郭松偉，王世祥

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

線路保護(hù)手合加速保護(hù)的動作行為分析

郭松偉，王世祥

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

線路保護(hù)是一種原理較為復(fù)雜的保護(hù)，在不同的運(yùn)行方式和故障情況下，保護(hù)的動作行為比較難以分析。當(dāng)向保護(hù)背后的故障母線進(jìn)行充電時(shí)，不同保護(hù)的動作行為在不同的情況下表現(xiàn)出不一樣的動作情況。針對這種運(yùn)行方式下的線路保護(hù)配置現(xiàn)狀，提出相應(yīng)保護(hù)的注意事項(xiàng)。

線路保護(hù)；加速；反向故障

0 前言

一般線路充電運(yùn)行時(shí)，電源一側(cè)開關(guān)在合位，無源一側(cè)開關(guān)在分位，無源一側(cè)變電站的母線空載三相無壓。這種運(yùn)行方式在運(yùn)行中非常常見。如果此時(shí)無源一側(cè)變電站母線沒有配置母線差動保護(hù)，或母線差動保護(hù)因其他原因未投入，則線路保護(hù)的正確快速動作將能夠使故障及時(shí)隔離，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

但在保護(hù)手合線路充電時(shí)，無源一側(cè)變電站的母線發(fā)生故障(見圖1)，常見的故障類型有：A相接地故障，AB相間故障，AB兩相接地故障，ABC三相故障等。則圖1中B站故障對于線路保護(hù)來說是區(qū)外故障。如果此時(shí)不配置母線差動保護(hù)，將不能通過母差保護(hù)停信(或者遠(yuǎn)跳)來實(shí)現(xiàn)對側(cè)縱聯(lián)保護(hù)的瞬時(shí)跳閘，因此有必要研究B側(cè)線路的后備保護(hù)動作行為。

1 220 kV線路保護(hù)的動作行為分析

以南瑞繼保的RCS-900系列線路保護(hù)為例進(jìn)行分析。

在220?kV線路保護(hù)中，一般有RCS-931、RCS-902和RCS-901系列，它們的后備保護(hù)配置一致，區(qū)別只是主保護(hù)的不同。

圖1 B變電站母線發(fā)生故障示意

后備保護(hù)功能元件配置如表1所示。

表1 220 kV線路后備保護(hù)功能典型配置

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，在未合開關(guān)之前，母線B沒有電壓，對于保護(hù)裝置來說，此時(shí)保護(hù)裝置無電壓采樣，開關(guān)位置三相開入TWJ為分位。由于220?kV線路保護(hù)TV斷線判據(jù)為：

(1)?三相電壓向量和大于8?V，保護(hù)不啟動，延時(shí)1.25?s發(fā)TV斷線異常信號；

(2)?三相電壓向量和小于8?V，但正序電壓小于 33.3?V 時(shí)，若采用母線 TV 則延時(shí) 1.25?s發(fā)TV斷線異常信號。

可見，此時(shí)保護(hù)狀態(tài)滿足條件(2)，保護(hù)裝置發(fā)TV斷線信號，適用于TV斷線狀態(tài)下的保護(hù)動作分析。

TV斷線的復(fù)歸：三相電壓正常后,?經(jīng)10?s延時(shí)TV斷線信號復(fù)歸。

1.1 距離元件動作情況

如RCS-931的保護(hù)，在TV斷線期間，保留工頻變化量阻抗元件，將其門檻增加至1.5?UN，保護(hù)自動退出距離保護(hù)，自動投入TV斷線相過流和TV斷線零序過流保護(hù)。

在距離保護(hù)退出的情況下工頻變化量阻抗元件的動作情況如圖2所示。

圖2 母線故障時(shí)的電壓分布

設(shè)UN為正常運(yùn)行時(shí)的額定電壓。則在母線發(fā)生故障時(shí)，因B站母線電壓故障相(相間)為0，?此時(shí)：

從圖2可見，對于B側(cè)線路保護(hù)，計(jì)算工作電壓｜ΔUOP｜等于UOP，小于｜EF｜；而｜EF｜又等于UN，小于1.5UN，因此工頻變化量保護(hù)元件不會動作。

1.2 零序保護(hù)的動作情況

TV斷線時(shí)，線路保護(hù)一般會退出帶方向的零序電流Ⅰ，Ⅱ段，而保留不帶方向的III段或Ⅳ段。在這種情況下可以預(yù)見，當(dāng)合于加速故障時(shí)，在零序電流值和延時(shí)滿足的情況下，零序保留段將正確動作。

零序加速段的動作情況如圖3所示。

圖3 220 kV線路保護(hù)裝置零序加速動作邏輯

圖3中，零序過流加速元件不需要經(jīng)過零序功率方向閉鎖。在手合時(shí)，如果零序電流滿足零序過流加速元件的定值，則零序過流加速經(jīng)過100?ms延時(shí)動作。

1.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為對以上推論進(jìn)行驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)室中采用繼電保護(hù)試驗(yàn)儀進(jìn)行校驗(yàn)，其實(shí)際動作行為滿足推論。驗(yàn)證方法如下。

