线路失去主保护后系统失配风险判别和应对措施应用研究

线路失去主保护后系统失配风险判别和应对措施应用研究

王紫薇1王晶2

（1三峡大学湖北宜昌4430022国网湖北省电力公司湖北武汉430000）

摘要：220kV及以上系统中部分后备保护II段与下级线路主保护配合，线路失去主保护会导致系统保护失配。规程不允许线路无主保护运行，但重要断面线路停运存在稳定越限及系统供电能力不足等问题，二者在实际运行中往往产生矛盾。本文研究的方法可以在线实时评估线路失去主保护时系统存在的稳定和保护失配风险，针对不同风险等级提出相应处置措施，提前在线预判、预警、预控线路主保护停运风险，保证系统安全稳定运行。

关键词：距离后备保护；失配风险判别；在线校核；定值调整；应对措施

Applicationonmismatchriskidentificationandresponsemeasures

afterlosingmainprotectionofline

WANGZiwei1，WANGJing2

（1.ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China；

2.HubeiElectricPowerDispatching&ControlCenter，Wuhan430000，China）

Abstract：In220kVandabovetransmittinglinessystempartofbackupprotectioncoordinateswiththemainprotectionofsecondaryline，solosingthemainprotectionoflinewillleadstoprotectionmismatching.Regulationsforbidlineoperatewithoutmainprotection，butthestabilitylimitofimportantsectionandpowersupplyabilityproblemofsystemusuallymakecontradictionsinpractice.Themethodinthisarticlecanevaluatethereal-timeriskofmismatchandstabilitylimitafterlosingmainlineprotection，andproposeresponsemeasuresaccordingtodifferentriskgrades，givejudgment，warningandcontrolofriskinadvance，guaranteethesafetyandsteadyoperationofsystem.

Keywords：distancebackupprotection；mismatchriskidentification；on-lineverify；settingvalueadjustment；responsemeasures

0．引言

继电保护是保障电力系统安全稳定运行的重要设备，电力系统运行中的故障形态绝大多数是线路故障，据统计，2015年国网系统220kV及以上系统线路故障2564次，占全部故障类型的98.9％[1]。线路保护包括主保护和后备保护，主保护指快速切除线路全线各种类型故障的保护装置，后备保护指在主保护拒动时用于切除故障的保护装置。电力系统阶段式后备保护整定计算应遵循逐级配合原则，即在两维平面（横坐标保护范围，纵坐标动作时间）上，整定定值多折线与配合定值多折线不相交，其间的空隙是配合系数，即定值和时间均取得配合，否则失配。按保护的配置关系，若故障线路的主保护拒动，应该由该线路的后备保护切除故障，不应由相邻线路的后备保护切除，按此原则整定线路的后备保护不能与配合线路主保护配合。但在实际运行中，大电网的整定要严格满足逐级配合原则非常困难，且与主保护配合大大降低配合复杂程度，提高系统正常运行时保护动作的灵敏性，因此整定规程规定当线路配置双套主保护时，允许后备保护与线路主保护配合[2]，同时继电保护装置运行要求双套主保护停运时，线路应同停[3]。然而很多情况下，特别是检修方式时从系统运行角度并不允许线路停运，保护运行与系统要求存在矛盾。本文提出了一种线路失去主保护时保护失配风险判别及处置方法，可有效提高保护装置运行可靠性、规避电网运行风险。

1．问题分析

目前电网正处于特高压网架形成过渡期，“强直弱交”问题突出，各级电网运行裕度和控制手段有限，输送卡口和短路电流超标问题并存，部分断面正常情况下接近极限或超极限运行。大负荷期间以及检修方式下N-1断面控制难度进一步加大，系统有计划检修时虽会采取相应的潮流转移、负荷预控等协同控制措施，但突发的主保护停运若要拉停线路，则断面失控风险很大。

电力系统故障中绝大多数是线路故障，线路纵联保护装置因涉及站间联系、构成相对复杂，在电网实际运行中发生异常及缺陷较多。据统计，2015年国网系统220kV及以上系统各类别保护装置的缺陷中，线路保护的缺陷率最高，达1.650次/百台•年，危急缺陷率最高，达0.476次/百台•年，光纤差动保护装置缺陷率为1.654次/百台•年，载波高频保护装置缺陷率为3.398次/百台•年，通道接口设备、通信传输设备、通道加工设备缺陷率都较高[1]；线路失去主保护无法避免，在实际电网运行中亦比较常见，电网运行断面控制、风险防控与继电保护装置运行要求矛盾突出。

