黃曙，馬凱，談樹峰

（廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣東廣州 510080）

繼電保護裝置對于電網(wǎng)安全日益重要，但是隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，保護裝置的誤動時有發(fā)生[1-6]?？v觀這些誤動的實例，既有管理方面的原因，也有裝置的問題。其中裝置的原因，既有原理本身的問題，又有操作維護方面的問題。本文所涉及的一起裝置誤動作就屬于廠家原理方面的問題。突變量距離保護是目前線路保護配置的一種常規(guī)保護[7-8]，本文重點研究這類保護。

某年3月29日，某電網(wǎng)同一條母線的線路110和線路113保護跳閘，跳閘時顯示突變量距離動作。

某電網(wǎng)是一個相對獨立的小電網(wǎng)，與主電網(wǎng)通過聯(lián)絡(luò)線進行連接，電網(wǎng)連接圖如圖1所示。

圖1 跳閘時電網(wǎng)運行圖Fig.1 The grid operation diagram when the tripping occurs

在該電網(wǎng)中，C變電站是一個核心的開關(guān)站?，F(xiàn)場運行的時候，2條母線分裂運行。跳閘線路為與C變電站I母相連的2條線路（110開關(guān)和113開關(guān)），因而保護裝置跳閘時系統(tǒng)運行（110 kV線路部分）只畫出了與I母有聯(lián)系的系統(tǒng)。

整個110 kV中有一個電源：A電廠。B電廠為火電廠，未開機。同時通過T接線和主電網(wǎng)相連（193開關(guān)），且131開關(guān)處于跳開狀態(tài)。

A電廠安裝有3臺2.5萬kW的水輪發(fā)電機組，跳閘前2臺正常運行。

A電廠到C變電站的線路全長2.4 km，正序阻抗0.05 Ω（二次值），保護為距離保護（含突變量距離和零序保護）。

B電廠到C變電站線路全長112 km，正序阻抗2.58 Ω（二次值），保護為距離保護（含突變量距離和零序保護）。

B電廠到D變電站的線路全長30～40 km。

3月29日0時54分38秒534毫秒，110開關(guān)線路保護突變量距離ABC相動作；

3月29日0時54分38秒410毫秒，113開關(guān)線路保護突變量距離ABC相動作；

由于站內(nèi)無GPS校時，毫秒不具有可比性。通過對比錄波，可以得出113開關(guān)比110開關(guān)跳閘慢40 ms。

從現(xiàn)場得出的數(shù)據(jù)顯示：

1）跳閘前110開關(guān)線路保護裝置運行正常，但是從2007年3月29日0時54分30秒開始系統(tǒng)擾動頻繁。

2）跳閘前113開關(guān)線路保護裝置運行正常，但是從2007年3月29日0時54分30秒開始系統(tǒng)擾動頻繁。

1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)

現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析包括2部分，一是保護裝置動作時的錄波數(shù)據(jù)，二是動作后的現(xiàn)場試驗。

1.1 錄波數(shù)據(jù)

通過保護裝置錄波進行分析。

110開關(guān)側(cè)有效錄波為8個，基本情況如表1所示。

表1 110開關(guān)動作錄波記錄Tab.1 The trip record of breaker 110

113開關(guān)側(cè)有效錄波為8個，基本情況如表2所示。

表2 113開關(guān)動作錄波記錄Tab.2 The trip record of breaker 113

由于110開關(guān)和113開關(guān)接在同一條母線，而該母線只有這2條線路，因而110開關(guān)和113開關(guān)保護裝置采集到的電壓相同，電流反向。

通過對波形的分析，2個裝置的錄波和頻率完全一一對應(yīng)?？梢愿鶕?jù)波形得出如下的結(jié)論：3月29日0時54分37秒之后，系統(tǒng)已經(jīng)處于嚴(yán)重失穩(wěn)狀態(tài)，頻率從穩(wěn)定時的50 Hz逐漸上升到了54.5 Hz。正是在系統(tǒng)失穩(wěn)的情況下發(fā)生了突變量距離保護誤動。

