苏  华1，简家礼2，张树华3

　　（1.国网九江供电公司，江西 九江 3320002.国网昌吉供电公司，新疆 昌吉 8311003．北京智芯微电子科技有限公司，北京 100192）

　　摘  要： 介绍了一起纵联保护误动事故的分析情况，分析了误动事故的产生原因，论述了方向元件对纵联保护的重要作用，给出了相应的事故解决方案，实测结果印证了针对此事故分析与解决方案的正确性。

　　关键词： 功率倒向；纵联保护；浮动电流门槛

0 引言

　　自上个世纪二十年代输电线纵联保护诞生伊始，就出现了相位比较式和方向比较式两大类型。前者只需要电流量，构成简单，但受分布电容影响较大，对通道要求高，多用于250 km以下的双端线路；而方向比较式虽然引入电压量，但受分布电容电流影响小，对通信通道要求不高，可用于距离较长的双端、三端或多端线路，因此方向比较式纵联保护从来就是长距离输电线路的主保护方式之一。在微波通道和光纤通道出现以后，电流差动取代了相位差动，但方向纵联保护不可取代。

　　方向纵联保护一直是高压输电线路上采用的主保护之一，同时它也是继电保护研究的重点之一。方向元件是方向纵联保护的核心，方向元件的性能在很大程度上决定了整个保护的性能。通过对纵联保护误动事故的分析，根据系统故障电流的历史记录，发现了事故发生的深层次原因，论证了方向元件配合工作在系统中的重要性。

1 故障简述

　　江西九江供电公司是2003年4月在原九江供电局基础上改制成立的，属国家大型企业，公司下辖16个部室、15个基层单位，同时对12个县级供电公司进行管理。2012年9月6日12时，江西国电九江发电厂第三期（九三电厂）至沙城变的220 kV浔沙II线因建筑施工吊机对线路安全距离不够，引起A相对吊机放电，导致A相永久性故障。浔沙II线两侧保护相继动作切除故障，但在重合于故障线路过程中，妙智变至市中变220 kV妙市线的国电南自的PSL 601G纵联保护却发生误动作切除妙市线，1713 ms后浔妙线重合闸成功，恢复正常送电。事故时刻的系统接线示意图如图1。

2 变电站录波数据分析

　　停电事故发生后，立即到现场调取了市中变保护3和妙智变保护4的录波数据。从妙市线两侧PSL 601G纵联保护（闭锁式）的动作报告显示故障电流和故障电压可知，在相邻线故障时，220 kV妙市线市中侧保护3感受到正方向故障，妙智侧保护4感受到反方向故障。但在邻线重合时，妙智侧于880 ms停信，市中侧930 ms停信，最终妙智侧纵联保护满足动作条件而跳闸。

　　从上述分析可知，导致此次邻线区外故障重合时误动作的原因是妙智侧停信，对此分析如下：

　　通过对比两侧故障电流和故障电压，邻线故障时，市中侧保护3为故障正方向，妙智保护4为反方向，故障电流方向如图中红色线。所以初次故障时保护3、4行为正确，不动作；

　　在220 kV浔沙II线重合时，由于沙城变侧于858 ms先合闸，九三侧于895 ms后合闸，因此当沙城先合闸时，故障电流方向如图中蓝色线，当九三侧后合闸时，故障电流又恢复成红色线方向。因此该过程存在故障电流倒向现象（功率倒向）。

　　PSL 601G纵联保护的方向元件配置有基于暂态量的突变量方向和稳态量的零序功率方向元件。其中突变量方向投入40 ms后才投入稳态量方向元件，即突变量方向元件优先级较高。

　　在220 kV浔沙II线沙城变侧先合闸后，220 kV妙市线妙智侧保护感受到故障为正方向侧，纵联保护正方向动作（经过分析是突变量正方向动作），所以保护停信，但此时市中侧纵联突变量反方向元件未动作；当故障电流倒向后，市中侧感受到正方向故障电流，纵联零序正方向元件动作，于是保护停信，而此时妙智侧保护还处于突变量正方向动作结果保持阶段。最终，两侧均有正方向结果而满足动作条件，妙智侧跳闸。两侧保护纵联零序动作相关结果如图2，dIm0为妙智侧零序电流，dIn0为市中侧零序电流，可见邻线沙城侧在860 ms合闸后，妙市线两侧零序电流均很小；当邻线九三电厂侧895 ms合闸后，妙市线两侧零序电流增大，并超过纵联零序电流定值。

　　由此判断，造成此次妙智侧保护跳闸的原因是，妙智侧纵联保护突变量正方向动作时，市中侧突变量反方向元件没有动作，去闭锁妙智侧纵联保护，两侧突变量方向保护在短时间内失去配合。当故障过程发展到另外一个阶段后，稳态零序正方向元件与暂态的突变量正方向元件在线路两侧分别作用，造成纵联保护方向元件配合失误。

3 纵联保护方向元件失配原因

　　经过对沙城先合闸后到九三侧再合闸的这段不到40 ms的功率倒向过程的故障数据分析，有如下原因综合影响后，造成妙智侧突变量正方向动作、而市中侧突变量反方向元件没有动作：