2．风险判别及应对措施研究

为便于说明，系统简化如图1所示，线路L1双套主保护失去。

图1系统保护配合示意图

Fig.1Protectioncoordinationofsystem

线路双套主保护失去时，对系统运行影响主要表现在两个方面：其一是后备保护切除故障时间对系统稳定运行的影响，其二是保护装置定值失配越级跳闸，引发事故扩大[5]。对系统稳定的影响，通过稳定计算程序可以求得该线路故障时，保证系统稳定运行故障所允许的最长时间，为一时间限值，即线路主保护失去后，至少有一个能保护线路全长的后备保护动作时间不能大于该时间，实际运行中通过调整后备保护II段时间保障[6，7]。

线路L1双套主保护失去时，定值失配影响在A端是与之整定配合的线路L2和L3，B端是与之整定配合的线路L4和L5。以L2和L3的后备保护（相间、接地或零序）II段为例：如果L2和L3的II段与线路L1的相应保护II段配合，且L1的II段时间满足稳定要求，此时主保护停运不影响保护配合关系，如果L2和L3的II段与线路L1的主保护配合，L2（L3）的II段时间小于L1的II段保护时间（否则就与II段可配），则存在以下几种情况：

2.1L2（L3）保护II段能与L1的I段配合

计算线路L1的后备保护I段保护范围（L11），根据电网当前运行方式及可能的N-1方式，计算L2（L3）相应的助增（分支）系数，进而计算L2（L3）后备II段的保护范围，范围落在L11内，即能与I段配合，此时L2（L3）保护II段与L1的I段在两维平面（横坐标保护范围，纵坐标动作时间）上，整定定值多折线与配合定值多折线不相交，满足逐级配合要求，如果L1的II切除时间满足系统稳定要求，则线路主保护失去，并不影响系统保护配合关系，线路可以正常运行；如果L1的II切除时间不满足系统稳定要求，则L1的II段时间按稳定要求整定。

2.2L2（L3）保护II段不能与L1的I段配合，但保护范围在线路L1内。

按上述方法计算L2（L3）保护II段保护范围，如果范围超出L11，但在L1范围内（此种情况是正常与主保护配合），则故障发生在EB段时，L2（L3）II段会先于L1的II段动作，此时多条线路跳闸，存在风险，系统不允许，应当采取措施。

应对方法：计算L1线路II段保护定值，按1.5倍灵敏度整定并尽量与下级线路L4和L5的I段或主保护配合，时间取一个Δt。

风险分析：如果L1定值能与下级线路保护I段配合，在两维平面（横坐标保护范围，纵坐标动作时间）上，整定定值多折线与配合定值多折线不相交，满足逐级配合要求，风险可控；如果L1定值是与下级线路主保护配合，此时风险在于下级线路故障时双套主保护同时拒动可能越级，这种概率极小，且与正常时后备保护与主保护配合风险等价，规程允许[2][9]。

2.3L2（L3）保护II段不能与L1的II段配合，保护范围超出线路L1。

此种情况属不完全配合，L2（L3）保护II段在时间考虑与B母线差动、L4/L5主保护配合。L2（L3）保护II段不能与L1的II段配合，存在三种情况，1）仅时间不配，2）仅定值不配，3）定值和时间均不配。L1主保护失去后，如果仅时间不配，通过调整L1后备保护II段时间，其风险与3.2基本相当；如果存在定值不配，此时不仅存在3.2所述在EB段故障风险，还存在B母线和L4/L5故障时越级可能，风险较大，需要从定值、时间两方面采取措施。

应对方法：计算调整L1线路II段保护定值，使其保护范围长于L2（L3）的II段，并满足灵敏度要求，时间按比上级II段少一个Δt整定[10][11]。或按稳定要求整定。

风险分析：采取上述措施后，可以保证L1线路本身故障时，故障可由L1自身的后备保护切除，不会越级跳闸，但L1后备II段定值和时间均与下级线路L4（L5）的失配，在L4（L5）及其以下一次设备故障；故障设备主保护拒动，L1后备II段存在越级风险，但鉴于双套主保护同时拒动概率很小，在此种特殊运行方式时将L1作为开环点是可行的，将L1作为开环点备案，采取相应的稳定运行控制措施，风险可控[7][8]。

