500kV横东甲乙线功率倒向导致开关误动的分析及

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[摘 要] 针对500kv横东甲乙线在功率倒向过程中出现误动的情况，本文就其误动的原因进行分析，主要包括通道延时、保护启动差异等。在此基础上，采取电流光纤差动的方式对线路保护进行改造。

[关键词] 功率倒向 高频保护 光纤电流差动

1.引言

2005年12月15日凌晨，广东电网500kV横东甲、乙线东莞站侧两套LFP-901D保护动作跳闸，系统简图如图1所示。

在惠州下级220kV出线4kM处发生AB相间短路，几个ms后，三峡直流系统换相失败，系统状态再次变化，横东线潮流方向也随之变化。

从横东甲、乙线保护角度看，在惠州220kV线路故障初瞬，横沥侧RCS-901D保护的工频变化量方向元件动作，判为正方向，允许式保护发信；在故障发生后约15ms（即保护起动后10ms），保护感受到的潮流发生变化（为直流系统换相失败所致），RCS-901D的工频变化量正方向元件于保护起动后15ms返回，反方向元件动作，保护停止发信。而对东莞侧LFP-901D保护，在惠州220kV线路故障时刻，保护正方向元件不动作，保护不发信，后因直流系统导致的潮流变化，其工频变化量方向元件判为正方向，同时又收到对侧RCS－901D保护的允许信号，延时10ms，工频变化量方向元件D++动作，出口跳闸。

该功率倒向过程属于区外故障，横东甲、乙线东莞侧开关跳闸属于保护误动，因而我们需要对在这种情况下发生的保护动作行为进行分析及提出相关的措施避免同样情况的出现。

2.保护动原因分析

2.1 通道延时是保护误动原因之一

图2是横沥侧RCS-901D原始电流电压及收发信波形。

从RCS-901D波形可以看出，保护起动初瞬，因为横沥正方向故障，RCS-901D判为正方向，后因直流系统换相失败导致RCS-901D感受到的潮流倒相，RCS-901D感受到反方向，因此停信。对于此次故障，因潮流方向的变化发生在惠州220线路故障后15ms（保护起动后10ms），因此这种情况下LPF-901D的纵联保护动作延时仍为10ms，而东莞侧LFP-901D正方向元件动作和收到允许信号的重叠时间恰好11～12ms，因此东莞侧LFP-901D纵联保护出口跳闸。

全程测试是在横沥站、东莞站的500KV横东乙线保护装置间隔，由继保综合测试仪发出不同宽度脉冲信号（A命令）输入通道进行传输时间、收信展宽测试；继保室现场GPS定时装置校准不便，故采用录波图读取参数（有人为误差）；经测试前多次取样比较，载波机事件记录的发信脉宽与继保综合测试仪发出各脉冲信号宽度完全吻合，因此，载波机事件记录的收发信脉宽及由此得出的展宽数值具有较高可信度。

发收信传输时间计算：由于GPS定时装置校准不便，发收信单程传输时间无法直接测出，由毫秒计进行环回测试双程时间，再取平均值确定。

发收信单程传输时间：载波通道14ms定值时，传输时间为10.5ms,10ms定值时，传输时间为8ms。复用2M光通道传输时间为4.5ms。

收信固有展宽和叠加展宽:

收信固有展宽:载波通道14ms定值时，固有展宽为6-7ms，10ms定值时，固有展宽为2-3ms。复用2M光通道为≤1ms。

收信叠加展宽：双机运行时，发信脉冲发出后,同时由载波通道和复用2M光纤通道进行传输,由于到达对侧时间及通道固有展宽不同，使实际收信脉冲成为两个信号的叠加。叠加展宽还与发信脉宽有关。

横东甲、乙线的误动事件中，录波图的记录是“发9ms,收22ms”(横东甲线数据),与上述图示解释较能吻合。

相对实际收信而言,固有展宽为后展宽, 叠加展宽为前展宽,横东乙线通道中, 前展宽幅度平均应为10.5ms-4.5ms=6ms。

传输时间定值≤14ms和≤10ms的区别：测试结果显示，传输时间定值≤14ms时，单程传输时延平均为10.5ms，固有展宽为平均为6-7ms；传输时间定值≤10ms时，单程传输时延平均为8ms，固有展宽为平均为2-3ms。

2.2 横东甲、乙线东莞侧在惠州下级线故障时反方向元件不动作是保护误动原因之一

在惠州下级220kV线路故障时，横东甲、乙线横沥侧RCS-901D工频变化量方向元件判为正方向。与之对应，东莞侧LFP-901D工频变化量反方向元件也应动作，如果东莞侧LFP-901D反方向元件动作，其反向元件展宽75ms，在展宽期间将会闭锁正方向元件，此次故障LFP-901D就不动作。从东莞侧LFP-901D动作报告看，变化量反方向元件没有动，因此在功率倒方向后，正方向元件投入工作，结合对侧允许信号使高频保护动作跳闸。唯一的原因是两侧保护装置起动不同时（严格的讲应该是RCS-901D起动时刻与LFP-901D的CPU1的起动时刻不同时），LFP-901D的CPU1较RCS-901D晚5ms左右起动。两侧保护起动不同时的原因有以下原因。

