陳洋，陳國(guó)斌，韓斐

(1.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司，北京 100600；2.北京卓越電力建設(shè)有限公司，北京 100600；3.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司唐山供電公司，河北 唐山 063000)

在電力系統(tǒng)中，當(dāng)線路發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，繼電保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘后，依據(jù)故障情況進(jìn)行判斷自動(dòng)重合閘裝置是否經(jīng)短時(shí)間間隔后使斷路器重新合上[1-3]。針對(duì)一起220 kV線路發(fā)展性故障跳閘，雙重化保護(hù)配置的2套保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告不一致，對(duì)造成的原因和影響保護(hù)動(dòng)作行為的現(xiàn)場(chǎng)缺陷進(jìn)行論述。提出保護(hù)裝置應(yīng)用的優(yōu)化邏輯，以使高壓線路發(fā)生此類故障時(shí)雙重化保護(hù)裝置能夠快速、一致的動(dòng)作，最大限度地保護(hù)電網(wǎng)和設(shè)備安全。

1 線路故障情況分析

1.1 線路概況

事故線路于2017年4月投入運(yùn)行，線路長(zhǎng)度26.89 km，線路帶負(fù)荷約為103 MW，采用南自PSL-603和深瑞PRS-753雙重化保護(hù)配置。線路采用單相重合閘方式進(jìn)行重合。線路一次系統(tǒng)接線如圖1所示。

圖1 220 kV線路一次系統(tǒng)接線

1.2 故障經(jīng)過(guò)

2019-03-27 T 17：40 220 kV線路發(fā)生相間短路故障，由于多相故障閉鎖重合閘控制字投入，線路所在變電站對(duì)應(yīng)的三相開(kāi)關(guān)跳閘。事件發(fā)生過(guò)程中保護(hù)動(dòng)作情況如表1所示。

表1 保護(hù)動(dòng)作情況

1.3 故障原因查找和分析

2019-03-27，故障線路所在地區(qū)風(fēng)力達(dá)到5～6級(jí)，為大風(fēng)天氣，根據(jù)故障錄波器所顯示的故障距離，去現(xiàn)場(chǎng)查巡后，發(fā)現(xiàn)故障線路導(dǎo)線上有異物。從故障錄波器調(diào)取故障時(shí)刻波形分析得知，該故障為1個(gè)發(fā)展性故障，先發(fā)生AC相相間短路故障，經(jīng)40 ms后發(fā)展為ABC三相短路故障。

2 線路保護(hù)裝置動(dòng)作行為分析

2.1 線路保護(hù)動(dòng)作情況

由故障錄波器調(diào)取故障時(shí)變電站側(cè)PRS-753型線路保護(hù)裝置與PSL-603型線路保護(hù)裝置的錄波圖，如圖2所示。線路保護(hù)裝置保護(hù)程序邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 線路保護(hù)裝置錄波

圖3 保護(hù)程序邏輯結(jié)構(gòu)

從2套線路保護(hù)裝置的故障錄波器記錄的波形以及保護(hù)程序的邏輯結(jié)構(gòu)可以看出，雖然2套保護(hù)裝置報(bào)文給出的故障類型不同，但是兩者采集的故障量和動(dòng)作方式及時(shí)間均相同，2套保護(hù)裝置設(shè)定的定值且相同，均正確動(dòng)作切除故障[4]。這說(shuō)明由于2個(gè)保護(hù)裝置報(bào)文記錄的邏輯不同而導(dǎo)致線路保護(hù)裝置最后動(dòng)作報(bào)文不一致。

2.2 2套線路保護(hù)報(bào)文判據(jù)及報(bào)文結(jié)果

故障開(kāi)始時(shí)，AC相差流滿足動(dòng)作條件，由于PSL-603“相間故障閉重”控制字投入，分相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作永跳。故障發(fā)生40 ms后，故障類型由AC轉(zhuǎn)為ABC，由于此時(shí)保護(hù)三相跳令未收回，且保護(hù)的3個(gè)跳閘出口狀態(tài)不變化，因此不會(huì)再報(bào)差動(dòng)保護(hù)相關(guān)動(dòng)作報(bào)文。

PSL-603保護(hù)裝置“故障參數(shù)”事件中包含故障類型和故障測(cè)距的結(jié)果，“故障參數(shù)”事件需等到故障測(cè)距結(jié)果輸出時(shí)才能彈出。線路保護(hù)裝置選取保護(hù)動(dòng)作出口時(shí)刻作為故障測(cè)距的起始點(diǎn)，并識(shí)別故障切除時(shí)刻，取此期間的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行測(cè)距，并進(jìn)行故障類型判別。由于本次故障為發(fā)展性故障，故障過(guò)程中故障類型由AC相間短路發(fā)展為ABC三相短路，穩(wěn)態(tài)平均值中三相均有故障電流，因此故障測(cè)距結(jié)束后故障參數(shù)中的故障類型為ABC。

相比而言，PRS-753裝置在AC相差流滿足動(dòng)作條件后，分相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作永跳，但是PRS保護(hù)裝置的判據(jù)都具有時(shí)效性，在故障起始的1個(gè)周波(20 ms)后自動(dòng)退出判據(jù)。而故障由AC相間短路發(fā)展為ABC三相短路的時(shí)間為40 ms，在故障發(fā)展后判據(jù)已經(jīng)退出，因此PRS-753保護(hù)裝置報(bào)文中只顯示AC相相間短路故障。