3．风险判别及处置方法流程

按当前电网正常运行方式及可能出现的检修方式，分别计算首末节点上与本线路配合的上级线路的保护范围，根据范围采取相应的风险判别和处置，其流程为：

图2风险判别及应对流程图

Fig2.Processofriskidentificationandresponse

线路主保护停运风险主要分为三类，一类是电网上级后备保护与失去主保护线路的配合满足逐级配合原则，且时间满足稳定要求，主保护停运对系统基本没有不利影响，定义为无风险，线路正常运行；第二类为定值满足逐级配合，但时间不满足稳定要求，采取措施缩短后备保护时间，其风险与后备保护与线路主保护配合等价[12]，规程允许，定义为低风险；第三类为定值不满足逐级配合原则，存在越级跳闸风险，此时需要将失去主保护的线路作为开环点，并采取相应运行预控，风险可控[13][14]。

4.风险判别及处置方法应用

该方法既可针对特定线路进行离线单独分析判断，也可用于继电保护定值在线校核系统[4]中对电网所有线路实时在线批量判别，提前预控，实用性强，应用面广，对继电保护整定计算人员校核定值有较大的启发与帮助。目前继电保护定值在线校核系统在调度系统应用广泛，其基本功能是根据电网的当前运行方式，实时计算判别继电保护装置的定值是否满足运行要求，对不满足运行要求的装置定值预警，即在线完成保护装置对一次设备实时运行方式适应性的预警；嵌入本文所研究的方法，利用定值在线校核系统的空闲期，对全网的所有线路逐一扫描，对每一线路主保护全部停运的风险等级及相应的处理措施分别储存，风险高的线路给出预警信息，提前做好预控方案，提示专业人员加强运维，一旦出现主保护停运事件，及时给出应对措施，在保证线路正常运行前提下规避电网风险[15]；采用本文所研究的方法扩充在校校核系统功能后，可以实现对二次设备运行状态在线风险判别，并提前预警、预控，保证大电网运行的完整性，提高系统稳定运行水平。

参考文献：

[1]2015年国家电网公司继电保护装置分析评估报告ZJB2015-003

[2]220kV-750kV电网继电保护装置运行整定规程DL/T559－2007

[3]《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》（修订版）调继[2005]222

[4]继电保护定值在线校核技术规范Q/GDW-2012

[5]程小平.简化距离保护整定计算方法的应用[J].华东电力，2000（6）：60.

[6]王冬青，苗世洪，林湘宁，等.基于光纤网的后备保护系统的研制[J].电网技术，2006，30（7）：77-81.

[7]王广学，俸玲，李晓娟.电力系统输电线路接地距离保护整定计算研究[J].电网技术，2002，26（2）：49-53.

[8]张健康，粟小华.超高压线路后备保护整定原则探讨[J].电力系统自动化，2016，40（8）：120-125.

[9]谷松林.基于广域保护系统的距离后备保护整定方案[J].电力系统保护与控制，2016，44（1）：40-47.

[10]张健康，粟小华.从保护拒动事故谈超高压线路后备保护整定原则的改进[C]//中国电机工程学会继电保护专业委员会保护和控制学术研讨会.2015.

[11]何志勤，张哲，尹项根，等.电力系统广域继电保护研究综述[J].电力自动化设备，2010，30（5）：125-130.

[12]皮洪琴.距离保护第Ⅱ段动作阻抗整定计算的研究[J].电力系统保护与控制，1989（2）：1-6.

[13]杨奕.超高压电网后备保护的配置及整定中的一些问题[J].电力系统保护与控制，2001，29（3）：16-19.

[14]陈梦骁，王慧芳，何奔腾.距离Ⅱ段保护简化整定方法及区域式后备保护方案[J].电力系统自动化，2015（7）.

[15]陈祥文，柳焕章.超高压线路简化整定计算的原则和方法[J].电力系统保护与控制，2007，35（2）：11-14.

[16]曹国臣，蔡国伟，王海军.继电保护整定计算方法存在的问题与解决对策[J].中国电机工程学报，2003，23（10）：51-56.

作者简介：

王紫薇（1997-），女，本科，研究方向为电气工程及自动化；E-mail：hbdlwyh@sina.com

王晶（1986-），女，硕士研究生，研究方向为电力系统继电保护；E-mail：58099687@qq.com