500 kV线路单相永久性故障两侧重合闸动作不一致的分析

邓洁清 ，刘一丹，乔星金，高 磊

(1.江苏省电力公司检修分公司，江苏南京210036；2.江苏省电力公司电力科学研究院，江苏南京211103)

500 kV变电站多采用3/2断路器接线方式。在这种接线方式下，重合闸配置在开关保护上，且线路保护与开关保护可能是不同厂家生产，原理也不尽相同。这就使开关的重合闸及其配合显得比较复杂。本文针对一条500 kV线路发生的单相永久性接地故障，通过分析故障录波图和装置动作逻辑，阐述了线路两侧动作行为不同的原因，并在此基础上对保护动作行为作出评价，并提出值得思考的地方。

1故障概述

1.1故障情况

故障前，系统运行情况如图1所示。线路A侧5041开关、5042开关合环运行，B侧5043单开关运行。线路两侧的保护配置如下：A侧两套线路保护为ABB公司的REL561装置（光纤差动保护）、开关保护为南瑞继保的RCS921A装置；B侧两套线路保护为ABB公司的REL561装置，开关保护为ABB公司的REB551装置。线路两侧差动保护的差动门槛值为0.3In，开关保护重合闸时间为边开关0.7 s、中开关1.2 s，重合闸方式为单相重合闸。

图1故障前系统运行图

故障时，线路C相在K处接地（距离B侧较近，并以此记为0 ms），则A侧故障电流为4.12In、B侧故障电流为3.12In。两侧开关在53 ms跳开C相切除故障电流；B侧5043开关C相在824 ms重合，此时故障并未消除，随后在864 ms时5043开关三相跳开；A侧5041开关、5042开关C相一直没有重合，在901 ms时5041开关、5042开关三相跳开。两侧故障波形如图2所示。

图2线路两侧故障波形图

（1）从两侧故障波形可以看出。线路C相发生永久性接地故障，后经巡线发现是由于线路附近不安全施工造成的。（2）B侧的开关动作情况基本符合单相永久性接地故障的特征，C相跳开，重合于故障，紧接着三相跳开；A侧的开关C相跳开没有重合直接三相跳开。

下面对保护动作情况进行分析，查找A侧开关没有重合直接三跳的原因。

1.2保护动作情况

通过比对两侧的故障录波图，确定两侧线路保护动作时间相同，这和两侧线路保护采用ABB公司的REL561装置有关。以故障发生时刻为0 ms，其他事件量变位时刻皆为相对时间。两侧事件量变位信息如表1所示。

表1两侧事件量变位信息表

（1）当线路发生单相接地故障时，B侧线路保护动作跳单相，727 ms时5043开关保护重合闸动作，由于故障没有消失，开关合上后线路保护又感受到故障，随后加速跳开三相。所以使得B侧5043开关单跳、单重、加速三跳。（2）当线路发生单相接地故障时，A侧线路保护动作跳单相，850 ms时线路保护再次动作跳单相，879 ms时5041开关、5042开关保护沟通跳三相。所以A侧5041开关、5042开关先单跳再三跳而没有重合的原因是开关保护重合闸没有动作，且开关三跳不是因为线路保护动作造成的，而是由于开关保护发出了三跳命令。

2故障分析

2.1相关保护逻辑分析

REL561装置的单相跳闸逻辑如图3所示 （以C相分析，其他相类似）。当保护动作后，发出展宽150 ms的跳闸脉冲信号。该信号一方面去开关保护启动重合闸，另一方面去自保持逻辑形成最终的跳闸出口信号到操作屏。而国产保护的跳闸信号是故障消失后收回，而没有固定展宽，同时自保持逻辑是通过操作屏的自保持回路实现的[1]。

图3 REL561跳闸逻辑图

开关保护REB551在重合闸条件满足的前提下，收到线路保护的跳闸信号即开始计时，达到重合闸动作延时，则发出合闸命令。与此不同的是，开关保护RCS921A在重合闸条件满足的前提下，在线路保护的跳闸信号返回后开始计时。

（1）RCS921A的重合闸开始计时方式是基于国产线路保护的跳闸逻辑，故障消失后跳令即收回。而REB551的重合闸开始计时方式是基于ABB公司线路保护的跳闸逻辑，不管故障是否消失跳令，固定展宽150 ms。目前国内主流保护厂家的开关保护重合闸开始计时方式均与RCS921A相同。

