一起110 kV線路電流差動保護誤動作事故分析

徐勤超，徐希霽，郭海濱，李業鋒

（國網山東省電力公司棗莊供電公司，山東 棗莊 277800）

一起110 kV線路電流差動保護誤動作事故分析

徐勤超，徐希霽，郭海濱，李業鋒

（國網山東省電力公司棗莊供電公司，山東 棗莊 277800）

對一起110 kV線路差動電流保護誤動作事故進行分析，確定線路差動保護誤動作的原因為保護裝置交流采樣異常。對現場裝置進行試驗驗證，查出裝置交流采樣異常的原因，是保護裝置交流采樣板與總線板之間因缺少螺絲導致接觸不良，本次事故對變電二次基建、檢修、運維等電力生產環節具有一定警示作用。

線路保護；差動保護；誤動作；原因分析

0 引言

電流差動保護由于原理簡單、動作可靠而被廣泛用作發電機、變壓器、母線等元件的主保護，隨著光纖通信技術的發展，電流差動保護越來越多被用作線路保護的主保護［1-4］。

針對一起110 kV線路差動保護誤動作事故，通過分析保護動作事項和錄波波形，查找線路差動保護誤動作的原因，并在線路檢修的狀態下對分析結果進行試驗驗證，最終確定了導致保護誤動作的故障點。

1 事故經過

2014年4月8日、13日、14日，某220 kV變電站110 kV君水線108開關接連發生3次跳閘，并均重合成功，具體保護動作過程如下。

第一次動作情況。2014-04-08T07∶41∶27∶910，110 kV君水線108開關PRS-753D光纖分相縱差保護啟動，10 ms后，突變量比率差動保護動作，差流值1.25 A，測距 3.6 km，故障相別為B相；70 ms后，斷路器三相跳開；1 415 ms后，重合閘動作，重合成功。

第二次動作情況。2014-04-13T11∶39∶40∶796，110 kV君水線108開關PRS-753D光纖分相縱差保護啟動，15 ms后，穩態量比率差動保護與突變量比率差動保護同時動作，差流值1.81 A，測距3.5 km，故障相別為A、B、C三相；75 ms后，斷路器三相跳開；1 475 ms后，重合閘動作，重合成功。

第三次動作情況。2014-04-14T10∶00∶47∶549，110 kV君水線108開關PRS-753D光纖分相縱差保護啟動，10 ms后，穩態量比率差動保護與突變量比率差動保護同時動作，差流值1.79 A，測距3.5 km，故障相別為A、B、C三相；70 ms后，斷路器三相跳開；2 774 ms后，重合閘動作，重合成功。

110 kV君水線為某水泥廠供電，水泥廠側保護裝置為同樣的PRS-753D光纖分相縱差保護。在以上3次跳閘事件中，水泥廠側PRS-753D保護裝置比率差動保護動作，因線路保護重合閘未投入，線路開關未重合。

2 原因分析

2.1 電源側保護動作行為

電源側保護TA變比為1200／5，調閱裝置錄波比較，保護3次動作情況基本一致，現對第三次動作錄波進行分析。保護裝置PRS-753D第三次動作的電流電壓波形如圖1所示，電源側序分量和差流波形如圖2所示。

圖1 電源側保護動作時刻電流電壓波形

圖2 電源側序分量和差流波形

從圖1和圖2中可以看出，在保護動作時刻，電源側保護的A、B、C三相電流采樣均存在突變量，零序電流3I0幅值達到5.45 A，零序電壓3U0幅值達到7.18 V，保護啟動。但對側的電流采樣值nIa、nIb、nIc和電壓采樣值nUa、nUb、nUc均為正常值。

保護裝置計算的差動電流為 Ida=1.839 A，Idb= 1.799 A，Idc=1.818 A； 制動電流為 Ira=1.467 A，Irb= 1.729 A，Irc=2.997 A；定值中穩態量比差門檻值Idz2= 1A。所以，此時A、B、C三相的差流和制動電流的大小關系滿足PRS-753D的穩態量電流差動方程