1.2 模擬試驗

事故發(fā)生后，現(xiàn)場進行試驗。試驗方法：裝置三相電壓幅值為63 V，角度滿足正序關(guān)系；三相電流為3.5 A，角度滿足正序關(guān)系。線路全長正序阻抗定值整定為0.05 Ω。

緩慢增加裝置頻率，當(dāng)頻率小于54.47 Hz時保護裝置不動作；頻率上升到54.49 Hz時保護動作，報“突變量ABC相動作”，保護裝置誤動作。

改變整定阻抗為2.58 Ω，當(dāng)頻率小于54.55 Hz時保護裝置不動作；頻率上升到54.57 Hz時保護動作，報“突變量ABC相動作”，保護裝置誤動作。

1.3 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場波形以及模擬試驗可以得出結(jié)論：現(xiàn)場2臺線路保護裝置動作系現(xiàn)場頻率過大而引起的不正確動作。

2 理論分析

現(xiàn)場裝置的保護判據(jù)如下。

突變量接地距離繼電器的動作判據(jù)為

突變量相間距離繼電器的動作判據(jù)為

當(dāng)頻率不為標(biāo)準(zhǔn)的50 Hz的時候，突變量的誤動特性分析如下。

假設(shè)當(dāng)前頻率為f，電壓幅值為u，那么計算的突變量為：

50 Hz附近的時候，取n=1，則有44.88

由于現(xiàn)場實際電壓為63 V，高于額定電壓；而保護判據(jù)中的電壓固定位額定電壓（57.7 V），因而不會誤動的頻率范圍又有了一定的縮小。

3 解決方案

鑒于事故電網(wǎng)的實際情況（小電網(wǎng)，同時水輪發(fā)電機組無調(diào)速設(shè)備，頻率波動較大），現(xiàn)場退出該網(wǎng)所有線路保護裝置的突變量距離保護。同時廠家就該型號裝置進行改進，改進的方法有2種：突變量距離增加穩(wěn)態(tài)量距離的閉鎖條件，在頻率異常的時候退出突變量距離。建議首選方式為頻率異常的時候退出突變量距離。

3.1 增加穩(wěn)態(tài)量判據(jù)

為了增加突變量距離的可靠性，在突變量距離動作判據(jù)中增加一個穩(wěn)態(tài)量距離動作的條件，該穩(wěn)態(tài)量距離可以采用全阻抗圓的方式，阻抗定值可以使用距離III段的定值。只有當(dāng)該全阻抗圓動作2點之后，突變量距離才能出口跳閘。

該種方式需要增加6個阻抗繼電器，改動的工作量較大。

3.2 增加頻率判據(jù)

保護裝置通過測頻，當(dāng)頻率超出允許范圍時，直接退出突變量距離保護。

根據(jù)前述分析，50 Hz附近的時候，當(dāng)電壓為額定電壓時，只有頻率在44.88~55.12 Hz的范圍時，保護才不會誤動；如果電壓偏高，這個范圍會更小。根據(jù)電網(wǎng)運行的實際情況，我們認(rèn)為當(dāng)電網(wǎng)頻率小于49 Hz，或者大于51 Hz時，突變量距離需要退出，從而提高保護裝置的可靠性。

當(dāng)突變量距離設(shè)置了49~51 Hz的正常范圍之后，如果系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，假設(shè)頻率從50 Hz逐漸降低到40 Hz，當(dāng)頻率降低到49 Hz的時候，突變量距離已經(jīng)退出（此時保護裝置不會誤動），繼續(xù)降低到44 Hz時，盡管突變量距離判據(jù)已經(jīng)滿足，但是突變量距離已經(jīng)退出，此時保護也不會誤動。

采用此方式，需要增加對輸入電壓的頻率測量和頻率監(jiān)視。

4 結(jié)語

經(jīng)過理論分析和試驗驗證，明確了突變量差動誤動屬于原理設(shè)計問題，不是現(xiàn)場操作問題。針對該問題，除了對于現(xiàn)場做臨時性的處理外，需要廠家對保護裝置進行處理，增加相應(yīng)的閉鎖判據(jù)。

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