110kV及以上电力线路故障分析

110kV及以上电力线路故障分析
摘要：本文主要介绍了一起220kV线路保护误动的事故，详细分析了该事故发
生的原因，并提出了预防该类事故的改进措施；并介绍了电力系统继电保护的基
本要求及110kV及以上电力线路常用的距离保护。

关键词：继电保护；220kV线路故障；距离保护；相继速动保护
继电保护的基本要求
继电保护在技术上一般要满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和
可靠性。

可靠性是指保护该动作时应可靠保护，不该动作时应可靠不动作。

保护装置
如不能满足可靠性的要求，反而会成为扩大事故或直接造成故障的根源。

继电保
护的可靠性主要是由配置合理、质量和技术性能优良的继电保护装置以及正常的
运行维护和管理来保证；必须确保保护装置的设计原理、整定计算、安装调试正
确无误；要求组成保护装置的各元件的质量可靠、运行维护得当、系统简化有效，以提高保护的可靠性。

一旦发生故障保护装置应能及时可靠的动作，不应由其本
身的缺陷而误动或拒动。

本次220kV线路保护误动的事故，就充分体现了继电保护可靠性的重要性。

二、110kV及以上线路距离保护
110kV及以上线路保护有距离保护、零序过流保护、过电流保护等。

在这里
简单介绍应用最广泛的距离保护。

（1）定义
距离保护是指利用阻抗元件来反应短路故障的保护装置，阻抗元件的阻抗值
是接入该元件的电压与电流的比值：U/I=Z，也就是短路点至保护安装处的阻抗值。

因线路的阻抗值与距离成正比，所以叫距离保护或阻抗保护。

（2）特性
距离保护的I、II段可以在任何形状的多电源网络中保证动作的选择性，具有
较高的灵敏度，但不能实现全线速动，线路末端的故障，只能由二段后备保护来
切除。

（3）分类
距离保护包括接地距离保护和相间距离保护，按地距离保护反应于线路接地
故障，通常采用零序电抗继电器（或突变量电抗继电器）。

相间距离保护反应于
线路相间短路，通常采用方向阻抗继电器（或突变量阻抗继电器）。

其中接地距
离I段和相间距离I段是主保护。

接地距离Ⅱ、Ⅲ段和相间距离Ⅱ、Ⅲ是后备保护。

（4）保护时间和保护范围
距离I段是速断保护，保护范围一般只能达到本段线路全长的80％～85％。

距离二段是带时限保护，保护范围是本段线路全长并延伸至I段线路的一部分。

距离Ⅲ段比距离Ⅱ段延时更长，保护范围是本段线路和下一段线路的全长，并延
伸至下一段线路的一部分。

（5）方向性
距离保护具有方向元件，取电流从母线流向线路的方向为正方向，线路正方
向故障时，距离保护动作。

反方向故障时，方向元件闭锁保护。

三、事故经过与保护装置信息
（1）事故经过与保护装置信息
某220kV线路发生一起误动事故，造成断路器三相跳闸。

其中一套保护装置
动作，而另一套保护装置没有启动和动作。

恢复送电过程中，将动作的保护退出
运行，只投入未动作的保护，送电成功。

保护详细动作报告如下：
0000ms 距离零序保护启动
1732ms 相间距离II段动作
1732ms 保护永跳出口
1746ms 故障类型和测距 BC相间接地 -0.36Km
1746ms 测距阻抗值 0.307-j0.023 欧
1746ms 故障相电流电流=1219.294安
1768ms 纵联保护启动
1771ms 综重电流启动
3529ms 相间距离III段动作
6732ms 保护永跳失败
20094ms 零序II段动作电流=1219.7 安
20396ms 零序III段动作电流=1219.7 安
22202ms 零序IV段动作电流=1219.7 安
51774ms 综重长期不能复归
60009ms 距离零序保护复归
60015ms 综重电流复归
60017ms 纵联保护整组复归
保护详细故障录波如下：
（2）录波信息分析
从故障录波报告中可知：-60ms时刻，三相二次电流约为0.5安，且三相对称，无零序电流。