式中：Im為本側電流；In為對側電流；Idz2為差動電流啟動值。

本側保護裝置啟動條件和差動動作條件均滿足，差動保護可動作。

2.2 水泥廠側保護動作行為

水泥廠側保護TA變比為600／5，調閱第三次跳閘時的保護裝置錄波，動作時刻的電流電壓波形圖如圖3所示，序分量和差流波形如圖4所示。

圖3 水泥廠側保護動作時刻電流電壓波形

圖4 水泥廠側電壓序分量和差流波形

從圖3和圖4中可以看出，在保護動作時刻，水泥廠變的電流和電壓采樣值正常，但是收到對側同一時刻的電流波形存在畸變，存在差動電流。同時，檢測到對側零序電流3I0幅值達到10.95 A，對側零序電壓3U0幅值達到7.23 V，檢測的電流電壓波形與對側一致。

保護裝置計算的差動電流為 Ida=3.724 A，Idb= 3.635 A，Idc=3.616 A； 制動電流為 Ira=2.950 A，Irb= 3.468 A，Irc=6.038 A；定值中穩態量比差門檻值Idz2=2A。所以，此時A、B、C三相的差流和制動電流的大小關系滿足PRS-753D的穩態量電流差動方程，差動元件動作，若此時保護裝置啟動元件動作，則差動保護可動作出口。

PRS-753D型保護中設有電壓啟動元件，其中一個啟動條件為“當對側存在一定的零負序電壓，且差流達到穩態量差動的門檻值，置保護啟動”，而此時對側存在零序電壓，且差流達到穩態差動門檻定值，符合保護電壓啟動條件，即保護啟動元件動作。

由此可知，線路兩側保護電氣計算量均滿足圖5所示的差動保護動作邏輯，兩側裝置差動保護均動作。

圖5 PRS-753D差動保護動作邏輯

2.3 事故原因分析

故障錄波器中同一時刻110 kV君水線108開關的波形如圖6所示。錄波顯示此時的母線電壓采樣值完全正常，君水線三相電流也正常，波形沒有畸變，也沒有零序電壓和零序電流產生。

圖6 本側錄波器波形

電源側保護裝置PRS-753D采樣的電流電壓波形異常，而故障錄波器采樣的同一時刻電壓電流波形正常，對側水泥廠站的電流電壓也正常，可推斷保護跳閘時線路上并未真正發生故障，屬于保護誤動作。

查閱電源側保護裝置啟動記錄，保護板1（CPU1）和保護板2（CPU2）均為突變量啟動，且保護動作情況一致，說明兩塊板件接收到的交流采樣值一致，排除CPU板件的問題，故該異常現象定位于保護裝置交流采樣與實際不一致。另外，通過波形可看出，保護裝置電壓和電流采樣均出現異常，而二次回路中電壓和電流回路不相關，同時出現異常的可能性小，因此可初步推斷導致保護誤動作的原因為保護裝置交流采樣板采樣不正確。

另外，PRS-753D保護裝置可通過對側電壓和差動電流來啟動電壓啟動元件，導致水泥廠側保護誤啟動，從而開放保護動作出口，也是本次保護誤動作的一個原因。

3 試驗驗證

3.1 現場裝置檢查

110 kV君水線轉檢修后，首先對該間隔二次回路進行檢查，重點檢查108開關的TA二次回路。結果為TA二次回路均在匯控柜處一點接地，不存在兩點接地的情況。對TA二次電纜進行絕緣測試，結果合格。

對保護裝置PRS-753D進行重點檢查，在對采樣板進行檢查后，發現采樣板重新插入后，試驗時裝置無采樣，再次拔插后，仍然沒有采樣。于是將裝置前面板打開，發現總線板右下角缺失3個螺絲，如圖7所示。

