一起雷击故障引起保护动作行为的分析

钱建国，裘愉涛，周 芳

（国网浙江省电力公司，杭州 310007）

临海变电站（简称临海变，以下类同）一条220kV线路因雷击引起单相接地故障，最后断路器失灵保护动作切除故障线路连接母线上的所有元件。当时母线上包括故障线路共连接了4条220kV线路，故障后4条线路对侧的线路保护动作行为各不相同，以下深入地分析探讨保护的动作行为。

1 保护动作情况

1.1 故障前运行方式及保护配置

临海变220kV系统接线方式及相关保护配置见图1。

临海变220kV副母线上共连接4条线路，其中3条线路均配置了2套普通的闭锁式高频保护，另一条线路配置了2套光纤差动保护。220kV母线配置1套母差保护；断路器失灵保护与母差保护共用1个出口，整定为经200 ms延时跳母联断路器，再经200 ms延时切除故障断路器所连母线上的所有元件。

图1 系统接线

州临2352线因雷击造成C相接地，故障时州临2352线及相邻元件的保护动作行为如下。

1.2 临海变侧

临海变侧州临2352线线路保护动作行为：CSC101A保护13 ms零序Ⅰ段动作，19 ms距离Ⅰ段动作，32 ms纵联保护动作跳C相，356 ms纵联加速动作，431 ms零序加速动作跳三相；RCS901A保护5 ms工频变化量阻抗动作，20 ms距离Ⅰ段动作，32 ms纵联变化量方向、零序方向动作跳C相，346 ms距离加速，385 ms零序加速动作跳三相。

在第1次故障发生约582 ms后失灵保护动作跳220kV母联断路器，失灵保护再经约218 ms后跳开临海变220kV副母线上所有连接元件。副母线上其他连接元件自身的保护均没有动作。

1.3 发电厂侧

州临2352线发电厂侧保护动作行为：CSC101A保护31 ms纵联保护动作跳C相，RCS901A保护32 ms纵联变化量方向、零序方向动作跳C相；经1 s延时后重合闸动作，2套保护均加速三相跳闸。

1.4 泽国变侧和安洲变侧

临泽4341线泽国侧保护的动作行为：CSC103A保护767 ms远方跳闸出口跳三相，RCS931A保护766 ms远方跳闸出口跳三相，重合闸没有动作。

临洋2356线洋湾侧线路保护动作行为：CSL101A保护793 ms高频零序动作跳C相，RCS901A保护795 ms纵联零序方向动作跳C相，1837 ms后重合闸动作。

220kV安洲变只有保护启动信号，而没有任何保护动作出口。

那么，究竟是什么原因造成了故障母线所连接4条线路对侧保护完全不同的动作行为？为什么洋湾侧临洋2356线仅有高频零序保护动作，而其他纵联保护（如纵联距离、变化量方向等）均未动作？这4条线路保护中是否存在着不正确动作的情况？如果存在不正确动作情况，又该采取什么措施加以防范？

2 保护动作行为分析

2.1 临海变侧

故障时临海变州临2352线的录波图见图2。

从录波图中可以看到，整个过程共发生了2次C相故障，第1次故障发生后州临2352线线路保护快速动作后跳开C相断路器将故障切除。在第1次故障切除后约250 ms后，州临2352线C相又出现了故障电流，此时重合闸尚未动作，C相断路器机构尚在分闸状态。由于再次出现故障电流，州临2352线线路保护均加速动作跳三相，但故障电流继续存在，结合保护动作行为和故障录波图的记录，可以判定此时州临2352线C相断路器已经被击穿重燃。由于州临C相故障电流持续存在，其线路保护动作后启动断路器失灵保护，经262 ms延时跳开220kV母联断路器；失灵保护再经218 ms跳开临海变副母线上所有连接元件，彻底隔离故障。

从故障发展的情况来看，由于雷击导致州临2352线C相断路器失灵，引起断路器失灵保护动作，使得故障影响范围扩大。在整个过程中，临海变的保护动作行为均正确无误。

2.2 发电厂侧

图2 临海变州临2352线故障录波图

州临2352线临海变侧C相断路器的击穿重燃现象，对于发电厂侧州临2352线保护的动作行为并不会产生影响。州临2352线发电厂侧保护在第1次故障时快速动作跳开C相，经1 s延时后重合闸动作，重合于永久性故障，2套线路保护均加速跳闸跳开三相，切除故障。发电厂侧相当于仅发生1起线路的单相永久性故障，其保护动作行为正确无误。

2.3 泽国变侧

当临海变州临2352断路器失灵保护动作跳开临泽4341断路器时，会同时经光纤通道给对侧发远方跳闸命令。而临泽4341泽国变侧保护一直处于启动状态，因此在收到远方跳闸命令后，两套保护均直接三相跳闸同时闭锁重合闸。

3 洋湾变、安洲变侧保护动作分析

3.1 保护动作差异

在本次故障发生后所有保护的动作行为中，最值得推敲的是洋湾侧和安洲侧保护的动作情况。2条线路所配置的保护完全相同，两侧感受到的故障过程也基本相同，但是2条线路对侧保护的动作行为却完全不同。

