從220KV線(xiàn)路故障跳閘事件透析高頻保護的不足

摘 要：220KV高壓線(xiàn)路發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障量在保護定值的臨界狀態(tài)，由于線(xiàn)路兩套保護裝置采樣差異的影響，導致高頻保護未能正確動(dòng)作。根據保護裝置記錄的動(dòng)作信息，對高頻保護動(dòng)作行為進(jìn)行了分析，并對高頻保護通道結構和高頻保護原理上的弱點(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，光纖保護已成為高壓線(xiàn)路保護的主流選擇，我廠(chǎng)220KV線(xiàn)路的主保護正在逐步從原來(lái)基建投產(chǎn)的高頻保護向光纖保護改造過(guò)渡。

1.事件介紹

A線(xiàn)路保護的配置

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

B事件簡(jiǎn)介

2011年8月09日12時(shí)，某220kV廠(chǎng)站線(xiàn)發(fā)生C相經(jīng)過(guò)渡電阻接地故障，變電站側主一保護的接地距離I段動(dòng)作、光纖縱聯(lián)保護動(dòng)作，主二保護的接地距離I段動(dòng)作、高頻保護未動(dòng)作;電廠(chǎng)側主一保護的光纖縱聯(lián)保護動(dòng)作，主二的高頻保護未動(dòng)作。通過(guò)對線(xiàn)路兩側動(dòng)作信息的匯總以及從保護裝置的內部錄波信息分辨出線(xiàn)路兩側主一的光纖縱聯(lián)保護動(dòng)作行為正確，但是主二的高頻保護在線(xiàn)路故障發(fā)生時(shí)，變電站側保護正確停信(閉鎖式)，電廠(chǎng)側高頻縱聯(lián)保護沒(méi)有停信從而導致兩側高頻保護均未動(dòng)作。以下主要對電廠(chǎng)側主二的高頻保護的行為過(guò)程進(jìn)行分析。

2.保護動(dòng)作行為分析

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

圖1 電廠(chǎng)側主二保護裝置錄波圖

現主要對如下幾個(gè)疑問(wèn)點(diǎn)進(jìn)行逐一分析：

82ms保護停信，6ms后于88ms再次發(fā)信：電廠(chǎng)側主二保護的高頻零序電流定值為1.6A，在88ms時(shí)，由于保護計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，保護于88ms左右開(kāi)始再次發(fā)信。

在122ms時(shí)保護再次停信：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(guò)20ms延時(shí)確認后動(dòng)作，于122ms左右保護再次停信。

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

圖2 電廠(chǎng)側主二保護的零序電流(Im0)幅值

3.光纖縱聯(lián)保護與高頻保護優(yōu)劣性分析

A高頻保護通道結構上的弱點(diǎn)

高頻通道由輸電線(xiàn)路、阻波器、耦合電容器、結合濾波器、高頻電費、收發(fā)信機等組成，其加工設備眾多，結構復雜。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(chǎng)曾出現幾起高頻通道的典型故障：

某220KV廠(chǎng)站甲線(xiàn)A相阻波器調諧元件故障，高頻信號向電廠(chǎng)開(kāi)關(guān)站傳輸，導致線(xiàn)路兩側收發(fā)信機收到高頻信號過(guò)低，裝置發(fā)3dB告警信號，通道故障期間高頻保護退出運行。更換故障元件后，恢復設備正常狀態(tài)。

某220KV廠(chǎng)站乙線(xiàn)高頻通道對調時(shí)，發(fā)現A相收發(fā)信機由于線(xiàn)線(xiàn)濾拖件的問(wèn)題引起阻抗不匹配，導致兩側線(xiàn)路衰耗相差6dB。按《WXH-11、WXB-11、SWXB-11型微機保護檢驗規程》規定：“如兩側的傳輸衰耗值相差大于3dB時(shí)，則需再次核對通道加工設備是否良好，阻抗是否匹配，只有證實(shí)每個(gè)加工設備的技術(shù)性能都符合規定要求，不存在其它疑問(wèn)時(shí)，才允許兩側的傳輸衰耗有較大的差值”。按此規定，該A相高步保護不能投入運行。經(jīng)更換收發(fā)信機的線(xiàn)濾插件后，測試兩側傳輸衰耗相差為1.5dB,通道符合投運要求.