保護裝置PRS-753D的交流插件的插槽正是在保護裝置的最右邊，由于螺絲的缺失，導致交流采樣板插入插槽時，交流采樣板和總線板出現接觸不良情況，使裝置無采樣。

用備用螺絲將總線板固定后，重新將交流采樣板插入，裝置采樣恢復正常。隨后，對保護裝置進行校驗、整組傳動，結果均正確。為減少采樣板損壞而導致保護再次誤動的可能性，現場更換新的采樣板，并對保護重新校驗無誤后，恢復正常送電。

3.2 實驗室測試

對更換下來的交流采樣板進行相應的失效分析和測試工作。

單板測試。將現場WB713交流板件進行單板測試，輸入輸出信號均正常，交流傳變正常。

整機測試。將現場WB713交流板件裝入機箱，進行整機測試，整機測試（總線板螺絲擰緊，確保交流板件和總線板接觸良好）發現各采樣均正常，拷機1天，未發現采樣異常，裝置記錄沒有新增啟動記錄。

現場模擬實驗。模擬現場環境，對電源側裝置定值按照現場裝置定值整定。之后將電源側裝置總線板右下角3顆螺絲拆除，再將交流板件插入機箱。兩側裝置加穿越性電流，三相正常電壓，此時發現電源側裝置采樣異常：電壓和電流有浮動，裝置產生差流。拷機過程中，保護裝置偶爾會動作，報“穩態量比率差動動作”。

對交流采樣電路進行分析，交流板的松動情況導致交流板模擬地信號處于懸空的狀態，相當于在輸入端和地之間有一個很大的電阻，這個大電阻很容易感受外界的干擾，引起采樣異常。未加量時正常采樣波形如圖8所示，未加量時AGND信號懸空時采樣波形如圖9所示。試驗結果證明交流采樣板松動確實會導致保護裝置采樣異常，從而引起保護誤動作。

圖9 未加量時AGND信號懸空時采樣波形

4 結語

本次線路差動保護誤動作的主要原因是由于保護裝置交流采樣板與總線板之間的接觸不良，導致交流采樣異常。所以在變電二次基建、技改等施工過程中，每一個環節、每一個步驟、每一個零部件都發揮著不可替代的作用，任何疏忽都有可能造成事故的發生。二次施工和檢修人員應不斷強化責任意識，嚴防因疏忽大意而造成繼電保護不正確動作事故。

另外，水泥廠側保護電壓啟動元件誤啟動也是造成本次線路差動保護誤動作的一個原因，應針對電源側交流采樣板異常會導致對側保護誤啟動的現象，進一步對電壓啟動元件進行優化，防止類似事件再次發生。

［1］黃建英，黃靖.一起220 kV線路保護誤動作分析及防范措施［J］.內蒙古科技與經濟，2013（23）：123-124.

［2］鄭東光.差動保護誤動作分析［J］.水利科技，2007（4）：73-74.

［3］馬文龍，郭效軍，王文雄，等.一種超高壓輸電線路自適應分相電流差動保護新原理研究［J］.電力自動化設備，2004，24（12）：12-15.

［4］李文升.220 kV光纖保護現場應用問題探討［J］.山東電力技術，2009（1）：33-37.

徐勤超（1986），工程師，從事繼電保護專業工作。

Misoperation Fault Analysis of A 110 kV Line Current Differential Protection

XU Qinchao，XU Xiji，GUO Haibin，LI Yefeng
（State Grid Zaozhuang Power Supply Company，Zaozhuang 277800，China）

The reason of one 110 kV line current differential protection misoperation is ascertained that the AC sampling of the protection device is abnormal.After conducting tests on site devices，it is found that the abnormity is caused by poor contact due to lack of screw between the AC sampling plate of protection device and bus plate.The fault can be taken as a warning in power generation including secondary construction，operation and maintenance.

line protection；differential protection；misoperation；cause analysis

TM774

：A

：1007－9904（2017）04－0077－04

2016-11-23