（1）故障量本身就处于临界

因为是惠州下级220线路故障，横东甲、乙线保护感受到的故障电流比较微弱，本身相间电流变化量就处于保护的起动边界。

（2）两侧保护的变化量起动值不同

横沥侧CT变比为4000/1东莞侧CT变比为3000/1，两侧保护起动定值的一次值横沥侧为400A，东莞侧600A，因此定值本身就可能造成东莞侧CPU1晚于横沥侧RCS-901D起动。尽管LFP-901D和RCS-901D在基本算法上完全一致，但相比较而言，LFP-901D和RCS-901D采样率不同（20／24），在算法实现上存在细微差异，这也是影响两侧起动时刻的一个因素。保护在起动后才进行正反方向元件的判别，因为两侧保护起动不同时，在横沥侧RCS－901D在起动后进行方向元件计算的初期，东莞侧LFP-901D还没有起动，因此在RCS-901D的变化量正方向元件动作时，LFP-901D还没进行变化量反方向判别，而伴随系统变化，潮流倒相，反方向元件再也动不了。LFP-901D的反方向元件本该在故障出瞬动作，但没动，也就无法在后续的潮流倒相中闭锁正方向元件，导致LFP-901D误动作。

3.改进及防范措施

3.1 减短拖尾时间

从横沥侧RCS-901D看，其发信时间为8ms～9ms，载波机感受到保护的发信接点动作时间为9ms，而东莞侧LFP-901D收到载波机收信脉宽为22ms，载波机展宽收信，客观上使东莞侧LFP-901D的正方向元件动作与收信的重叠时间超过10ms（纵联保护动作延时），使纵联保护动作。

3.2两侧保护的启动值一致

将横沥侧保护起动定值的一次值改为600A，与东莞站侧一致。

3.3采用光纤电流差动保护

（1）光纤电流差动保护的优点

在220kV及以上的超高压输变电工程中，随着OPGW、ADSS等光缆在输电线路中的使用，光纤分相电流差动保护因其保护原理简单、动作快速、不受串补影响、能可靠地反应线路上各种类型故障等优点，作为超高压线路主保护之一得到了越来越广泛的应用。

（2）光纤电流差动保护的基本原理

光纤分相电流差动保护借助于线路光纤通道，实时地向对侧传递采样数据，同时接收对侧的采样数据，各侧保护利用本地和对侧电流数据按相进行差动电流计算。根据电流差动保护的制动特性方程进行判别，判为区内故障时动作跳闸，判为区外故障时保护不动作。

当线路在正常运行或发生区外故障时，线路两侧电流相位是同向的，此时线路两侧的差电流为零；当线路发生区内故障时，线路两侧电流的差电流不再为零，其满足电流差动保护的动作特性方程时，保护装置发出跳闸令快速将故障相切除。

对于光纤分相电流差动保护而言，类似于主变差动保护，可以保证在小电流时有较高的灵敏度，而在电流大时具有较高的可靠性，即当线路末端发生区外故障时，因电流互感器发生饱和产生传变误差，此时采用较高斜率的制动特性更为可靠。

由于线路两侧电流互感器的测量误差和超高压线路运行时产生的充电电容电流等因素，差动保护在利用本地和对侧电流数据按相进行实时差电流计算时，其值并不为零，也即存在一定的不平衡电流。光差动保护必须按躲过此电流值进行整定，一般采用固定门坎法进行整定，即将在正常运行中保护装置测量到的差电流作为被保护线路的纯电容电流，并将该电流值乘以一系数(一般为2-3)作为差动电流的动作门坎。

当差动元件判为区内故障发出跳闸命令时，除跳开线路本侧断路器外，还借助于光纤通道向线路对侧发出联跳信号，使得对侧断路器快速跳闸。

结语

横东甲、乙线的特殊保护动作行为，其偶然性也蕴藏在一定的必然性当中，通过对通道传输时延的测试和分析，以及比较横东甲、乙线两侧保护装置的异同，得出其特殊保护动作行为的原因；并据此应用减短传输拖尾和采用光纤电流差动保护的方法作为对横东甲、乙线保护的改进和防范措施。

参 考 文 献

[1]LFP-900系列超高压线路成套保护装置技术说明书。

[2]RCS-931系列超高压线路成套保护装置技术说明书。

致谢：

东莞供电局廖翔云、陈寿平、邓乐忠、南京南瑞继保公司张哲对本文的修改提供了宝贵意见，谨此致谢！