一起220 kV线路保护误动事故的深入分析

贺 鹏，李宏伟，郝 伟

（1.国网山西省电力公司调度与控制中心，山西 太原 030001;2.国网山东威海乳山市供电公司，山东威海 264500；3.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原 030001）

一起220 kV线路保护误动事故的深入分析

贺 鹏1，李宏伟2，郝 伟3

（1.国网山西省电力公司调度与控制中心，山西 太原 030001;2.国网山东威海乳山市供电公司，山东威海 264500；3.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原 030001）

介绍了一起因220 kV线路保护误动引起的变电站全站失电事故。按照事故发展的不同阶段，结合线路保护原理，利用故障录波图及保护动作报告，对事故发生的原因进行深入分析，从而发现电网和变电站中存在的问题，并提出了相应的整改措施，对变电站以及电网的安全稳定运行具有一定的借鉴作用。

220 kV线路；保护误动；事故分析；整改措施

2015年8月6日晚，受雷雨天气影响，220 kV罗临II线故障跳闸，造成2座220 kV变电站及所带15座110 kV变电站失电，损失负荷213 MW。通过对此次电网事故的原因的深入分析，发现其中问题并制定了相应的整改措施，对提高电网的安全运行具有重要意义。

1 事故前运行方式

此次停电事故中涉及吕梁市3个220 kV变电站及多个110 kV变电站，事故前电网运行方式如图1所示。

图1 事故前吕梁地区220 kV主网结构

一次运行方式：220 kV金罗站运行正常；500 kV罗临变电站和柳林电厂向金罗站供电，金罗站与临县站之间通过罗临I、II回线相连，受暴雨影响，导致罗临I线76号塔塔基处发生山体滑坡，塔身倾斜约35°，影响线路运行，需紧急停运，故将罗临I线转为热备用状态，金罗站仅通过罗临II线向临县站供电，临县站通过临兴线向兴县站供电。

金罗站、临县站和兴县站三站的运行方式相类似，均为两台主变并列运行，220 kV侧为双母线接线方式，且两条母线并列运行；一台主变高、中压侧中性点直接接地运行，另一台主变高、中压侧不接地运行。各站设备及相关线路均运行正常。

重合闸方式：220 kV线路为单相重合闸，110 kV线路为三相重合闸。

继电保护：220 kV线路采用两套保护装置，型号分别为PSL-603GM和CSC-101D，主保护类型为允许式纵联距离保护和纵联差动保护，后备保护主要由零序保护组成。

2 事故过程

2013年8月6日21时07分38秒，220 kV临兴线线路区域雷雨天气，220 kV临兴线发生C相瞬时性接地故障，双套纵联主保护均正确动作，C相开关跳闸后重合成功。

故障发生后，220 kV罗临II线金罗侧268开关纵联距离保护动作，纵联保护出口跳C相，重合成功。金罗侧268 C相开关重合成功后，临县侧纵联距离保护动作跳242 C相开关。随后，金罗侧纵联距离与纵联差动保护零序后加速动作，永跳268三相开关，纵联差动保护向临县侧发远跳命令，临县侧收远跳令，跳242 A、B两相开关。罗临II线停运，致使临县站与兴县站全站失电。罗临II线事故分析简图如图2所示。

22时28分，罗临II线268开关送电成功；22时31分，临兴线241开关送电成功；22时58分，临县站恢复正常运行方式；23时10分，兴县站恢复正常运行方式。

图2 罗临II线事故分析示意图

2.1 事故诱发阶段

a)后台显示。22时07分38秒862毫秒，220 kV临县站、兴县站 CSC101D保护动作，220 kV临兴线241、273开关跳闸，重合闸启动，07分 38秒 913毫秒，CSC101D重合闸动作，241、273开关重合成功。

b)继电保护。临县站双套保护装置（PSL-603GM和CSC-101D） 显示241开关C相故障，保护C跳出口，故障相电流12.218 A，单跳启动重合、重合出口、闭锁重合闸。

