摘要：本文主要介绍一起110kV线路故障导致220kV线路高频保护误动的事件，通过对事件原因进行剖析，指出目前220kV系统高频保护运行维护存在的一些问题及解决方案，为今后电网的安全稳定运行提供一定的指导意见。
关键词：高频保护；误动；问题
Analysis of high frequency protection misoperation caused by an out - of - area fault
Zhang xue min1，Ma zhi peng1
（Yunnan Power Grid Co.，yuxi power supply company，Yunnan Yuxi，653100）
Abstract：This paper mainly introduces a 110 kv line fault caused by 220 kv line high frequency protection misoperation event，through the analysis of the cause of the event，pointed out that the current 220 kv system high frequency protection operation and maintenance of some problems and solutions，for the future safe and stable operation of the power grid to provide some experience.
Key words：High frequency protection；Maloperation；problem
前言
在220 kV电压等级的电网中，有许多线路保护采用高频保护作为线路保护主保护。所谓高频保护是将线路两侧电流的相位（或功率方向）变成高频信号后再经高频传输通道传至对侧进行直接或间接的相位比较（或逻辑判断）来实现全线速动保护。本文就一起110kV线路故障导致220kV线路高频保护误动事件进行阐述和分析，就提高高频保护运行可靠性提出几点建议。
1 保护配置及事故简要过程
220kVFX变电站（以下简称FX变）220kV系统为双母线接线方式，有三台220kV变压器，变电站由220kVBF双回线两条进线供电，220kVBF双回线对侧为500kVBF变电站（以下简称BF变）。110kV系统为双母线接线方式，220kV、110kV母线并列运行。35kV系统为单母线接线方式，两段母线分别有一台35kV站用变。
220kVBFⅠ回线主一、主二保护装置分别为北京四方继保自动化股份有限公司生产的CSC-103BN、CSC-103BFN，主一保护主保护为光纤差动保护，主二保护主保护为光纤差动保护和高频纵联保护双保护配置。220kVBFⅡ回线主一、主二保护装置分别为南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS-931BM、RCS-931BMZV，主一保护主保护为光纤差动保护，主二保护主保护为光纤差动保护和高频纵联保护双保护配置。110kV线路保护装置为许继电气股份有限公司生产的WXH-811，主保护为距离保护和零序保护。站内有两组直流系统，正常运行时两组直流系统分列运行。
FX变110kVCF线路在同一天7时16分、7时27分、7时39分分别发生了三次故障，第三次故障时，线路保护零序Ⅰ段动作、接地距离Ⅰ段动作，1.2s线路保护重合闸动作，重合后保护逻辑终止，但线路故障未切除，对侧BF变220kVBF双回线主二保护纵联零序保护动作切除故障。
2 线路高频保护动作情况分析
2.1保护动作情况梳理
FX变110kVCF线线路保护在06时16分和07时27分发生两次单相接地故障并且重合成功。
在07时39分12秒493毫秒时110kVCF线路保护动作跳开断路器，隔离C相接地故障，1381ms重合闸动作合上断路器，断路器合上后故障由C相接地故障发展为A、C相接地短路故障，线路保护未动作，未有效隔离故障。
110kVCF线三次故障对FX变站内#2直流系统进行冲击，故障期间35kV系统母线电压下降，导致站用电交流电压下降，#2直流系统充电模块欠压保护动作，充电模块退出运行，#2直流系统由#2直流系统蓄电池组供电，#2直流系统63号蓄电池故障，导致#2直流系统电压产生波动，波动范围达到7.527~251.767V，接于#2直流系统上部分装置因直流电压波动造成了异常或重启。
07时39分12秒97毫秒BF变220kVBFⅠ、Ⅱ回主一、主二保护装置启动，FX变220kVBFⅠ、Ⅱ回主一保护装置启动，主二保护装置因#2直流系统故障导致异常，BF变220kVBFⅠ、Ⅱ回主二保护纵联零序保护动作跳闸。保护动作时序图如下：
图1：保护动作时序图
2.2高频闭锁式方向保护原理
高频方向保护是由线路两侧的方向元件分别对故障的方向作出判断，然后通过高频信号作出综合的判断，即对两侧的故障方向进行比较以决定是否跳闸。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。
高频闭锁式方向保护的工作方式是当任一侧正方向元件判断为反方向时，不仅本侧保护不跳闸，而且由发信机发出高频信号，对侧收信机接收后就输出脉冲闭锁该侧保护。在外部故障时是近故障侧的正方向元件判断为反方向故障，所以是近故障侧闭锁远离故障侧；在内部故障时两侧正方向元件都判断为正方向，都不发送高频信号，两侧收信机接收不到高频信号，也就没有输出脉冲去闭锁保护，于是两侧方向元件均作用于跳闸。
高频闭锁式方向保护原理图及基本逻辑图如下图所示：