（2）当 REL561和 RCS921A，REB551配合时，理论上RCS921A的重合闸出口时间将比REB551的重合闸出口时间慢150 ms。

2.2动作原因分析

从表1得知，故障发生后24 ms两侧线路保护动作发出C相跳令，53 ms时两侧开关C相跳开。B侧5043开关保护装置REB551收到线路保护的跳闸信号后，立即开始计时；而A侧5041开关、5042开关保护RCS921A在线路保护跳令复归后才开始计时。727 ms时B侧5043开关保护REB551发出重合命令 （重合闸动作时间整定为0.7 s），而此时A侧的开关保护重合闸延时还没走完。824 ms时B侧5043开关C相合上，因此时故障没消失，则两侧的线路保护感受到差流，保护必然动作[2]，但两侧保护动作行为并不一样。

（1）B侧保护动作行为。由于5043开关保护发出重合命令的同时，也发出合于故障的信号给线路保护，当5043开关C相合上，而故障依然存在时，线路保护启动合于故障逻辑，加速跳开5043开关三相。

（2）A侧保护动作行为。对侧5043开关在824 ms时重合C相于故障，因此线路保护感受到差流，而此时由于5041开关、5042开关保护重合闸动作延时未到，所以重合闸不会动作，线路保护也就没有启动合于故障逻辑，而是认为C相再次发生故障，故而动作再次发出C相跳闸命令到5041开关、5042开关保护和其操作屏。这里需要说明的是RCS921A的沟通三跳逻辑，如图4所示。在重合闸启动200 ms后，如果有跳闸开入则重合闸放电，所以当5041开关、5042开关保护再次收到线路保护的跳闸信号时，重合闸立即放电，启动沟通三跳逻辑，于879 ms时，发出三相跳闸命令，跳开5041开关、5042开关三相。

通过以上分析，得出动作原因是由于两侧开关保护重合闸逻辑不同，导致B侧开关保护重合闸先动作，而此时故障未消失，A侧线路保护感受到差流，再次发出单相跳闸信号给本侧的开关保护，使其重合闸放电不重合，进入沟通三跳逻辑[3]。

图4 RCS921A沟通三跳逻辑图

3保护动作评价及思考

（1）由于线路两侧开关保护重合闸开始计时方式的差异，是导致一侧重合闸没有动作，无意中使得其开关免受短路故障冲击，对开关本身以及系统稳定都有好处。如线路的一侧是弱电源，则没有单相重合再三相跳开的过程对于系统稳定意义重大。其实在3/2接线方式中，边开关和中开关采用顺序重合闸就是考虑到当线路发生单相永久性接地故障时，边开关先重合，发现故障未消除由线路保护加速跳开边开关和中开关，使得中开关免受一次短路故障冲击，保持系统稳定[4]。（2）对于3/2接线方式的系统,如果某条线路的边开关与中开关保护配置不一致时,就需要考虑到其重合闸时间的设定问题，以避免出现2个开关几乎同时重合于故障。（3）通过分析发现，线路保护装置REL561在没有收到合于故障信号的前提下，短时间内感受到同一相两次故障，只是发出两次故障相的跳闸命令而不发出三跳命令。这也是A侧开关三跳是由开关保护实现而非线路保护实现的原因之一。而对于短时间内感受到同一相两次故障，国产保护则是采用先单跳再三跳的逻辑。两种设计并无优劣之分，只是专业人员在分析故障时需要加以注意[5]。（4）如果线路主保护配置纵联距离或者纵联方向保护，当线路发生单相永久性接地故障，两侧开关跳开故障相后，一侧开关重合故障时，由于另外一侧开关还没有重合，所以纵联距离保护或者纵联方向保护感受不到故障电流 （而差动保护却可以感受到差流），故而不会动作，其开关保护重合闸继续计时，开关依然可以重合[6]。

4结束语

通过对上述故障中保护动作情况的深入分析，知道国外开关保护和国内开关保护的重合闸逻辑不同，在进行配合时，导致线路两侧不同的动作行为，同时也发现国内外线路保护的跳闸逻辑也是不同的。这些不同之处基于不同的设计理念，在保护设备选型时要加以注意。当然目前500 kV保护逐步国产化，也就不存在这些问题，但是充分理解国内外保护装置逻辑的差异，在适当的场合加以利用，可以收到很好效果，这是保护专业人员值得注意的。

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