雙重化配置的2套線路保護(hù)的不同故障報(bào)文，使得變電站運(yùn)維人員和繼電保護(hù)人員無(wú)法準(zhǔn)確地分析故障類型和故障發(fā)展過(guò)程。

PRS-753型線路保護(hù)裝置與保護(hù)報(bào)文相關(guān)的判據(jù)公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中：j—代表采樣節(jié)點(diǎn)數(shù)的變量；

p—當(dāng)前采樣點(diǎn)序號(hào)(j、p均從由啟動(dòng)元件確定的故障發(fā)生時(shí)刻算起)；

Δt—采樣間隔；

IN—電流互感器二次側(cè)的額定電流；

Edz—?jiǎng)幼鏖T檻值(程序已取固定值)。

公式(1)、公式(2)為PRS-753保護(hù)的基本啟動(dòng)判據(jù)，公式(3)為相關(guān)差動(dòng)保護(hù)判據(jù)。3個(gè)公式均成立，則判斷為區(qū)內(nèi)故障，且3個(gè)公式均具有時(shí)限動(dòng)作的特性，在故障起始后1個(gè)周波(20 ms)后退出判據(jù)。其中，PRS-753在運(yùn)行報(bào)告中，只記錄第1次故障時(shí)保護(hù)跳閘的故障相別和故障測(cè)距、故障測(cè)量值等信息，起到輔助故障定位作用，而保護(hù)裝置的動(dòng)作記錄中可以記錄每一次故障保護(hù)動(dòng)作情況，包括每一次故障時(shí)保護(hù)跳閘的故障相別、故障測(cè)量值等信息。運(yùn)行報(bào)告和動(dòng)作記錄的不一致，對(duì)運(yùn)行和繼電保護(hù)人員造成干擾和誤導(dǎo)。

2.3 對(duì)保護(hù)報(bào)文判據(jù)以及記錄邏輯的建議

在故障發(fā)生時(shí)，要求繼電保護(hù)裝置可以根據(jù)采集到的二次回路中的電流量和電壓量判定故障類型并正確動(dòng)作以及完整、準(zhǔn)確地記錄故障和保護(hù)裝置動(dòng)作信息，但是PSL-603型保護(hù)裝置是通過(guò)提取保護(hù)動(dòng)作出口至故障切除期間的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行故障判別并生成故障報(bào)文，并不能準(zhǔn)確地判別發(fā)展性故障的過(guò)程和不同時(shí)段的故障類型；而PRS-753型線路保護(hù)雖然能夠正確地記錄并反映故障的經(jīng)過(guò)和發(fā)展以及保護(hù)動(dòng)作情況，但是保護(hù)裝置中運(yùn)行報(bào)告和動(dòng)作記錄顯示的內(nèi)容不同，只顯示了故障后一個(gè)周波(20 ms)內(nèi)的故障類型，而保護(hù)出口至開(kāi)關(guān)動(dòng)作切除故障的時(shí)間約為60 ms，不能完整地記錄整個(gè)過(guò)程的故障信息，對(duì)運(yùn)維和繼電保護(hù)人員產(chǎn)生干擾。

因此建議采取2套保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)，提取從保護(hù)動(dòng)作出口至故障切除期間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并判斷故障類型。在故障類型發(fā)生改變時(shí)，應(yīng)更新并記錄故障發(fā)展情況，這樣就可以完整地記錄并顯示從保護(hù)判據(jù)故障并動(dòng)作出口至故障切除期間的過(guò)程，避免因保護(hù)裝置故障報(bào)文生成邏輯問(wèn)題而導(dǎo)致故障報(bào)文不完整或者和實(shí)際故障情況有差別的情況。保護(hù)報(bào)文記錄邏輯[5-6]如圖4所示。

圖4 保護(hù)報(bào)文記錄邏輯結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)PSL-603型線路保護(hù)裝置以及PRS-753型線路保護(hù)裝置的動(dòng)作行為和動(dòng)作報(bào)文的對(duì)比和分析可以看出，保護(hù)報(bào)文主要是受到保護(hù)判據(jù)返回以及退出時(shí)間的選擇的影響。盡管2套保護(hù)裝置對(duì)故障的類型判斷結(jié)果不一致，但是并不會(huì)影響到保護(hù)裝置自身對(duì)于故障類型的判斷和處理流程。

目前如PSL-603和PRS-753這種雙套不同廠家設(shè)備組成的線路保護(hù)，廣泛存在于電網(wǎng)系統(tǒng)中。不同保護(hù)裝置的保護(hù)報(bào)文判斷邏輯略有不同，導(dǎo)致在發(fā)展性故障中最后顯示的故障類型有所不同。本文提出的保護(hù)報(bào)文判據(jù)以及記錄邏輯的建議，在遇到發(fā)展性故障時(shí)，線路保護(hù)裝置可以完整、準(zhǔn)確地反應(yīng)故障類型和故障發(fā)展經(jīng)過(guò)，以及保護(hù)裝置相應(yīng)的動(dòng)作情況，變電運(yùn)維人員和繼電保護(hù)人員可以通過(guò)故障錄波器的波形以及保護(hù)動(dòng)作行為和保護(hù)報(bào)文來(lái)綜合判定故障情況和保護(hù)動(dòng)作的正確與否，避免和減少變電運(yùn)維人員和繼電保護(hù)人員因?qū)收锨闆r不確定而影響對(duì)故障缺陷的處理，以及調(diào)控人員對(duì)試送電條件是否具備的判斷。