一起110 kV线路电流差动保护误动作事故分析

徐勤超，徐希霁，郭海滨，李业锋

（国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东 枣庄 277800）

一起110 kV线路电流差动保护误动作事故分析

徐勤超，徐希霁，郭海滨，李业锋

（国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东 枣庄 277800）

对一起110 kV线路差动电流保护误动作事故进行分析，确定线路差动保护误动作的原因为保护装置交流采样异常。对现场装置进行试验验证，查出装置交流采样异常的原因，是保护装置交流采样板与总线板之间因缺少螺丝导致接触不良，本次事故对变电二次基建、检修、运维等电力生产环节具有一定警示作用。

线路保护；差动保护；误动作；原因分析

0 引言

电流差动保护由于原理简单、动作可靠而被广泛用作发电机、变压器、母线等元件的主保护，随着光纤通信技术的发展，电流差动保护越来越多被用作线路保护的主保护［1-4］。

针对一起110 kV线路差动保护误动作事故，通过分析保护动作事项和录波波形，查找线路差动保护误动作的原因，并在线路检修的状态下对分析结果进行试验验证，最终确定了导致保护误动作的故障点。

1 事故经过

2014年4月8日、13日、14日，某220 kV变电站110 kV君水线108开关接连发生3次跳闸，并均重合成功，具体保护动作过程如下。

第一次动作情况。2014-04-08T07∶41∶27∶910，110 kV君水线108开关PRS-753D光纤分相纵差保护启动，10 ms后，突变量比率差动保护动作，差流值1.25 A，测距 3.6 km，故障相别为B相；70 ms后，断路器三相跳开；1 415 ms后，重合闸动作，重合成功。

第二次动作情况。2014-04-13T11∶39∶40∶796，110 kV君水线108开关PRS-753D光纤分相纵差保护启动，15 ms后，稳态量比率差动保护与突变量比率差动保护同时动作，差流值1.81 A，测距3.5 km，故障相别为A、B、C三相；75 ms后，断路器三相跳开；1 475 ms后，重合闸动作，重合成功。

第三次动作情况。2014-04-14T10∶00∶47∶549，110 kV君水线108开关PRS-753D光纤分相纵差保护启动，10 ms后，稳态量比率差动保护与突变量比率差动保护同时动作，差流值1.79 A，测距3.5 km，故障相别为A、B、C三相；70 ms后，断路器三相跳开；2 774 ms后，重合闸动作，重合成功。

110 kV君水线为某水泥厂供电，水泥厂侧保护装置为同样的PRS-753D光纤分相纵差保护。在以上3次跳闸事件中，水泥厂侧PRS-753D保护装置比率差动保护动作，因线路保护重合闸未投入，线路开关未重合。

2 原因分析

2.1 电源侧保护动作行为

电源侧保护TA变比为1200／5，调阅装置录波比较，保护3次动作情况基本一致，现对第三次动作录波进行分析。保护装置PRS-753D第三次动作的电流电压波形如图1所示，电源侧序分量和差流波形如图2所示。

图1 电源侧保护动作时刻电流电压波形

图2 电源侧序分量和差流波形

从图1和图2中可以看出，在保护动作时刻，电源侧保护的A、B、C三相电流采样均存在突变量，零序电流3I0幅值达到5.45 A，零序电压3U0幅值达到7.18 V，保护启动。但对侧的电流采样值nIa、nIb、nIc和电压采样值nUa、nUb、nUc均为正常值。

保护装置计算的差动电流为 Ida=1.839 A，Idb= 1.799 A，Idc=1.818 A； 制动电流为 Ira=1.467 A，Irb= 1.729 A，Irc=2.997 A；定值中稳态量比差门槛值Idz2= 1A。所以，此时A、B、C三相的差流和制动电流的大小关系满足PRS-753D的稳态量电流差动方程

式中：Im为本侧电流；In为对侧电流；Idz2为差动电流启动值。

本侧保护装置启动条件和差动动作条件均满足，差动保护可动作。

2.2 水泥厂侧保护动作行为

水泥厂侧保护TA变比为600／5，调阅第三次跳闸时的保护装置录波，动作时刻的电流电压波形图如图3所示，序分量和差流波形如图4所示。

图3 水泥厂侧保护动作时刻电流电压波形

图4 水泥厂侧电压序分量和差流波形

从图3和图4中可以看出，在保护动作时刻，水泥厂变的电流和电压采样值正常，但是收到对侧同一时刻的电流波形存在畸变，存在差动电流。同时，检测到对侧零序电流3I0幅值达到10.95 A，对侧零序电压3U0幅值达到7.23 V，检测的电流电压波形与对侧一致。

保护装置计算的差动电流为 Ida=3.724 A，Idb= 3.635 A，Idc=3.616 A； 制动电流为 Ira=2.950 A，Irb= 3.468 A，Irc=6.038 A；定值中稳态量比差门槛值Idz2=2A。所以，此时A、B、C三相的差流和制动电流的大小关系满足PRS-753D的稳态量电流差动方程，差动元件动作，若此时保护装置启动元件动作，则差动保护可动作出口。

PRS-753D型保护中设有电压启动元件，其中一个启动条件为“当对侧存在一定的零负序电压，且差流达到稳态量差动的门槛值，置保护启动”，而此时对侧存在零序电压，且差流达到稳态差动门槛定值，符合保护电压启动条件，即保护启动元件动作。