同时，220 kV兴县站双套保护装置显示273开关C相故障，C相接地，差动保护C跳出口。

2.2 事故发展阶段

a)后台显示。22时07分38秒889毫秒，CSC101D纵联距离保护动作，268开关C相跳闸，重合闸启动；07分39秒456毫秒，CSC101D装置重合闸动作，268开关C相合位，07分38秒537毫秒临县侧CSC101D纵联零序保护动作，242开关C相跳闸。

b)继电保护。金罗站双套保护装置（PSL-603GM和CSC-101D） 显示268开关C相故障，保护C跳出口动作，单跳启动重合，重合闸出口。

临县站CSC-101D纵联零序保护出口，242开关C相故障，单跳启动重合闸，PSL-603GM保护未动作。

2.3 事故发生阶段

a)后台显示。22时07分39秒681毫秒，金罗站双套线路主保护动作，268开关A、B、C相跳闸；07分39秒712毫秒，临县站双套线路主保护动作，242开关A、B相跳闸。公用遥信发出“220 kV故障录波器启动”、“10 kV故障录波器启动”信号。

b)继电保护。金罗站268开关双套保护装置“跳A”、“跳B”、“跳C”红灯亮，光纤信号传输装置上同时显示收信与发信，距离零序保护启动，差动保护启动，综重重合闸启动，零序加速段动作，保护永跳出口，三跳闭锁重合闸，故障类型为C相接地，故障相电流3.031 A。

临县站242开关双套保护装置“跳A”、“跳B”、“跳C”红灯亮，距离零序保护启动、综重电流启动、差动保护启动、综重重合闸启动、远传跳闸出口、差动永跳出口，故障类型和测距：-61.18 km，故障相电流3.125 A，PT三相失压。

事故中，220 kV罗临II线的保护动作情况如表1所述。

3 事故分析

3.1 事故形成原因

经线路人员检查，220 kV临兴线85号塔发生C相绝缘子瞬时性接地故障，导致241开关C相跳闸，该故障是本次罗临II线跳闸的起因。

3.2 事故发展原因

通过录波图及保护动作情况可见，220 kV罗临II线纵联距离保护两侧收发信时间不一致。金罗侧发信时间为启动后27 ms，收信时间为28 ms；临县侧发信时间为启动后125 ms，收信为126 ms。初步判断收发信存在问题，检查后发现，罗临II 线CSC101D保护通道在金罗侧通讯机房光配架处自环。

表1 220 kV罗临II线保护动作报告（相对时标）

3.2.1 允许式纵联保护动作原理[1-3]

本文涉及的CSC101D保护属于允许式纵联保护，此类保护的动作原理是通过功率方向或距离元件来判别线路故障的方向，向线路对侧发送允许信号。当被保护线路发生故障时，线路两侧保护故障判别元件动作，并相对侧发出允许动作信号，当两侧保护收到对侧的允许信号时，保护即发出跳闸命令。

一般规定，从母线指向线路的方向为正方向，从线路指向母线的方向为反方向。在功率方向为正的一端向对端发送允许信号，此时每端的收信机只能接收对端的信号而不能接收自身的信号。正常情况下，每端的保护必须在方向元件动作，同时又收到对端的允许信号之后，才能动作于跳闸。

对非故障线路而言，一端是方向元件动作，收不到允许信号，而另一端是收到了允许信号但方向元件不动作，因此都不能跳闸。以临兴线故障为例，临兴线区内故障，只有临县侧和兴县侧的方向元件动作，且都收到对侧的允许信号，临兴线241和273开关应该跳闸。而对于罗临II线来讲，故障属于区外故障，金罗侧268开关虽然能判断正方向，发出允许信号，但是242开关判功率方向为反方向，方向元件不动作，不会向对侧发允许信号。因此，对于金罗站来讲，268开关的方向元件动作，但收不到对侧的允许信号，保护不会动作；对临县站来讲，242开关能收到对侧的允许信号，但方向元件不动作，保护也不会动作。信号具体情况如图3所示。

图3 临兴线故障时的信号收发情况

3.2.2 保护通道自环

纵联保护的允许信号是通过通讯通道来发送到对侧的，线路两侧都有收发信机来发送和接收允许信号。正常情况下，每侧的发信和收信各占一条通道，每端的收信机只能接收对端的信号而不能接收自身的信号。当功率方向为正，且两侧都收到对侧的允许信号后，保护才能动作。