州临2352线发生C相故障，对临洋2356线、临安2Q48线而言均是区外故障，在故障发生的前期，2条线路对侧的保护均收到来自临海变线路保护的闭锁信号而未动作。当临海变州临2352断路器失灵保护动作跳开临洋2356、临安2Q48断路器时，会同时给2条线路的高频保护发停信信号，允许线路对侧的高频保护动作。那是不是临安2Q48线母差保护停信回路发生了故障，没有使2套高频保护停信呢？答案是否定的，从录波图来看，在跳闸的同时2条线路的4套高频保护均已经停信。那么究竟是什么原因导致两条线路保护动作行为的差异？

3.2 高频保护中的功率侧的逻辑

失灵保护与母差保护动作停信采用同一出口，对本侧而言2种保护动作均会立即停信。但是，由于2种保护动作产生的机理以及故障持续的时间不一样，会对对侧的高频保护产生不同影响。母线故障母差保护动作时，故障持续时间较短，线路对侧高频保护处于刚启动阶段，一旦收不到对侧闭锁信号，便会立即选相跳闸，然后进入重合逻辑。而当断路器失灵保护动作时，故障总的持续时间往往较长，高频保护早已经进入功率倒向逻辑。

高频保护中的功率倒向逻辑[1]，主要用于环网或平行线路，当发生短路后一侧断路器断开而发生功率倒向时，为防止正常线路高频保护误动而设计的。常常采用增加动作延时的方法来解决功率倒向时保护的误动问题：当高频保护连续收信超过一段时间（35～40 ms）而保护一直没有动作，若收不到信号则需经延时（CSL101A为20 ms，RCS901A为25 ms）高频保护才能动作出口。保护用前一个延时（35～40 ms）来判断发生了区外故障，而用后一个延时（如25 ms）来躲过两端方向元件动作竞赛带来的影响。

高频保护中设计了功率倒向逻辑，有效地防止了环网线路中功率倒向时的误动，但也往往会在复杂故障中产生一些意想不到的动作行为。

4 保护动作差异的原因

断路器重燃失灵保护动作后，虽然临洋2356线、临安2Q48线临海变侧已经停信，但此时洋湾侧、安洲侧保护收信已经远远超过40 ms，高频保护已进入功率倒向逻辑。此时保护停信、功率倒向延时、断路器断弧之间存在时间上的竞争，一旦临海变临洋2356、临安2Q48两个断路器的灭弧时间有差异（如分别为40 ms与60 ms），会使得2条线路在停信后故障电流持续的时间稍有不同，从而导致线路对侧的保护动作行为不一致。

图3是洋湾变临洋2356线故障录波图，从录波图看，临海变临洋2356断路器断弧稍慢，临洋2356线洋湾侧高频保护动作C相跳闸经延时后重合成功；临海变临安2Q48断路器断弧较快，临安2Q48线在保护停信后不到20 ms电流已经消失，此时高频保护尚未来得及出口即已返回，所以临安2Q48线安洲侧保护不会动作。从图3中可以看到洋湾变临洋2356线保护在临界状态动作，其出口接点是在故障电流已经消失时才闭合的，而保护一旦动作后即使电流消失其跳闸命令仍将保持一段时间以确保可靠跳闸。

临洋2356线洋湾侧RCS901A保护的动作报告见图4，从图中可以看到，保护在769 ms时收不到对侧闭锁信号，在795 ms时纵联零序方向保护动作出口，期间的保护动作延时为26 ms。而CSL101A在793 ms时高频零序动作出口，稍快于RCS901A保护，是因为其功率倒向动作延时比RCS-901A保护短5 ms。需要指出的是：如果保护装置功率倒向逻辑所设置的出口延时较长（如CSC101A为40 ms），那么在此次故障中该保护可能也会因电流消失而不动作；也就是说若临洋2356线配置的是CSC101A而非CSL101A保护，那么将会出现RCS901A动作跳闸而CSC101A不会动作的情况。

另外，从临洋2356线洋湾侧线路保护的动作报告中可以看到当时2套保护均只有纵联零序方向保护动作，而没有其他纵联保护（如纵联距离、变化量方向等）动作。这主要是由于本次故障持续时间较长，而且在母联断路器断开后200 ms后故障电流基本不变，因此对CSL101A而言其高频距离保护已经进入振荡闭锁[2]无法开放而不会动作，对RCS901A而言其变化量方向保护则是因为没有变化量而不会动作。临安2Q48线安洲侧RCS901A保护在收不到对侧闭锁信号后，电流很快消失，因此保护没有动作。

从上述分析可以看到，临安2Q48线、临洋2356线的保护均属于正确动作。虽然临安2Q48线、临洋2356线两侧均配置了闭锁式高频保护，但是由于在故障中2条线路所感受到的故障分量稍有不同，导致了保护截然相反的动作行为。

图3 洋湾变临洋2356线故障录波图

图4 安洲变临安2Q48线RCS901A录波图

5 结论

州临2352线因雷击引起C相接地故障，临海变侧断路器C相在故障切除后重燃，导致临海变失灵保护动作，使得故障线路连接母线上的所有断路器被切除。断路器失灵保护动作后，由于保护配置的不同、断路器灭弧时间的先后不同导致4条线路对侧保护的动作行为完全不同而又都符合保护的设计原理，保护动作分析涉及失灵、远跳、功率倒向、振荡闭锁等，非常具有代表性，对保护动作的全面分析，可提高对线路继电保护配置的认识深度，有利于保护的检修和安全运行。

[1]贺家李，李永丽，董新洲，等.电力系统继电保护原因[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]朱松林.继电保护培训实用教程[M].北京：中国电力出版社，2011.