三相电压有效值为57伏，且三相对称，无零序电压。

此时线路正
常运行。

-35 ms时刻，保护发出三跳及永跳令，-5 ms时刻，三相电流消失，开
关跳闸。

而此过程中，电压一直保持正常，电流也没有出现短路增大现象，且该
线路的另一套保护没有启动和动作，故初步断定是保护误动造成的。

保护动作报
告中：0000ms 距离零序保护启动、1732ms 相间距离II段动作、1732ms 保护永跳出口，这些时间与保护装置故障录波图的时间对应不上，根据保护装置技术说明
书中故障录波部分的描述，保护装置可以保存12至48次故障录波报告（含内部
元件动作过程），故障时有重要开关量多次变化时会自动多次录波并且记录重要
开关量（如发信、收信、跳闸、合闸、TWJ等），由于保护装置动作前交流采样
未发生突变，因此保护装置的录波时间不是从距离零序保护启动开始（距离零序
保护启动只是因为CPU2距离零序保护模件坏（后面试验结果）），而是从保护
动作、开关量变位及三相电流被切除时开始录波的。

（3）事故原因分析
保护[1]以纵联距离和纵联零序作为全线速动主保护，以距离保护和零序方向
电流保护作为后备保护。

保护功能由数字式中央处理器CPU模件完成，其中
CPU1模件完成纵联保护功能，CPU2模件完成距离保护和零序电流保护功能，CPU3模件完成重合闸功能。

PSL602保护CPU模件硬件完全相同，其出口回路完
全独立。

任意一块CPU模件故障均不影响其他CPU模件的正常动作。

当采用三块CPU模件时，启动回路可以由CPU1-CPU3其中两个CPU启动才开放保护出口继电器负电源，即构成“三取二方式”。

对保护进行采样校验，结果发现输入电流后CPU1和CPU3零漂和采样正确，
而CPU2采样零漂大于1安，且三相采样电流严重失真，说明CPU2有故障导致
其采样错误。

但因保护采用启动元件“三取二方式”[2]，当CPU1、CPU3均不启动，仅CPU2故障误启动时，保护装置不应该误动作。

因此初步推测本次误动原因除CPU2故障外，应还有其他因素导致。

保护装置中，保护启动采用“三取一方式”或“三取二方式”是通过装置母版上
的跳线JP选择的。

母版上的跳线结构如图所示，当两个连接片分别接在1和2、
4和5上时，启动元件为“三取一方式”，
两个连接片分别接在2和3、5和6上时，启动元件为“三取二方式”。

打开保
护面板，查看母版上的跳线JP在1和2、4和5上，这样启动元件为“三取一方式”，因此当CPU2发生故障时，保护出口继电器负电源已开放，当达到了保护动
作值时距离保护误动作。

从保护动作报告中可以看出：1768ms 纵联保护启动、1771ms 综重电流启动，即CPU1和CPU3也启动了，由PSL602动作报告可见1732ms 相间距离II段动作、1732ms 保护永跳出口、1768ms 纵联保护启动、1771ms 综重电流启动，保护动作及永跳出口比CPU1和CPU3启动快36-39 ms，由保护装置故障录波图可以看出保护动作及永跳出口后大约30 ms左右三相电流消失，CPU1和CPU3是因为三相电
流消失引起相电流突变量启动元件动作而启动的，如果保护不发跳闸令使开关三
相跳闸，CPU1和CPU3是不会启动的。

因此本次保护误动的原因是启动元件跳线
为“三取一方式”和CPU2故障造成的。

（4）暴露的问题
这次误动事故暴露了保护厂家及运行检修人员在工作中粗心大意、不完全按
规程校验的问题：首先，保护厂家为了方便调试，将启动元件跳线设为“三取一方式”，发货前却忘记恢复，说明厂家质量控制与流程控制存在不完善之处。

其次，保护装置在投运验收及定期校验过程中，工作人员过于信任厂家装置，没有详细
查看，因此没有发现跳线错误问题，最终造成了此次事故。

（5）整改与防范措施
针对此次故障，一方面与厂家联系，建议厂家完善出厂验收流程，防止此类
事故再次发生。

另一方面，编制专项反事故措施，对所管辖变电站内的所有此类
保护进行彻底清查，保证其启动元件跳线为“三取二方式”。

参考文献：
[1] 王文雄，郑锐.PSL602（A、C、D）数字式线路保护装置技术说明书[M]. 南京：国电南京自动化股份有限公司，2003.
[2] 国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M]. 北京：中国电力出版社，2009.。