畸變，也沒有零序電壓和零序電流產(chǎn)生。

圖6 本側(cè)錄波器波形

電源側(cè)保護(hù)裝置PRS-753D采樣的電流電壓波形異常，而故障錄波器采樣的同一時刻電壓電流波形正常，對側(cè)水泥廠站的電流電壓也正常，可推斷保護(hù)跳閘時線路上并未真正發(fā)生故障，屬于保護(hù)誤動作。

查閱電源側(cè)保護(hù)裝置啟動記錄，保護(hù)板1（CPU1）和保護(hù)板2（CPU2）均為突變量啟動，且保護(hù)動作情況一致，說明兩塊板件接收到的交流采樣值一致，排除CPU板件的問題，故該異?，F(xiàn)象定位于保護(hù)裝置交流采樣與實(shí)際不一致。另外，通過波形可看出，保護(hù)裝置電壓和電流采樣均出現(xiàn)異常，而二次回路中電壓和電流回路不相關(guān)，同時出現(xiàn)異常的可能性小，因此可初步推斷導(dǎo)致保護(hù)誤動作的原因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置交流采樣板采樣不正確。

另外，PRS-753D保護(hù)裝置可通過對側(cè)電壓和差動電流來啟動電壓啟動元件，導(dǎo)致水泥廠側(cè)保護(hù)誤啟動，從而開放保護(hù)動作出口，也是本次保護(hù)誤動作的一個原因。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 現(xiàn)場裝置檢查

110 kV君水線轉(zhuǎn)檢修后，首先對該間隔二次回路進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查108開關(guān)的TA二次回路。結(jié)果為TA二次回路均在匯控柜處一點(diǎn)接地，不存在兩點(diǎn)接地的情況。對TA二次電纜進(jìn)行絕緣測試，結(jié)果合格。

對保護(hù)裝置PRS-753D進(jìn)行重點(diǎn)檢查，在對采樣板進(jìn)行檢查后，發(fā)現(xiàn)采樣板重新插入后，試驗(yàn)時裝置無采樣，再次拔插后，仍然沒有采樣。于是將裝置前面板打開，發(fā)現(xiàn)總線板右下角缺失3個螺絲，如圖7所示。

保護(hù)裝置PRS-753D的交流插件的插槽正是在保護(hù)裝置的最右邊，由于螺絲的缺失，導(dǎo)致交流采樣板插入插槽時，交流采樣板和總線板出現(xiàn)接觸不良情況，使裝置無采樣。

用備用螺絲將總線板固定后，重新將交流采樣板插入，裝置采樣恢復(fù)正常。隨后，對保護(hù)裝置進(jìn)行校驗(yàn)、整組傳動，結(jié)果均正確。為減少采樣板損壞而導(dǎo)致保護(hù)再次誤動的可能性，現(xiàn)場更換新的采樣板，并對保護(hù)重新校驗(yàn)無誤后，恢復(fù)正常送電。

3.2 實(shí)驗(yàn)室測試

對更換下來的交流采樣板進(jìn)行相應(yīng)的失效分析和測試工作。

單板測試。將現(xiàn)場WB713交流板件進(jìn)行單板測試，輸入輸出信號均正常，交流傳變正常。

整機(jī)測試。將現(xiàn)場WB713交流板件裝入機(jī)箱，進(jìn)行整機(jī)測試，整機(jī)測試（總線板螺絲擰緊，確保交流板件和總線板接觸良好）發(fā)現(xiàn)各采樣均正常，拷機(jī)1天，未發(fā)現(xiàn)采樣異常，裝置記錄沒有新增啟動記錄。

現(xiàn)場模擬實(shí)驗(yàn)。模擬現(xiàn)場環(huán)境，對電源側(cè)裝置定值按照現(xiàn)場裝置定值整定。之后將電源側(cè)裝置總線板右下角3顆螺絲拆除，再將交流板件插入機(jī)箱。兩側(cè)裝置加穿越性電流，三相正常電壓，此時發(fā)現(xiàn)電源側(cè)裝置采樣異常：電壓和電流有浮動，裝置產(chǎn)生差流?？綑C(jī)過程中，保護(hù)裝置偶爾會動作，報“穩(wěn)態(tài)量比率差動動作”。

對交流采樣電路進(jìn)行分析，交流板的松動情況導(dǎo)致交流板模擬地信號處于懸空的狀態(tài)，相當(dāng)于在輸入端和地之間有一個很大的電阻，這個大電阻很容易感受外界的干擾，引起采樣異常。未加量時正常采樣波形如圖8所示，未加量時AGND信號懸空時采樣波形如圖9所示。試驗(yàn)結(jié)果證明交流采樣板松動確實(shí)會導(dǎo)致保護(hù)裝置采樣異常，從而引起保護(hù)誤動作。

圖9 未加量時AGND信號懸空時采樣波形

4 結(jié)語

本次線路差動保護(hù)誤動作的主要原因是由于保護(hù)裝置交流采樣板與總線板之間的接觸不良，導(dǎo)致交流采樣異常。所以在變電二次基建、技改等施工過程中，每一個環(huán)節(jié)、每一個步驟、每一個零部件都發(fā)揮著不可替代的作用，任何疏忽都有可能造成事故的發(fā)生。二次施工和檢修人員應(yīng)不斷強(qiáng)化責(zé)任意識，嚴(yán)防因疏忽大意而造成繼電保護(hù)不正確動作事故。

另外，水泥廠側(cè)保護(hù)電壓啟動元件誤啟動也是造成本次線路差動保護(hù)誤動作的一個原因，應(yīng)針對電源側(cè)交流采樣板異常會導(dǎo)致對側(cè)保護(hù)誤啟動的現(xiàn)象，進(jìn)一步對電壓啟動元件進(jìn)行優(yōu)化，防止類似事件再次發(fā)生。

［1］黃建英，黃靖.一起220 kV線路保護(hù)誤動作分析及防范措施［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2013（23）：123-124.

［2］鄭東光.差動保護(hù)誤動作分析［J］.水利科技，2007（4）：73-74.

［3］馬文龍，郭效軍，王文雄，等.一種超高壓輸電線路自適應(yīng)分相電流差動保護(hù)新原理研究［J］.電力自動化設(shè)備，2004，24（12）：12-15.

［4］李文升.220 kV光纖保護(hù)現(xiàn)場應(yīng)用問題探討［J］.山東電力技術(shù)，2009（1）：33-37.

徐勤超（1986），工程師，從事繼電保護(hù)專業(yè)工作。

Misoperation Fault Analysis of A 110 kV Line Current Differential Protection

XU Qinchao，XU Xiji，GUO Haibin，LI Yefeng
（State Grid Zaozhuang Power Supply Company，Zaozhuang 277800，China）

The reason of one 110 kV line current differential protection misoperation is ascertained that the AC sampling of the protection device is abnormal.After conducting tests on site devices，it is found that the abnormity is caused by poor contact due to lack of screw between the AC sampling plate of protection device and bus plate.The fault can be taken as a warning in power generation including secondary construction，operation and maintenance.

line protection；differential protection；misoperation；cause analysis

TM774

：A

：1007－9904（2017）04－0077－04

2016-11-23