采用不同判據的縱聯零序方向保護運行風險分析

于洋　楊瑞金　邵慶祝　俞斌　楊鋮　欒喜臣　麥立　張駿

摘? 要：縱聯零序方向保護為適應弱電強磁的運行環境，增加了負序功率輔助判據等功能，然而在實際應用中，出現了線路兩側采用不同判據的縱聯零序方向保護配合錯誤的問題。文章從某220kV線路發生的一起區外誤動的事故出發，對故障分量和裝置的動作行為進行了深入分析，并提出了改進措施。

關鍵詞：零序方向;負序方向;弱電強磁

中圖分類號：TM773? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）34-0060-04

Abstract： The longitudinal zero-sequence direction protection is suitable for the operating environment of weak electric and strong magnetic， and the functions of negative sequence power assisted criterion are added. However， in practical applications， the longitudinal zero-sequence direction protection coordination error with different criteria on both sides of the line appears. In this paper， from the accident of a 220kV line that has been misfired outside the area， the fault component and the action behavior of the device are analyzed in depth， and improvement measures are proposed.

Keywords： zero sequence direction; negative sequence direction; weak electric field

引言

縱聯保護作為目前輸電線路的主保護，包括縱聯差動保護和縱聯距離（方向）保護，能夠保證全線故障快速切除。傳統的縱聯零序方向保護以零序方向作為故障判據，依據零序電流和零序電壓的關系判別故障方向。近些年隨著“弱電強磁”（主要指同一走廊區域的線路之間互感較強，電氣聯系較弱的現象）的出現，國內相繼發生了多起線路縱聯零序方向保護區外誤動的事故。不少學者和專家研究并提出了將負序方向作為輔助判據的改進方法[1-2]，可有效防止縱聯零序方向保護的誤動。然而在實際應用中，可能出現線路兩側保護版本未統一升級，兩側裝置軟件版本不一致的現象。即一側采用零序功率判別原理，一側采用零序功率+負序功率的判別原理，這種運行方式會導致某些特殊故障下，縱聯零序保護誤動的情況發生。

1 事故經過

某年某月某日16點52分13秒，肥賈2815線路C相接地故障兩側開關C相跳開重合不成三相跳閘，同時振植2793、振植2794雙回線振寧變側B相跳閘，植物園變側C相跳閘，兩側均重合成功。

振寧變采用RCS902A V1.19裝置，植物園變采用PCS902AF V1.00裝置，振植2793、振植2794線路兩側的保護裝置型號和版本不一致（見表1）。

2 故障分析

2.1 弱電強磁

當甲乙兩回線路同走廊時，由于電氣距離較近，兩回線路之間的互感不能被忽略。接地故障時，故障線路三相導線流過同相的零序電流，此時在相鄰線路三相導線上感應的零序感應電勢也是同相的，在零序網絡中不能抵消。感應出的零序感應電勢E0m將在非故障線路零序網絡中產生零序感應電流I0m。由于負序和正序電流三相對稱，在相鄰線路三相導線上感應的負序和正序感應電勢三相對稱，在負序和正序網絡中相互抵消，對相鄰線路基本無影響。當兩回線路之間無電氣聯系時，甲線上流過的零序電流全部為感應零序電流，由于感應E0m電勢位于非故障線路（甲線）內部，此時甲線兩側零序功率方向均為正方向，如圖1所示。

當兩回線路之間的電氣聯系較弱時，故障線路分配到非故障線路的故障零序電流I0f會比較小，當感應I0m對非故障線路（甲線）的影響超過故障零序電流I0f時，其特性與兩回線路之間無電氣聯系類似，甲線兩側零序功率方向均為正方向。當線路之間互感較強（磁聯系強），而電氣聯系弱（電聯系弱），這種系統條件，簡稱為“弱電強磁”或者“強磁弱電”。由于負序感應電勢三相對稱，在負序網絡中被抵消，因此，在弱電強磁情況下，非故障線路的負序功率方向是不受到影響。

2.2 環網中的零序和負序方向

當線路MN兩側零序電壓U0M和U0N不相等時，線路MN上將有零序電流I0流過。零序網絡中，在某點發生故障時，線路MN兩側零序電壓U0M和U0N基本相等，MN上的零序電流I0基本為0，該點稱為“零序平衡點”。在零序平衡點兩側發生接地故障，線路MN上流過的零序電流I0流向相反，如圖2所示。

類似，負序網絡上亦存在負序平衡點，如圖3所示。

由于系統中零序和負序網絡不完全對稱，零序平衡點和負序平衡點不一定位于系統的同一處。當零序平衡點（B0）和負序平衡點（B2）之間發生故障時，如圖4所示，流過MN線路上的零序電流I0和負序電流I2流向相反。此時，一側零序功率方向為反方向，而負序功率方向為正方向，另一側功零序功率方向為正方向，而負序功率方向為反方向。如M側零序功率為反方向，負序功率為正方向;N側零序功率為正方向，負序功率為反方向。

