超高压线路保护频繁启动故障分析

随着电力系统的飞速发展，输电线路的容量以及电压等级越来越高，输电线路上发生的故障概率越来越高，如何快速切除故障成为电力系统的首要问题。在继电保护的研究中，微机保护又占据统治地位。微机保护装置中，一般都设有启动元件，启动元件的性能将会影响保护装置的选择性，灵敏性与可靠性。河北省南部电网500 kV某M变电站，220 kV甲乙线的两套线路保护采用了不同厂家不同原理的启动元件，在线路负荷发生变化时，线路保护启动元件原理的不同导致了装置故障的发生。以下就此次设备故障产生的现象及原因进行分析。

1　故障描述

河北省南部电网500 kV某M变电站220 kV甲乙线的线路保护配置如下，保护1为PSL-603型线路保护装置，保护2为CSC-103型线路保护装置。在220 kV甲乙线投入运行后，PSL-603型线路保护即刻出现频繁启动、复归的故障，启动、复归的频率为20次/min；CSC-103型线路保护未启动。

现场检查220 kV甲乙线并未发生线路故障，PSL-603型线路保护采样信息正常，三相电流平衡且无差流，保护装置始终处于频繁启动、复归的状态；CSC-103型线路保护采样信息正常，三相电流平衡且无差流，保护装置未启动。其中两套保护装置的三相电流采样数值大小、角度无明显差异，两套保护装置启动定值设置相同，均为0.1 A。M站专业人员联系220 kV甲乙线对侧N站专业人员，对比两侧保护信息，N站相应保护信息与M站相同，设备故障现象与M站相同。

220 kV甲乙线PSL-603型线路保护频繁的启动、复归信息，严重影响了省调控人员的后台监盘，专业人员临时对M站220 kV甲乙线后台相关保护装置的启动信息进行了选点屏蔽，暂时恢复了省调控人员的正常监盘。

2　故障原因分析

在此次保护装置非正常启动的故障中，调查发现220 kV甲乙线的用户为某工业级工厂，其设备多为大功率设备，存在冲击性负荷的情况。220 kV甲乙线正常运行情况下的线路电流持续存在频繁瞬间的波动。

厂家在设计线路保护启动判据的计算公式时，应合理考虑其线路的各种负荷情况，优化其判据的计算方法，启动判据可采用固定门槛与浮动门槛的组合，保证线路无故障时线路保护不误启动，线路故障时线路保护可靠启动。

对该220 kV甲乙线的线路负荷进行24 h的采样分析，计算出在最大负荷电流变化时，PSL-603型线路保护中突变量元件判据达到的最大计算值为0.17 A，从而可以将PSL-603型线路保护中启动整定值提高至0.18 A，从而保证了PSL-603型线路保护在正常运行时不会误启动。

线路保护装置厂家在选取启动元件时，必须重视启动元件躲系统负荷变化的能力，通过对M站220 kV甲乙线的线路保护频繁启动故障的分析，提出了改进启动元件在系统波动情况下的改进措施，保证了电网稳定运行。

设备厂家在设计线路保护启动判据时，可考虑加入电压闭锁条件。即在线路无故障时，线路三相电压正常，闭锁装置启动；而在故障发生时，线路故障相电压降低，则开放装置启动。

  

图1　PSL-603线路电流突变量计算值

  

图2　CSC-103线路电流突变量计算值

三条曲线分别代表UV、VW、WV相间电流突变量启动元件的计算值，中间的横线为突变量启动元件的整定值。在PSL-603型线路保护中，突变量启动元件计算值大于突变量启动元件整定值并连续出现了7个点，满足了连续出现3个点即启动的判据要求，则PSL-603型线路保护装置启动；在CSC-103型线路保护中，突变量启动元件计算值始终小于突变量启动元件整定值，则CSC-103型线路保护装置不启动。取多个其他时刻的线路电流采样值进行对比测试发现，其计算结果与上述结论相同，同时与现场所发生的设备故障现象一致。即两家线路保护厂家在突变量启动元件中判据的细微不同，导致了两套保护装置在带有冲击性负荷的线路中不同的启动行为，是此次PSL-603型线路保护频繁的启动、复归的原因。

根据上述分析，PSL-603型线路保护装置突变量启动元件采取了灵敏的启动算法，而CSC-103型线路保护装置则采取了保守的保护启动算法，算法的不同导致了PSL-603型线路保护频繁启动故障。其中保护装置的频繁启动、复归将会大大加速设备元器件的老化程度，提高设备元器件故障概率，针对该问题提出以下3种改进措施。

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3　改进措施

信息辅助是本文与第一阶段实验的另一重要区别。信息辅助是为设计师实时提供整体演化态势网络图示信息，主要包括方案得分和引用情况，让设计师在选择引用对象时有一个整体性的参考，而不像第一轮实验只有每个方案的分析信息。这种信息参考的作用是否理想尚不得而知，也可能会导致早熟收敛，从而损失方案的多样化。因此，需要多次实验来进行对比观察。

3.1　提高线路保护的启动整定值

PSL-603型线路保护与CSC-103型线路保护的启动元件均为稳态启动元件与突变量启动元件的组合，在此次故障中，220 kV甲乙线三相电流稳态下无明显变化，且线路无差流，则判断稳态启动元件并未启动，不是导致本次装置故障的原因。

3.2　优化线路保护电流启动判据

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3.3　加入电压闭锁条件

从公式当中可以看出二者的区别在于最后差值是标量差还是矢量差，在数学公式的分析中可得出矢量差是必然要大于等于标量差的。以M站220 kV甲乙线K时刻的负荷电流为例，用专业分析软件分别计算PSL-603型线路保护、CSC-103型线路保护装置的突变量启动元件的计算值，结果如图1、图2所示。

4　结束语

对比220 kV甲乙线两套线路保护的突变量启动元件的判据原理，PSL-603型线路保护装置突变量启动元件的判据为ΔIψψ=（It-It-T）-（It-T-Tt-2T），当任一电流突变量连续3次大于启动门槛时，保护启动[1]；CSC-103型线路保护装置突变量启动元件的判据为ΔIψψ=｜It-It-T｜-｜It-T-Tt-2T｜，当任一电流突变量连续4次大于启动门槛时，保护启动[2]。可以看出PSL-603型线路保护装置突变量启动元件判据采用的为相间电流的t时刻值与t-T时刻值的差值，同t-T时刻值与t-2T时刻值的差值所做的矢量差；CSC-103型线路保护装置突变量启动元件判据采用的为相间电流的t时刻值与t-T时刻值的差值，同t-T时刻值与t-2T时刻值的差值所做的标量差。

参考文献：

[1] 国电南京自动化股份有限公司. PSL-603U系列线路保护装置（智能站）说明书[Z].2011.

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[2] 北京四方继保自动化股份有限公司. CSC-103A(B)数字式超高压线路保护装置说明书[Z].2007.

纳入标准：选取2016年1月至2017年10月于中国医科大学附属第四医院眼科视光门诊就诊并验配角膜塑形镜的青少年近视患者共计118例，选取其右眼进行研究，其中男55例，女63例，年龄8～18（11.8±2.5）岁，等效球镜度为-0.75～-6.00（2.85±0.45）D。排除标准：无影响眼部泪膜质量的眼病；近2周无眼部及全身用药史；无眼部急性炎症或感染病史；近期无配戴角膜接触镜病史。