图3：高频闭锁式方向保护逻辑图
高频闭锁式方向保护动作的四个条件：启动元件动作、正方向元件动作、反方向元件不动作、没有收到闭锁信号。四个条件同时满足，动作跳闸。
2.3高频保护误动原因分析
FX变220kVBFⅠ回、Ⅱ回线主一保护启动、主二保护未启动。对侧BF变220kVBF双回线主一保护启动、主二保护动作。
FX变BF双回线主一保护启动时的保护装置电流电压录波图如下：
图5：FX变220kVBFⅡ回主一保护录波图
FX变220kVBF双回线主一保护启动、主二保护未启动。主二保护装置只有“通道一通信恢复”报文，说明装置之前发生通道中断情况。BF双回主一保护装置启动时感应到的启动电流为C相电流，录波文件显示零序方向反向、负序方向反向。BFⅠ回主一保护启动时零序电流滞后零序电压76°，CSC-103BFN线路纵联零序保护判断为零序为反方向，故障为区外故障。BFⅡ回主一保护启动时零序电流滞后零序电压72.1°，RCS-931BMZV线路纵联零序保护判断为零序反方向，故障为区外故障。期间，FX变#2直流系统电源故障，导致BF双回线高频收发信机及主二保护装置掉电重启，主二保护光纤通道和载波通道同时中断。
BF变BF双回线主二保护动作时保护装置录波如下：
图7：BF变220kVBFⅡ回主二保护录波图
当110kV线路第三次故障重合于故障时，BF变侧（远故障侧）220kVBF双回线的零序电压为1.65V，零序电流为0.41A，零序电流大于高频纵联零序电流整定值0.24A。220kVBFⅠ回主二保护零序电流超前零序电压88°，CSC-103BFN线路纵联零序保护判断为零序为正方向，故障为正向故障。220kVBFⅡ回主二保护零序电流超前零序电压84°，RCS-931BMZV线路纵联零序保护判断为零序正方向，故障为正向故障。
220kVBFⅠ回主二保护CSC-103BFN装置和220kVBFⅡ回主二保护RCS-931BMZV装置纵联保护采用闭锁式高频方向保护，BF变BF双回主二保护零序方向保护判为正方向停信，因故障期间FX变BF双回高频收发信机和主二保护装置掉电重启，延时收不到FX变侧（近故障侧）的闭锁信号，经辅助选相延时+功率倒向延时后，高频纵联零序动作跳C相，因为光纤通道有故障，所以高频纵联零序保护驱动C相出口跳闸接点，C相断路器跳开。1.2s重合闸动作后，此时FX变110kV线路故障尚未切除，BF变BF双回主二保护开放重合加速200ms，此时高频纵联零序保护退出。保护装置判断断路器全相运行后，高频纵联零序保护投入，此时高频纵联零序判为正方向停信，收不到闭锁信号，经功率倒向延时后，高频纵联零序动作三跳。因为光纤通道有故障，所以高频纵联零序保护驱动三相出口跳闸接点，断路器三相跳开。
综上所述，CSC-103BFN、RCS-931BMZV保护装置动作行为符合设计原理。动作原因为：110kVCF线路故障，线路保护装置由于站内直流系统异常，导致保护装置掉电重启，保护装置不能及时切除故障。由于系统故障零序电流的存在，220kVBF双回线主二保护感应到零序电流，同时零序电流值大于线路高频纵联零序保护整定值，由于FX变侧（近故障侧）#2直流系统故障，导致BF双回主二保护光纤通道和高频通道同时中断。区外故障时，BF变侧未能收到FX变BF双回高频收发信机发送的闭锁信号，导致高频纵联零序保护动作跳闸。
3 高频保护装置运行中的注意点及建议
（1）对于同时具备光纤差动保护和高频纵联保护双功能的线路保护装置，正常运行时退出高频纵联保护功能，当光纤通道出现异常、光纤通道检修、冰雪天气、旁路供电时再投入高频纵联保护。
（2）加强对闭锁式高频方向保护高频通道的检查，运行人员定期进行高频收发信机的通道测试工作，以确保两侧高频通道的完好性。
（3）建议同一条线路保护的不同保护通道采用独立路由，避免保护通道同时异常而导致保护功能拒动或误动。
（4）加强变电站直流系统（包括站用直流系统和通信设备直流系统）的巡视、维护、检验工作，确保站内直流系统能在系统出现故障时保证二次设备的正常运行。
4 结束语
当系统发生近端接地故障后，会导致站内低压侧母线电压下降，进而引发站用电系统电压降低，从而导致直流系统充电模块欠压保护动作，闭锁装置，此时直流系统电压将由蓄电池组提供。若蓄电池组发生故障，将导致直流母线电压异常，进一步引起接于该直流系统上的一、二次设备异常或无法正常工作。对此，应加强对变电站直流系统电源模块和蓄电池组的日常维护。同时要做好线路保护采用光纤差动保护和高频纵联保护双功能为主保护的管理工作。高频保护通道长期暴露在户外，遇雨雪等天气时容易出问题，故每天都要对高频通道进行交讯检查通道的好坏。高频保护通道运行稳定性较差，可以结合技改将高频保护逐步改造为运行更为稳定的光纤差动保护。
参考文献：
[1] 国家电力调度通信中心. 继电保护培训教材．中国电力出版社，2009.
[2] RCS-931系列超高压线路成套保护装置说明书．南京南瑞继保电气有限公司，2016．
[3] CSC-103系列超高压线路成套保护装置说明书．北京四方继保自动化股份有限公司，2016．
作者简介：1.张学敏（1987年），男，山西省晋城人，工程师，本科学历，电气工程及其自动化。
2.马智鹏（1990年），男，云南省玉溪人，助理工程师，本科学历，电气工程及其自动化。
3.张丽丽（1989年），女，山西省太原人，助理工程师，本科学历，电气工程及其自动化。
论文作者:张学敏,马智鹏,张丽丽
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
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