一起同杆并架双回辐射线路跨线故障保护动作分析

魏颖莉，陈博文，孙利强，耿少博

(1.国网河北省电力公司，石家庄 050021;2.国网河北省电力公司石家庄供电分公司，石家庄 050051)

随着电网的不断发展以及线路走廊的不断优化，同杆并架线路的数量不断增多，发生跨线故障的概率也不断增加。基于阻抗测量的高频距离保护在发生跨线故障时可能存在误选相及测量阻抗不准等现象［1-5］。对于同杆并架的双回辐射线路而言，受电侧线路保护还存在着不能停信(闭锁式高频保护)的可能。以下结合故障录波图及保护动作原理对一起同杆并架双回辐射线异名相跨线故障进行分析，解释线路保护的动作行为，提出线路保护配置的优化措施。

1 故障情况

某电网2433、2455 线路为连接变电站L 与电厂S 的同杆并架双回线，其中变电站L 为终端负荷变电站，仅通过2433、2455 线路与电网相连。2433、2455 线路的线路保护均双重化配置，保护型号为“RCS-931BM”+“CSC-101B”。线路保护的主保护、距离保护、零序后备保护功能投入，重合闸投单重方式。

某日，2433、2455 线路北侧厂房失火，造成线路故障。2433 线路U 相、2455 线路W 相掉闸，然后重合成功。2433、2455 线路保护动作情况如下:

a.2433 线路S 侧RCS-931BM 保护，10 ms，电流差动保护动作，861 ms，重合闸动作;S 侧CSC-101B 保护，17 ms，纵联阻抗停信，60 ms，纵联零序停信，909 ms，重合出口。

b.2433 线路L 侧RCS-931BM 保护，11 ms，电流差动保护，863 ms，重合闸动作;L 侧CSC-101B 保护，863 ms，重合出口。

c.2455 线路S 侧RCS-931BM 保护，10 ms，电流差动保护，862 ms，重合闸动作;S 侧CSC-101B 保护，18 ms，纵联阻抗停信，879 ms，重合出口。

d.2455 线路L 侧RCS-931BM 保护，10 ms，电流差动保护，863 ms，重合闸动作;L 侧CSC-101B 保护，17 ms，纵联阻抗停信，861 ms，重合出口。

从保护动作情况可以看出，2433 线路RCS-931BM 保护U 相差动保护动作，CSC-101B 保护未动作。2455 线路RCS-931BM 保护W 相差动保护动作，CSC-101B 保护未动作。

2 故障录波图分析

此次故障是一次较为罕见的跨线相间不接地故障。从S 电厂侧看，2433、2455 线路U、W 相均出现故障电流，如图1、2 所示。

其中2433 线路U 相电流(15.90 kA)大于2455线路U 相电流(7.60 kA)，2455 线路W 相电流(16.00 kA)大于2433 线路W 相电流(7.79 kA)。两回线V 相均没有故障电流，符合2433 线U 相、2455 线W 相跨线故障特征。

图1 S 侧2433 线路故障录波示意

图2 S 侧2455 线路故障录波示意

从L 侧(无电源)看，2433、2455 线路U、W 相均出现故障电流，幅值相当，如图3、4 所示。

图3 L 侧2433 线路故障录波图

图4 L 侧2455 线路故障录波图

其中2433 线路U 相电流与2455 线路U 相电流大小相等(8.29 kA)，方向相反;2455 线路W 相电流与2433 线路W 相电流大小相等(10.93 kA)，方向相反。负荷侧提供的短路电流从另一回线同名相提供，经母线返回故障点。L 侧母线U 相电压与W 相电压接近相等，约为1/2Ue，且没有零序电压，符合两相短路不接地的故障特征。

3 保护动作行为分析

由于电流差动保护(RCS-931BM)对跨线故障具有天然的选择性，因此，以下着重分析CSC-101B保护装置的动作行为。

3.1 2433 线路CSC-101B 保护动作行为

3.1.1 L 侧

2433 线路L 侧CSC-101B 保护装置录波报告见图5。

图5 2433 线路L 侧CSC-101B 保护装置录波报告

由图5可以看出，故障时，L 侧U、W 相电流方向相同。故障发生后，19 ms 时，U 相电流为30.3 A、V 相为0.54 A、W 相电流为28 A，U 相电流最大，保护电流突变量选相为U 相故障。此时U 相阻抗为0.61∠167.9 Ω，在第II 象限，不在纵联阻抗定值区内，此时纵联距离保护不能停信;自产零序电压为0.76 V，小于纵联零序电压门槛(1 V)，纵联零序保护也不能停信。20 ms 时，保护改为采用零负序选相。21 ms 时，负序电流超前零序电流55°，为相间故障，选相为WU 故障。WU 阻抗为4.6∠60 Ω，阻抗虽为正方向，但不在纵联阻抗动作区内(保护纵联电抗抗定值为1 Ω，纵联电阻定值为2 Ω)，故纵联距离保护不能停信。同时，零序电流为64.7 A、自产零序电压器0.72 V，零序电流超前零序电压约62°，因零序电压小于1 V，纵联零序也不能停信。测距相别是序分量选相结果。