特殊情况下，如变电站启动时，需要进行通道测试[4]，这时需要将通道自环，检测通道的收发信情况。通道自环时线路两侧的保护通道都自环，因为若一侧自环，而另一侧开环时，则保护通道断开，通道告警，保护装置无法正常运行。

通道自环时，线路两侧的允许信号都是自发自收，保护仍可动作，但这与正常情况下只收对侧信号还有所区别。一般地，通讯装置在通道自环时应发出自环告警提示，以便运维人员及时恢复通道正常运行。

3.2.3 事故发展原因分析

罗临II线事故中，线路两侧的CSC101D保护通道自环，但该保护装置没有自环告警提示，运行人员未能发现该问题。因此，当罗临II线线路区外发生C相瞬时性接地故障时，导致金罗侧CSC101D保护误动，跳C相出口，临兴线线路C相故障，金罗侧CSC101D判为正方向，自发自收，纵联保护动作出口，从而导致268开关C相跳闸。可见，罗临II线CSC101D保护通道自环是本次罗临II线保护误动作的直接原因。罗临II线CSC101D保护误动的保护收发信情况如图4所示。

图4 罗临II线CSC101D保护误动时收发信情况示意图

3.3 事故发生原因

3.3.1 金罗侧268开关C相重合前

区外故障罗临II线临县侧CSC101D判反方向故障，不发信。金罗侧268开关C相跳闸后，罗临II线非全相运行，临县侧纵联距离保护不动作，CSC101D纵联零序保护判为正方向，125 ms发信，126 ms收信，由于金罗侧268开关C相跳闸，临县侧242开关C相无电流，CSC101D纵联零序保护不出口跳闸。

纵联零序保护的动作条件主要有：方向判为正方向；有零序电流产生；零序电流达到定值；故障选相。其中，故障选相的判别依据主要是电流突变量选相。金罗侧268开关C相跳闸后，罗临II线为非全相运行，有零序电流产生，也达到定值，但方向元件判功率反方向，电流突变后，电流消失，选相元件启动后又返回，没有实现故障选相，不满足纵联零序保护出口条件，因此，临县侧CSC101D纵联零序保护不出口跳闸。

3.3.2 金罗侧268开关C相重合后

罗临II线金罗侧CSC101D保护494 ms重合闸出口，670 ms重合闸成功，临县侧C相流过正常负荷电流，电流突变量达到选相定值，满足故障选相条件。此外，线路的零序电流虽变小，但保护采用全周波傅氏算法[5-6]，有电流5 ms后，计算零序电流为2.7 A（实际零序电流为不到0.5 A），大于定值2.5 A，满足CSC101D纵联零序保护动作出口条件，因此675 ms临县侧CSC101D纵联零序保动作出口，242开关C相跳闸。

至此，罗临II线临县侧的零序电流从有到无，再到有（金罗侧268开关C相跳闸，重合成功，临县侧242开关C相跳闸）。临县侧C相跳闸后，金罗侧双套保护达到零序III断加速定值（2.5 A）。纵联距离及纵联差动保护的零序后加速保护相继动作出口，跳268三相开关， PSL603GM纵联差动保护永跳后发远跳令。临县侧PSL603GM纵联差动保护收远跳令，跳242 A、B相开关。最终罗临II线两侧开关均三相跳闸，线路停运。

正常情况下，金罗侧268C相跳闸并重合，属于线路非全相运行状态，只会启动重合闸，而不会引起零序保护动作。本次事故中，当金罗侧268C相重合后，临县侧只有CSC101D保护动作；而另一套主保护PSL603GM并没有动作，可见临县侧CSC101D保护在非全相情况下，其程序设计还有不合理的地方，存在一定的隐患，可能造成事故的进一步扩大。

