某發展性故障中雙套保護裝置動作報文不一致原因分析

陳洋，陳國斌，韓斐

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

在電力系統中，當線路發生瞬時故障時，繼電保護動作使斷路器跳閘后，依據故障情況進行判斷自動重合閘裝置是否經短時間間隔后使斷路器重新合上[1-3]。針對一起220 kV線路發展性故障跳閘，雙重化保護配置的2套保護裝置動作報告不一致，對造成的原因和影響保護動作行為的現場缺陷進行論述。提出保護裝置應用的優化邏輯，以使高壓線路發生此類故障時雙重化保護裝置能夠快速、一致的動作，最大限度地保護電網和設備安全。

1 線路故障情況分析

1.1 線路概況

事故線路于2017年4月投入運行，線路長度26.89 km，線路帶負荷約為103 MW，采用南自PSL-603和深瑞PRS-753雙重化保護配置。線路采用單相重合閘方式進行重合。線路一次系統接線如圖1所示。

圖1 220 kV線路一次系統接線

1.2 故障經過

2019-03-27 T 17：40 220 kV線路發生相間短路故障，由于多相故障閉鎖重合閘控制字投入，線路所在變電站對應的三相開關跳閘。事件發生過程中保護動作情況如表1所示。

表1 保護動作情況

1.3 故障原因查找和分析

2019-03-27，故障線路所在地區風力達到5～6級，為大風天氣，根據故障錄波器所顯示的故障距離，去現場查巡后，發現故障線路導線上有異物。從故障錄波器調取故障時刻波形分析得知，該故障為1個發展性故障，先發生AC相相間短路故障，經40 ms后發展為ABC三相短路故障。

2 線路保護裝置動作行為分析

2.1 線路保護動作情況

由故障錄波器調取故障時變電站側PRS-753型線路保護裝置與PSL-603型線路保護裝置的錄波圖，如圖2所示。線路保護裝置保護程序邏輯結構如圖3所示。

圖2 線路保護裝置錄波

圖3 保護程序邏輯結構

從2套線路保護裝置的故障錄波器記錄的波形以及保護程序的邏輯結構可以看出，雖然2套保護裝置報文給出的故障類型不同，但是兩者采集的故障量和動作方式及時間均相同，2套保護裝置設定的定值且相同，均正確動作切除故障[4]。這說明由于2個保護裝置報文記錄的邏輯不同而導致線路保護裝置最后動作報文不一致。

2.2 2套線路保護報文判據及報文結果

故障開始時，AC相差流滿足動作條件，由于PSL-603“相間故障閉重”控制字投入，分相差動保護動作永跳。故障發生40 ms后，故障類型由AC轉為ABC，由于此時保護三相跳令未收回，且保護的3個跳閘出口狀態不變化，因此不會再報差動保護相關動作報文。

PSL-603保護裝置“故障參數”事件中包含故障類型和故障測距的結果，“故障參數”事件需等到故障測距結果輸出時才能彈出。線路保護裝置選取保護動作出口時刻作為故障測距的起始點，并識別故障切除時刻，取此期間的穩態數據平均值進行測距，并進行故障類型判別。由于本次故障為發展性故障，故障過程中故障類型由AC相間短路發展為ABC三相短路，穩態平均值中三相均有故障電流，因此故障測距結束后故障參數中的故障類型為ABC。

相比而言，PRS-753裝置在AC相差流滿足動作條件后，分相差動保護動作永跳，但是PRS保護裝置的判據都具有時效性，在故障起始的1個周波(20 ms)后自動退出判據。而故障由AC相間短路發展為ABC三相短路的時間為40 ms，在故障發展后判據已經退出，因此PRS-753保護裝置報文中只顯示AC相相間短路故障。

雙重化配置的2套線路保護的不同故障報文，使得變電站運維人員和繼電保護人員無法準確地分析故障類型和故障發展過程。

PRS-753型線路保護裝置與保護報文相關的判據公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中：j—代表采樣節點數的變量；

p—當前采樣點序號(j、p均從由啟動元件確定的故障發生時刻算起)；

Δt—采樣間隔；

IN—電流互感器二次側的額定電流；

Edz—動作門檻值(程序已取固定值)。

公式(1)、公式(2)為PRS-753保護的基本啟動判據，公式(3)為相關差動保護判據。3個公式均成立，則判斷為區內故障，且3個公式均具有時限動作的特性，在故障起始后1個周波(20 ms)后退出判據。其中，PRS-753在運行報告中，只記錄第1次故障時保護跳閘的故障相別和故障測距、故障測量值等信息，起到輔助故障定位作用，而保護裝置的動作記錄中可以記錄每一次故障保護動作情況，包括每一次故障時保護跳閘的故障相別、故障測量值等信息。運行報告和動作記錄的不一致，對運行和繼電保護人員造成干擾和誤導。

2.3 對保護報文判據以及記錄邏輯的建議

在故障發生時，要求繼電保護裝置可以根據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作以及完整、準確地記錄故障和保護裝置動作信息，但是PSL-603型保護裝置是通過提取保護動作出口至故障切除期間的穩態數據平均值進行故障判別并生成故障報文，并不能準確地判別發展性故障的過程和不同時段的故障類型；而PRS-753型線路保護雖然能夠正確地記錄并反映故障的經過和發展以及保護動作情況，但是保護裝置中運行報告和動作記錄顯示的內容不同，只顯示了故障后一個周波(20 ms)內的故障類型，而保護出口至開關動作切除故障的時間約為60 ms，不能完整地記錄整個過程的故障信息，對運維和繼電保護人員產生干擾。

因此建議采取2套保護裝置的優點，提取從保護動作出口至故障切除期間的實時數據并判斷故障類型。在故障類型發生改變時，應更新并記錄故障發展情況，這樣就可以完整地記錄并顯示從保護判據故障并動作出口至故障切除期間的過程，避免因保護裝置故障報文生成邏輯問題而導致故障報文不完整或者和實際故障情況有差別的情況。保護報文記錄邏輯[5-6]如圖4所示。

圖4 保護報文記錄邏輯結構

3 結束語

通過對PSL-603型線路保護裝置以及PRS-753型線路保護裝置的動作行為和動作報文的對比和分析可以看出，保護報文主要是受到保護判據返回以及退出時間的選擇的影響。盡管2套保護裝置對故障的類型判斷結果不一致，但是并不會影響到保護裝置自身對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備組成的線路保護，廣泛存在于電網系統中。不同保護裝置的保護報文判斷邏輯略有不同，導致在發展性故障中最后顯示的故障類型有所不同。本文提出的保護報文判據以及記錄邏輯的建議，在遇到發展性故障時，線路保護裝置可以完整、準確地反應故障類型和故障發展經過，以及保護裝置相應的動作情況，變電運維人員和繼電保護人員可以通過故障錄波器的波形以及保護動作行為和保護報文來綜合判定故障情況和保護動作的正確與否，避免和減少變電運維人員和繼電保護人員因對故障情況不確定而影響對故障缺陷的處理，以及調控人員對試送電條件是否具備的判斷。