3 動作行為分析

3.1 故障分量

植物園變側PCS-902A保護裝置縱聯零序保護方向元件固定采用零序功率判別原理，振寧變RCS-902A_1.19版本加入了弱電強磁邏輯，采用零序功率判別和負序功率判別兩種原理，在本次故障中方向元件采用了負序功率判別原理。從錄波圖分析（見圖5、圖6）， 220kV肥賈2815線C相永久性接地故障時，由于零、負序網絡阻抗不同，在振植2793、2794線路上出現零序和負序電流流向不同的情況，造成振植2793、2794兩側不同原理方向元件均判斷為正方向動作跳閘，植永2795、2796兩條線路兩側均判別為負方向未動作（正常外部故障兩側方向元件不會同時判為同一方向）。

由于本次故障為穿越性區外故障，故障電氣量變化較小，振植2793、振植2794兩側阻抗元件均未啟動，兩側保護均啟動了后備選相元件，但RCS-902A_1.19版本為應對弱電強磁條件，其后備選相判據亦相應進行了調整，造成了本次故障中，兩側跳閘選相不一致。因此220kV振植2793、2794線路兩側光纖閉鎖保護中縱聯零序保護方向判別元件采用的保護原理不一致是導致本次區外故障動作的原因。

3.2 裝置動作行為分析

RCS902A V1.19縱聯零序方向采用零序功率和負序功率方向綜合判據。PCS902AF V1.00縱聯零序方向僅采用零序功率方向判據。本次區外故障中，由于故障特征類似弱電強磁，振寧變RCS902A根據綜合判據僅采用了負序功率方向判別結果，判為正方向;植物園變PCS902AF僅采用了零序功率方向判別結果，也判為正方向。由于縱聯保護兩側均判為正方向，故縱聯零序保護動作。

由于區外故障，兩側裝置測量阻抗不會同時進入縱聯距離方向圓內，故兩側縱聯距離不會同時判為正方向，縱聯距離不會誤動。

肥賈2815線路區內故障時，兩側保護LFP901和LFP902較快跳開肥賈2815線路開關切除故障，振寧-植物園線路兩側RCS902A和PCS902AF由于距故障點較遠，距離選相無結果，而后備選相延時未到，在故障切除前后備選相無結果，兩側縱聯零序未動作。肥賈2815線路合閘于永久性故障，兩側保護后加速動作時，由于后加速動作速度相對于快速保護較慢，開關跳開切除故障時間較長，振寧-植物園線路兩側RCS902A和PCS902AF后備選相有結果，故兩側縱聯零序動作，選相跳閘，后重合成功。

由于故障點距離振寧-植物園較遠，振寧和植物園兩側距離元件不動作，此時振寧和植物園RCS902A和PCS902AF啟動后備選相元件。振寧側RCS902A V1.19針對弱電強磁條件，對縱聯零序進行特殊處理，其后備選相邏輯也相應進行了處理，與PCS902AF有一定差異。

后備選相邏輯主要參考零負序選區結果，由于序分量在不同系統條件下的相對關系會發生改變，因此902系列保護會根據序分量的電氣特征選擇不同的序分量進行選區。RCS902A V1.19在選擇序分量邏輯上進行了細化。在選擇序分量進行選區時，會判別系統是否為“弱饋”側，進而選擇不同的序分量進行選區。PCS902AF在判別“弱饋”特征時條件相對寬泛，此次故障中判為“弱饋”側，使用序電壓選區，最終選為 C相故障。RCS902A V1.19對“弱饋”判別條件進行了細化，此次故障中未判為“弱饋”側，使用序電流選區，最終選為B相故障。從本次故障時系統條件來看，植物園和振寧側都不是“弱饋”側，RCS902A V1.19相對PCS902AF對“弱饋”的判別結果更準確。

對于區內故障和常規區外故障，振寧-植物園線路上的零負序電流不會出現反向特征，振寧和植物園側選區能正確選相。

4 結論

為了使縱聯零序方向保護裝置適用于弱電強磁的運行線路，需增加縱聯零序保護抗弱電強磁功能，保護裝置程序升級后，用零負序綜合判別的結果替換原零序反方向元件和零序正方向元件。但是這個處理措施需要兩側保護版本同步升級，否則將造成特殊故障情況下線路保護不正確動作的事件發生。

參考文獻：

[1]張琦兵.平行線弱電強磁下零序方向元件的改進[J].電力系統自動化，2013，37（7）：94-98.

[2]謝俊，李勇，劉宏君，等.線路縱聯零序方向保護誤動機理分析及對策研究[J].中國電力，2005，38（12）：33-36.