3.3.3 事故原因总结

综上所述，引起本次220 kV罗临II线故障跳闸事故的主要原因有以下两个方面。

a）220 kV罗临II线CSC101D保护通道自环导致该线路保护误动是此次引发事故的的直接原因。

b） 非全相期间，由于CSC101D保护程序设计不合理，造成临县侧保护单跳后又三跳，也是罗临II线停运的一个重要原因。

4 事故教训与经验

4.1 暴露的问题

通过此次事故，可以发现在变电站运行与维护，保护程序设计以及电网结构等方面暴露出的诸多问题，主要有以下几点。

a）纵联保护通道运维管理不规范，检验管理缺失。在测试保护通道时将保护通道自环，测试完未恢复，暴露出检修工作安全措施不到位，未执行标准化作业流程，通信与保护专业间沟通不到位，造成检修后现场遗留安全隐患。

b）保护装置的通讯功能存在问题，纵联距离保护光电转换装置通讯通道自环无报警功能，专业运维人员不能及时发现保护通道异常，从而给事故的产生埋下隐患。

c)CSC101D保护程序设计不合理，在特殊工况下，如非全相运行情况下，动作行为不满足系统要求。

d)地区电网网架薄弱，220 kV电网供电可靠性较低，单线检修情况下存在区域全黑风险。

e)专业管理工作不力，运行巡视工作不到位，未发现罗临II线纵联距离保护通道自环。

f)培训工作不到位，相关专业人员现场作业技能水平有待提升。

4.2 整改措施

a)针对纵联距离保护在通道自环时无告警信号进行全面排查，完善相关措施，确保不发生类似错误。纵联距离保护装置结合技改、大修工作进行整改，完善通讯通道告警功能。

b)对CSC101D保护程序进一步完善，使之满足特殊运行情况下系统的要求。对其他厂家的保护进行试验检查，以确定是否有同类问题。

c)加强电网建设，尤其是220 kV主网的建设，尽快实现220 kV以上电压等级环网运行。

d)全面梳理继电保护及相关专业检验管理制度，建立完善保护与一次、通信等其他专业的沟通联系机制，检修工作执行标准化作业流程。涉及保护装置、相关二次回路等的作业必须通知保护专业人员。

e)加强运行巡视和专业化巡视工作，明确保护装置及通道等的正常状态并标识明确，巡视中认真记录并定期开展分析。

f)加强对运行维护专业的管理工作，制定并完善标准化作业指导书，并严格执行。

g)针对性开展专业人员技术技能培训，积极参加各级技术监督和管理部门组织的培训班，学习并贯彻执行最新反措规定和相关技术要求。

[1]邵玉槐，秦文萍．电力系统继电保护原理 [M]．北京：中国电力出版社，2008．

[2]贺家李，李永丽，董新洲，等．电力系统继电保护原理（第四版） [M]．北京：中国电力出版社，2010．

[3]罗琦，宋述勇．允许式纵联保护分析 [J]．山西电力，2008 (3)：22-26．

[4]沈淼，邱宏瑜．浅谈RCS-900系列允许式光纤线路纵联保护的通道联调[J]．电力系统保护与控制，2008，36(18)：96-98．

[5]陈生贵．全周波傅氏算法及其计算精度 [J]．机械与电子，1996(05)：28-29．

[6] 陈洁，何志勤，叶青．微机保护中滤除衰减直流分量的全周波傅氏算法的仿真比较分析 [J]．继电器，2007，35(06)：16-20．

Deep Analysis on an Accident of Protection Mal-function of 220 kV Transm ission Lines

HE Peng1,LIHongwei2,HAOW ei3

（1.State Grid Shanxi Electric Power Dispatching&Control Center,Taiyuan,Shanxi 030001,China; 2.State Grid Shandong Rushan Power Supply Company,Weihai,Shandong 264500,China; 3.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

This paper introducesan accidentpower outage caused by protectionmal-function of220 kV lines.Combiningwith line protection principles,fault recordsand protective action reportwere used to analyze the causesof the accident.Asa result,problems exist in power grid and substations are found,and countermeasures are put forward correspondingly,which has a certain reference for the safe and stableoperation ofsubstationsand powergrid.

220 kV transmission lines;protectionmal-function;faultanalysis;improvementmeasures

TM773

B

1671-0320（2016）05-0037-05

2016-07-29，

2016-08-03

贺 鹏(1987)，男，山西吕梁人，2013毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事电力调控运行工作；

李宏伟（1974），男，山东威海人，1996年毕业于山东电力职工大学发电厂电气专业，助理工程师，从事电网调度、继电保护工作；

郝 伟（1979），男，山西太原人，2008年毕业于华北电力大学系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事继电保护试验与研究工作。