由此可知，线路两侧保护电气计算量均满足图5所示的差动保护动作逻辑，两侧装置差动保护均动作。

图5 PRS-753D差动保护动作逻辑

2.3 事故原因分析

故障录波器中同一时刻110 kV君水线108开关的波形如图6所示。录波显示此时的母线电压采样值完全正常，君水线三相电流也正常，波形没有畸变，也没有零序电压和零序电流产生。

图6 本侧录波器波形

电源侧保护装置PRS-753D采样的电流电压波形异常，而故障录波器采样的同一时刻电压电流波形正常，对侧水泥厂站的电流电压也正常，可推断保护跳闸时线路上并未真正发生故障，属于保护误动作。

查阅电源侧保护装置启动记录，保护板1（CPU1）和保护板2（CPU2）均为突变量启动，且保护动作情况一致，说明两块板件接收到的交流采样值一致，排除CPU板件的问题，故该异常现象定位于保护装置交流采样与实际不一致。另外，通过波形可看出，保护装置电压和电流采样均出现异常，而二次回路中电压和电流回路不相关，同时出现异常的可能性小，因此可初步推断导致保护误动作的原因为保护装置交流采样板采样不正确。

另外，PRS-753D保护装置可通过对侧电压和差动电流来启动电压启动元件，导致水泥厂侧保护误启动，从而开放保护动作出口，也是本次保护误动作的一个原因。

3 试验验证

3.1 现场装置检查

110 kV君水线转检修后，首先对该间隔二次回路进行检查，重点检查108开关的TA二次回路。结果为TA二次回路均在汇控柜处一点接地，不存在两点接地的情况。对TA二次电缆进行绝缘测试，结果合格。

对保护装置PRS-753D进行重点检查，在对采样板进行检查后，发现采样板重新插入后，试验时装置无采样，再次拔插后，仍然没有采样。于是将装置前面板打开，发现总线板右下角缺失3个螺丝，如图7所示。

保护装置PRS-753D的交流插件的插槽正是在保护装置的最右边，由于螺丝的缺失，导致交流采样板插入插槽时，交流采样板和总线板出现接触不良情况，使装置无采样。

用备用螺丝将总线板固定后，重新将交流采样板插入，装置采样恢复正常。随后，对保护装置进行校验、整组传动，结果均正确。为减少采样板损坏而导致保护再次误动的可能性，现场更换新的采样板，并对保护重新校验无误后，恢复正常送电。

3.2 实验室测试

对更换下来的交流采样板进行相应的失效分析和测试工作。

单板测试。将现场WB713交流板件进行单板测试，输入输出信号均正常，交流传变正常。

整机测试。将现场WB713交流板件装入机箱，进行整机测试，整机测试（总线板螺丝拧紧，确保交流板件和总线板接触良好）发现各采样均正常，拷机1天，未发现采样异常，装置记录没有新增启动记录。

现场模拟实验。模拟现场环境，对电源侧装置定值按照现场装置定值整定。之后将电源侧装置总线板右下角3颗螺丝拆除，再将交流板件插入机箱。两侧装置加穿越性电流，三相正常电压，此时发现电源侧装置采样异常：电压和电流有浮动，装置产生差流。拷机过程中，保护装置偶尔会动作，报“稳态量比率差动动作”。

对交流采样电路进行分析，交流板的松动情况导致交流板模拟地信号处于悬空的状态，相当于在输入端和地之间有一个很大的电阻，这个大电阻很容易感受外界的干扰，引起采样异常。未加量时正常采样波形如图8所示，未加量时AGND信号悬空时采样波形如图9所示。试验结果证明交流采样板松动确实会导致保护装置采样异常，从而引起保护误动作。

图9 未加量时AGND信号悬空时采样波形

4 结语

本次线路差动保护误动作的主要原因是由于保护装置交流采样板与总线板之间的接触不良，导致交流采样异常。所以在变电二次基建、技改等施工过程中，每一个环节、每一个步骤、每一个零部件都发挥着不可替代的作用，任何疏忽都有可能造成事故的发生。二次施工和检修人员应不断强化责任意识，严防因疏忽大意而造成继电保护不正确动作事故。

另外，水泥厂侧保护电压启动元件误启动也是造成本次线路差动保护误动作的一个原因，应针对电源侧交流采样板异常会导致对侧保护误启动的现象，进一步对电压启动元件进行优化，防止类似事件再次发生。

［1］黄建英，黄靖.一起220 kV线路保护误动作分析及防范措施［J］.内蒙古科技与经济，2013（23）：123-124.

［2］郑东光.差动保护误动作分析［J］.水利科技，2007（4）：73-74.

［3］马文龙，郭效军，王文雄，等.一种超高压输电线路自适应分相电流差动保护新原理研究［J］.电力自动化设备，2004，24（12）：12-15.

［4］李文升.220 kV光纤保护现场应用问题探讨［J］.山东电力技术，2009（1）：33-37.

徐勤超（1986），工程师，从事继电保护专业工作。

Misoperation Fault Analysis of A 110 kV Line Current Differential Protection

XU Qinchao，XU Xiji，GUO Haibin，LI Yefeng
（State Grid Zaozhuang Power Supply Company，Zaozhuang 277800，China）

The reason of one 110 kV line current differential protection misoperation is ascertained that the AC sampling of the protection device is abnormal.After conducting tests on site devices，it is found that the abnormity is caused by poor contact due to lack of screw between the AC sampling plate of protection device and bus plate.The fault can be taken as a warning in power generation including secondary construction，operation and maintenance.

line protection；differential protection；misoperation；cause analysis

TM774

：A

：1007－9904（2017）04－0077－04

2016-11-23