3.1.2 S 侧

2433 线路S 侧CSC-101B 保护装置录波报告见图6。

图6 2433 线路S 侧CSC-101B 保护装置录波报告

由图6可以看出，故障时，2433 线路S 侧U、W相电流方向相反，保护突变量选相为WUN 故障，WU 阻抗在纵联阻抗定值区内，X = 0.344 Ω，R=0.145 Ω。17 ms 时，纵联阻抗停信。20 ms 时，保护改为采用零负序选相。22 ms 时，保护测得的零、负序电流分别为32.468∠23.599 A、83.042∠5.265 A，零、负序电压分别为12.152∠－93.896 V、65.105∠－108.024 V。其中负序电流超前零序电流－18°，保护选相为UN 故障。负序电流超前负序电压为113°，负序正方向。U 相阻抗在定值区内，纵联保护仍在停信。但因对侧保护未能停信，纵联保护不能动作。

3.2 2455 线路CSC-101B 保护动作行为

3.2.1 L 侧

2455 线路L 侧CSC-101B 保护装置录波报告见图7。

图7 2455 线路L 侧CSC-101B 保护装置录波报告

由图7可以看出，故障时，L 侧U、W 相电流方向相同。17 ms 时，U 相电流为26.8 A、V 相为1.0 A、W 相电流为28.9 A，W 相电流最大，保护电流突变量选相为W 相故障。此时W 相阻抗为0.76∠16 Ω，在纵联阻抗定值区内(保护纵联电抗抗定值为1 Ω，纵联电阻定值为2 Ω)，17 ms 时纵联距离保护停信。20 ms 时，保护改为采用零负序选相。21 ms 时负序电流超前零序电流64°，为相间故障，选相为WU 故障，WU 阻抗为4.7∠52 Ω，阻抗虽为正方向，但不在纵联阻抗动作区内，故纵联距离保护不能停信。21 ms 时，零序电流为64.6 A、自产零序电压器0.2 V，零序电流超前零序电压约57°，因零序电压小于1 V，纵联零序也不能停信。由于停信命令收回，使得停信从17 ms 到21 ms 之间，仅持续了4 ms，纵联保护不能动作。

3.1.2 S 侧

2455 线路S 侧CSC-101B 保护装置录波报告见图8。

图8 2455 线路S 侧CSC-101B 保护装置录波报告

由图8可以看出，故障时，S 侧U、W 相电流方向相反，保护突变量选相为WUN 故障，WU 阻抗在纵联阻抗定值区内，X=0.328 Ω，R=0.141 Ω。17 ms 时，纵联阻抗停信。20 ms 时，保护改为采用零负序选相。22 ms 时，保护测得的零、负序电流分别为32.349∠－146.828 A、84.159∠－11.873 A，零、负序电 压 分 别 为11.143 ∠－93.412 V、65.057∠－101.887 V。其中负序电流超前零序电流135°，保护选相为WN 故障。负序电流超前负序电压90°，负序正方向。W 相阻抗在定值区内，X=0.159 Ω，R=0.379 Ω，纵联保护仍在停信。但由于对侧保护停信只持续了4 ms，纵联保护不能动作。

4 优化措施及建议

在跨线故障时，不同原理的保护对跨线故障的适应性不同。采用高频距离、高频零序保护为主保护的保护装置通过选相元件进行故障相的判别。选相元件一般分为突变量选项元件(如电流突变量选项元件、相电流差变化量选相元件等)和稳态量选相元件(如稳态序分量选相元件、零、负序电流比相选相元件等)。然而由于跨线故障过程中双回线不同相别电流之间的相互影响，不论哪种原理的选相元件对跨线故障都存在着误选相［1］及误闭锁的可能。而电流差动保护的动作原理是对线路两侧U、V、W 三相的电流分别进行计算以判断是否存在故障，因此以电流差动保护为主保护的保护装置对跨线故障则具有天然的选择性，不需选相元件。建议对同杆并架(包括部分同杆并架)线路优先配置双套电流差动保护为主保护的保护装置，以保证线路故障时的选择性与速动性。

［1］钱建国.一起同杆并架线路异名相跨线故障保护动作的分析［J］.浙江电力，2012(2):9-12.

［2］鲍有理，徐 刚.同杆双回线跨线故障保护动作分析［J］.江苏电机工程，2009，28(3):12-14.

［3］陈水耀，裘愉涛，方愉冬.一起特殊跨线引起故障线路保护动作的分析［J］.电力系统自动化，2008，32(15):104-106.

［4］陈桥平，蔡泽祥，刘为雄，等.同杆线路跨线故障及其对距离保护的影响分析［J］.电力系统自动化，2010，34(5):72-76.

［5］岳 蔚，张兆云.适用于同杆并架线路的弱馈保护方案［J］.华东电力，2013，41(6):1235-1240.