某220KV廠(chǎng)站丙線(xiàn)兩次區外故障(相鄰線(xiàn)路發(fā)生單相接地故障)時(shí)高頻保護沒(méi)有收到閉鎖信號而誤動(dòng)。事后分析結果是由于結合濾波器的問(wèn)題引起高頻信號的堵塞造成高頻保護的誤動(dòng)?，F場(chǎng)采用提高通道收信裕度，線(xiàn)路兩側用特制專(zhuān)用的窄頻結合濾波器更換解決問(wèn)題。

近年來(lái)，經(jīng)現場(chǎng)繼保人員對高頻通道的精心維護，高頻保護的可靠性有所提高，但是由于高頻通道結構上的固有缺點(diǎn)，通道故障概率較高，國內電網(wǎng)由于高頻通道的問(wèn)題引起高頻保護拒動(dòng)或誤動(dòng)的現象時(shí)有發(fā)生。

B高頻閉鎖式保護原理上的弱點(diǎn)

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

高頻信號傳輸：高頻通道上的加工設備復雜，加工環(huán)節較多，其中除了高頻信號在通道上傳導時(shí)間外，還有收發(fā)信機的信號處理、保護和收發(fā)信機接口的延時(shí)。而光差保護通道相對簡(jiǎn)單，尤其是在光纖直連方式下，兩側兩套光纖保護無(wú)任何中間環(huán)節。

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)生干擾信號導致保護錯判造成拒動(dòng)或誤動(dòng)，許多線(xiàn)路保護的設備廠(chǎng)家都采用了延時(shí)的方法。如PSL 600G系列保護為防止通道上的干擾，保護中設置了信號確認的延時(shí)時(shí)間，分為兩級延時(shí)，一是保護必須在收到閉鎖信號5ms后才允許停信，二是保護停信后要連續`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，同時(shí)軟件處理時(shí)也能夠對傳輸的數字信號有校驗防誤功能，在抗干擾上無(wú)過(guò)多的延時(shí)。

保護原理上弱點(diǎn)：在線(xiàn)路末端故障時(shí)，近故障一側故障量大，一旦超出定值，很快即能完成保護的起動(dòng)、發(fā)信、停信過(guò)程，遠故障一側由于故障量相對較小，靈敏度不足，起動(dòng)、發(fā)信、停信過(guò)程慢。而高頻閉鎖式縱聯(lián)保護原理需雙側均停信后才可能動(dòng)作出口?？v聯(lián)延時(shí)在經(jīng)過(guò)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)保護通道不受電網(wǎng)運行工況的影響，不論線(xiàn)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(wèn)題。光纖通道數據的傳輸速率一般采用復用2Mb/s實(shí)現數據交換，整個(gè)通道時(shí)延不大于5ms，可以實(shí)現線(xiàn)路兩側保護間的電流數據和開(kāi)關(guān)量同步交換。而高頻保護是通過(guò)線(xiàn)路兩側交換高頻信號來(lái)確定故障范圍，不能進(jìn)行兩側的電氣量數據交換，光纖通道傳輸的數據量也是載波通道無(wú)法比擬的?；诠饫w通道的縱聯(lián)保護比載波通道有更好的可靠性。因而，光纖通道與繼電保護相結合的微機縱聯(lián)保護得到廣泛的運用。

4. 結束語(yǔ)

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

參考文獻

[1] 國家電力調度中心.電力系統繼電保護典型故障分析[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信息設計技術(shù)規定,2007

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