　　（1）两侧保护CT变比不同。由于PSL 601G保护内部突变量方向元件的电流动作门槛为固定的0.2In，所以在两侧CT变比不同时，区外穿越性电流在两侧折算到的二次值不同，会影响到突变量方向元件的投入时间；

　　（2）突变量正、反方向元件动作确认延时同为10 ms，使得在线路两侧配合时结果会略有不同。

　　以上两个原因，使得妙智侧纵联突变量方向元件投入时间相对较长，满足正方向结果延时确认；而市中侧突变量方向元件投入时间相对较短，反方向结果延时确认不足而导致反方向元件拒动。突变量电流相关计算结果如图3和图4所示。

4 方向元件对纵联保护的方式

　　4.1 逻辑原理图

　　输电线路对保护的可靠性要求极高，不能只满足一个条件就出口跳闸，该保护核心部分的逻辑框图如图5所示。逻辑中包括有两个负序方向元件即正方向元件W1 和反方向元件W2，构成主副两个跳闸通道。在正方向故障时正方向元件W1在动作，构成主跳闸通道，反方向元件不动作构成副跳闸通道，都有信号时才能通过“与”跳闸；在反方向故障时反方向元件W2 动作发出闭锁信号。元件G为不对称短路启动元件，当发生不对称故障时包括对称短路初瞬间的不对称，元件G有输出，启动保护。

　　4.2 不对称故障时保护的动作情况

　　正方向不对称故障时，元件G有输出，此时正方向元件W1和元件G通过“与”门输出，直接经“或”输出构成主跳闸通道，在初瞬间有不对称的三相短路时元件W1 和G动作是瞬时的，故将其输出记忆（保持）22 ms，保证断路器有足够的跳闸时间，此为初瞬间不对称的三相短路的主跳闸通道。由于正方向故障时W2 不动作，“与”的反向输入为低电位，构成副跳闸通道。副跳闸通道的输出取反，然后与主跳闸通道通过“与”门有输出，再延时3～4 ms，如果仍然没有收到闭锁信号，则出口回路输出跳闸脉冲。如被保护线路外部故障，在3～4 ms内收到对端闭锁信号，出口将被闭锁，保护不会跳闸。

　　反方向不对称故障时（包括三相短路初瞬间），元件G、W2 都动作“与”门有输出，并记忆100 ms，发出闭锁信号，闭锁本端和对端保护，此时副跳闸通道输出高电位，“与”不通，发出闭锁信号。记忆100 ms是为了保证只要故障未切除，始终有闭锁信号。如果外部故障未切除前闭锁信号消失，那么在外部故障切除的暂态过程中方向元件可能误动会引起保护误动作。

　　4.3 转换性故障的动作情况

　　因为在不对称短路时负序分量是长期存在的，当发生区外转区内不对称故障时，此时正方向元件W1可正确判断出故障方向，主跳闸通道输出高电位，反方向元件W2不动作，此时副跳闸通道输出低电位，取反后与主通道输出经“与”门输出，去停止闭锁信号，故转换性故障发生时，闭锁信号被立即停止，不会引起保护延时动作。

　　当发生区内转区外不对称故障时，如果区内不对称故障仍然存在，而且转换时间大于约10 ms，则跳闸脉冲已保持，可保证可靠跳闸。如果转换时区内不对称故障已消失，且转换时间小于约10 ms，此时反方向元件W2可正确判断出反方向故障与元件G经“与”门有输出，发闭锁信号，保护收到闭锁信号闭锁两侧出口跳闸回路，保护不会误动作。

5 解决方案

　　此次故障暴露出环网中区外故障时纵联方向保护中突变量方向元件在线路两侧的配合问题，因此需要对PSL 601纵联方向保护进行修改，修改方法如下：

　　修改突变量方向元件投入的电流门槛，不再取固定的0.2In，而是取 K*Iqd，其中Iqd是突变量启动电流定值，K是可靠系数可取1.1。这样可以修正线路两侧CT变比不同造成的影响；

　　突变量方向元件的反方向结果确认延时缩短为5 ms，正方向结果确认延时延长为10 ms。

　　以上两点的修改，可以改进突变量正、反方向元件的配合效果，使得反方向元件灵敏度更加灵敏，确保在区外故障时反向侧的突变量方向元件能可靠动作。

　　国电南自更新程序，送到江西省电力科学院进行动模验证试验。试验合格后，配合国电南自对现场PSL 601G保护软件升级。经过2年多的运行，再没有发生类似的误动情况。

6 结论

　　此次相邻线路永久性故障时存在功率倒向过程，由于PSL 601G纵联方向保护的突变量方向元件配合存在失误，突变量方向的反方向元件的灵敏度小于正方向元件灵敏度，区外故障时正方向侧动作却反方向侧不动作，导致线路两侧分别是突变量方向元件与稳态零序方向元件配合，造成配合失误出现误动。本案例通过对变电站录波数据的分析，根据故障电流与故障电压的历史记录，准确定位了事故产生的原因，并针对性的进行软件修改，系统升级，提供了纵联保护设备的可靠性，为电网的继电保护具有重要的意义。