一起典型故障保护动作逻辑的分析及改进

张惠山，王亚强，齐肖彬，翟相鹏

(国网河北省电力公司检修分公司，石家庄 050070)



一起典型故障保护动作逻辑的分析及改进

张惠山，王亚强，齐肖彬，翟相鹏

(国网河北省电力公司检修分公司，石家庄 050070)

介绍一起500 kV变电站500 kV联络线的典型线路故障，分析各类典型微机光纤纵联差动保护针对该类型故障的保护动作特性，比较国内外保护各自的动作特点，指出其存在的不足，并提出相应的改进措施，提高了微机线路光纤纵联电流差动保护的动作性能。

微机保护；差动保护；动作逻辑；接地故障

河北某500 kV变电站2013年曾经发生了一起典型的500 kV联络线路故障。该故障保护动作行为逻辑正确，但最终的故障处理完毕后其设备运行方式却很奇特，且不是最理性的结果，现将故障经过做简要的叙述，并对相应继电保护的动作行为进行分析。

1 故障概况

该变电站500 kV线路主接线为3/2接线形式。初始状态，线路发生U相接地故障，一侧(以下称“本侧”)线路边断路器单相重合不成功断路器三跳，中断路器单相重合成功。对侧边断路器单相重合于故障三相跳闸，而中断路器未重合，断路器三跳。最终，线路带电空载运行。该线路配置了2套微机光纤纵联电流差动保护作为主保护，分别是国外产P546保护与国产RCS-931AMS保护，断路器配置了一套国产RCS-921保护装置。

故障录波情况如图1所示。

图1 本侧故障录波示意

本侧各保护动作时序为：0 ms，故障起始，保护启动；12 ms，RCS-931AMS保护TA；20 ms，P546保护TA；24 ms 、27 ms，边、中断路器保护RCS-921A发U相跟跳令；42 ms，边、中断路器U相跳闸，故障电流消失；968 ms，边断路器保护RCS-921 A重合闸动作(但此时断路器未重合上)，断路器保护RCS-921A重合闸启动后立即放电，沟通三跳接点(GST)闭合[1]；1 085 ms，对侧断路器重合于故障，本侧P546保护再次发TA令；1 125 ms，因P546保护的TA令，边断路器保护RCS921的沟通三跳接点(GST)闭合，故沟通三跳功能使边断路器BC相跳闸(沟通三跳逻辑见图1)。中断路器重合闸未放电，重合闸仍在计时中，未三跳；1 258 ms，中断路器的断路器保护RCS-921A重合闸动作，中断路器重合成功。

2 故障线路各保护装置的动作逻辑分析

本次故障保护动作过程的最终结果是本侧中断路器处于合位，对侧断路器均处于分位，线路处于空载带电运行的非理想状态。现对保护的动作行为进行简要分析。

本次故障为U相接地永久性故障。故障后，经过现场检查，发现本侧边断路器U相合闸回路因SF6闭锁继电器常闭触点接触不良，造成合闸控制回路处于断线状态，这是造成边断路器U相断路器未能重合成功的原因。此故障过程中，断路器持续处于非全相运行状态，三相不一致后备保护启动，该保护整定时间通常固定为2.5 s。重合闸整定时间，边断路器1 s，中断路器1.2 s。故障后，按照1 s的重合整定时间，边断路器RCS-921保护发合闸命令，之后，依照动作逻辑断路器保护沟通三跳接点闭合[1]，整个断路器保护沟通三跳回路示意如图2所示。以上保护动作时序所述故障开始后1 085 ms，对侧断路器重合于故障，本侧P546保护再次发TA令。由于有P546保护的U相跳闸命令后，沟通三跳回路在故障后1 125 ms将边断路器三相跳闸。

图2 断路器沟通三跳回路示意

由于本侧边断路器U相实际断路器未重合，故不存在重合于故障的问题，因此，中断路器按照1.2 s的重合整定时间正常重合。

对侧线路保护将断路器U相跳开后，故障未消失，边断路器重合于永久故障，线路保护再次动作，并闭锁中断路器重合[2]，将边、中断路器三相跳闸。1 258 ms，本侧中断路器重合闸动作，此时线路故障已消失，中断路器重合成功，线路带电空载运行。整个动作过程，两侧保护均正确动作，但最终出现了线路带电空载运行的非理想运行状态。

3 电流差动保护动作逻辑分析及存在的不足

3.1 出现非理想运行状态的原因

以上所述的线路接地故障情况，对于联络线路，继电保护装置的正常动作逻辑是重合于瞬时故障，重合成功后，线路正常运行，重合于永久故障后，断路器再次跳闸，线路停运。而针对本侧故障现象，继电保护动作行为的最终结果是出现了线路空载带电运行的特殊运行状态。深入剖析，若故障出现线路长时持续性的永久性故障，那么中断路器将不可避免的重合于永久性故障而再遭受一次短路冲击，对断路器、对系统稳定运行都很不利。分析出现本次非理想运行状态的原因，有着偶然和必然两方面因素。

偶然因素方面，因本侧出现了断路器合闸回路、控制回路断线的缺陷,造成边断路器未重合成功，中断路器重合闸不能可靠闭锁。由于目前的回路设计原则，线路正常运行时，只能可靠的监视其跳闸回路的完整，而合闸回路却不能得到有效的监视[2]。线路正常运行过程中合闸回路出现断线的故障概率较小，但不是没有，且根据运行经验，该类缺陷存在一定的比例。

必然因素方面，就是保护动作行为的不合理性。这次故障中，还有一个值得注意的问题，在对侧重合于永久故障时本侧的国外保护P546保护发出跳闸命令而国产保护RCS-931保护未发出跳闸命令，这2种不同的保护其动作逻辑有明显的不同，故其特点需要做比较分析。查阅相关保护厂家的技术资料，发现国产保护中有的保护跳闸出口中加入了线路有流的判据(如国产的RCS-931系列)，有的加入了需要保护启动元件的判据(如国产CSC-103系列、PSL-603系列、WXH-803系列等)，各保护的沟通三跳、闭锁重合的动作逻辑充分完整。而部分国外保护(如国外的P546系列，L90系列等)跳闸出口动作逻辑中均不存在电流元件及启动元件的判定条件，仅有纯粹的差动元件判定条件，且没有沟通三跳、闭锁重合等的逻辑部分，动作原理相对简单，可靠性低。

3.2 各类典型线路电流差动保护存在的不足

针对本次故障出现了非正常理想运行状态后，通过分析明确了国外进口保护与国产保护在针对永久性线路故障的动作逻辑行为是有差异的，列举说明如下，故障后，在对侧边断路器重合于永久故障后，本侧国外P546保护按照动作逻辑继续发跳闸命令，而国产RCS-931保护因电流判据不满足要求而未发跳闸命令。对于该故障现象，当对侧边断路器重合于永久故障后，本侧保护应该继续发跳闸命令，沟通三跳并闭锁重合，因此本侧国产RCS-931保护动作逻辑不合理是一点不足，需要改进。其他类型国产保护中加入启动元件判据的保护，大体上就是引入了对于弱电源侧“低压(或电压判据)+差流”[1]的形式。针对本次故障，这种判据是可以满足要求的。但进一步深入分析，如若对于双母线运行的线路，因电压互感器接于母线上(3/2接线接于线路上)，当发生线路永久故障且本侧断路器合闸控制回路断线，那么“低压(或电压判据)+差流”不满足要求，断路器只能依靠非全相保护动作三相跳闸，因此依靠“启动元件”作为判据的动作逻辑也存在不完整性。

4 电流差动保护动作逻辑的改进

4.1 具体的改进方案

当前,国产光纤纵联电流差动保护的动作逻辑出口增加了电流判据或保护启动元件的判据,其主旨是增加可靠性，防止差动保护误动。但是对于以上所述的类似典型故障，其动作逻辑就不正确，因此，从提高保护性能的角度出发，动作逻辑需要改进。改进的方法如下：在保护启动后而整组未复归前(微机保护整组复归的概念参见文献[3-4])，将电流或保护启动元件等的判据取消，保护启动后未整组复归前，只要差动元件满足条件即动作出口，沟通三跳并闭锁重合。保护跳闸出口动作逻辑改进简图如图3所示。

图3 改进的光纤纵联电流差动保护跳闸出口回路示意

4.2 改进方案的性能分析

对于以上提出的改进方案，在保护启动后而整组未复归前，保护动作逻辑转为仅差动元件判据，其可靠性就会降低。但是，这种短时性的可靠性降低是允许的，因为在这种短暂时间内突然出现TA断线等因素造成保护误动的概率是极低的，其故障发生的概率远小于断路器合闸控制回路断线的概率，因此，满足发生断路器合闸控制回路断线保护动作逻辑的正确性而暂时降低保护动作逻辑的可靠性是可行的。

总之，即能满足保护动作的可靠性，又要保证断路器合闸控制回路发生断线时保护动作的正确性，二者均兼顾是很难做到的。即使做到，其动作逻辑将会相当复杂，运行程序庞大，又影响了保护的动作速度，因此，以牺牲暂时的可靠性换来的是针对特殊故障动作逻辑的合理性，设备与系统运行的安全性是可行的。

5 结束语

针对一次典型的线路故障，对这起故障保护的动作行为进行了深入的分析，并对国产、国外保护的动作逻辑进行了分析比较，最终指出了当前微机高压线路差动保护动作逻辑存在的局限性并提出了相应的改进措施。实际上，微机保护软件程序的升级、动作逻辑的改进一方面伴随的是原理的进步与更新，另一方面则是从实际运行角度出发而出现的保护性能升级，从这个角度出发，以上针对设备实际运行过程中一次典型线路故障保护动作行为出现的问题，提出动作逻辑改进的思想，希望对微机继电保护性能的不断完善有一定的促进作用。

[1] 国家电力调度通信中心. 国家电网公司继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] 中国电力工程顾问集团西北电力设计院. 电力工程电气设计手册(电气二次部分)[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3] 高 亮. 电力系统微机继电保护[M].北京：中国电力出版社，2007.

[4] 杨奇逊，黄少锋. 微型机继电保护基础(第四版)[M].北京：中国电力出版社，2013.

本文责任编辑：齐胜涛

奉献清洁能源 建设和谐社会

Analysis and Improvement of Relay Protection Action Logic of Some Typical Accident

Zhang Huishan,Wang Yaqiang, Qi Xiaobin,Zhai Xiangpeng

(State Grid Hebei Electric Power company Maintainance Branch,shijiazhuang 050070,China)

Aiming at a typical transmission line accident,this paper analyses the action properties of representative computer optical fiber line differential protection at home and abroad. Through comparing with the action features,this paper points out the shortings of line differential protection ,then gives the improving way,and hope to bring about active effects to computer optical fiber longitudinal differential line protection.

computer protection;differential protection;action logic;ground fault

2016-03-25

张惠山(1976-)，男，高级工程师，主要从事继电保护设备调试工作。

TM773

B

1001-9898(2016)05-0055-03