(1)?初始狀態(tài)。母線三相電壓為0，開關(guān)三相TWJ開入均為1,此時(shí)保護(hù)裝置發(fā)出TV斷線信號。投入保護(hù)裝置距離保護(hù)和零序保護(hù)的功能壓板。

(2)?故障狀態(tài)。開關(guān)三相TWJ開入變?yōu)?，模擬相應(yīng)的故障情況。由于是母線故障，此時(shí)設(shè)置故障相(相間)電壓為0，故障相電流大于零序過流和TV斷線過流定值，故障電流方向?yàn)榉聪颍收涎訒r(shí)大于所有保護(hù)的最長延時(shí)。

①?母線A相接地。在母線發(fā)生A相接地時(shí)，存在零序動作電流，動作情況如下：零序加速動作經(jīng)延時(shí)100?ms動作；?零序III，?Ⅳ段經(jīng)相應(yīng)延時(shí)動作；TV斷線過流元件動作。

②?母線AB相間故障。此時(shí)線路保護(hù)沒有零序電流，因此零序相關(guān)保護(hù)不動作，TV斷線過流元件動作。

③?母線AB相接地故障。發(fā)生接地故障時(shí)，動作情況同母線A相接地。

④?母線三相故障。動作情況同母線AB相間故障。

2 110 kV線路保護(hù)動作行為分析

在110?kV線路保護(hù)中，一般有RCS-941、RCS-943這2種類型的保護(hù)。它們的后備保護(hù)配置一致，區(qū)別只是主保護(hù)的不同。后備保護(hù)功能元件配置如表2所示。

表2 110 kV線路后備保護(hù)功能典型配置

110?kV線路保護(hù)TV斷線判據(jù)為：

(1)?與220?kV線路保護(hù)邏輯判據(jù)(1)相同；

(2)?正序電壓小于33?V時(shí)，當(dāng)任一相有流元件動作或TWJ不動作時(shí)，延時(shí)1.25?s發(fā)TV斷線異常信號；

可見，與220?kV線路保護(hù)的不同之處在于，這種邏輯方式下110?kV線路保護(hù)需要判斷開關(guān)位置。即開關(guān)在分位時(shí)，保護(hù)不發(fā)TV斷線信號。

2.1 距離元件的動作情況

因保護(hù)裝置在合閘前為正常運(yùn)行狀態(tài)，保護(hù)裝置不發(fā)TV斷線，所以距離保護(hù)在正常投入狀態(tài)。

距離保護(hù)采用帶方向的阻抗元件，阻抗繼電器采用正序電壓極化，因此具有良好的方向性。方向阻抗元件的動作特性如圖4、圖5所示(圖中：ZZD為距離保護(hù)整定值；ZK為微機(jī)保護(hù)的測量阻抗；ZS為系統(tǒng)阻抗。)。

圖4 正方向故障時(shí)動作特性

采用正序電壓極化的距離保護(hù)具有明確的方向性。當(dāng)線路發(fā)生單相接地、兩相接地和兩相相間故障時(shí)，滿足正序電壓極化的條件，這時(shí)保護(hù)將采用正序電壓進(jìn)行極化。而母線故障對于線路保護(hù)來說屬于反方向故障，因此距離保護(hù)(包括距離加速保護(hù))將會正確不動作。

圖5 反方向故障時(shí)動作特性

而當(dāng)母線發(fā)生三相故障時(shí)，正序電壓為0，這時(shí)距離保護(hù)將會進(jìn)入低壓距離保護(hù)程序，采用記憶量元件進(jìn)行極化。由于合閘前母線無壓，因此記憶量也為0。而距離III段繼電器的門檻電壓倒置，特性包含原點(diǎn)，可動作。

三相故障時(shí)動作特性如圖6所示。

圖6 三相故障時(shí)動作特性

2.2 零序保護(hù)動作情況

在發(fā)生母線接地故障時(shí)，相應(yīng)的零序方向保護(hù)段若采用零序功率方向保護(hù)，將因?yàn)榘l(fā)生反方向故障而不動作。對于零序過流加速動作來說，不受零序功率方向元件閉鎖，發(fā)生接地故障時(shí)可正確動作。

如果在控制字中退出零序保護(hù)段經(jīng)方向控制字，則零序保護(hù)段也可正確動作。如圖7所示。

圖7 110 kV線路保護(hù)零序過流加速保護(hù)邏輯

2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

110?kV線路保護(hù)裝置集成了開關(guān)操作板件，開關(guān)位置TWJ由保護(hù)裝置內(nèi)部接線開入，因此外部無法控制開關(guān)位置判別。因此，試驗(yàn)方案中不開入開關(guān)位置給保護(hù)裝置。驗(yàn)證方法如下。

(1)?初始狀態(tài)。母線三相電壓為0，由于開關(guān)分位，TWJ開入為1，此時(shí)保護(hù)裝置不發(fā)TV斷線信號。投入保護(hù)裝置距離保護(hù)和零序保護(hù)段的功能壓板。

(2)?故障狀態(tài)。模擬相應(yīng)的故障情況，由于是母線故障，此時(shí)設(shè)置故障相(相間)電壓為0，故障相電流大于零序過流和TV斷線過流定值，故障電流方向?yàn)榉聪?，故障延時(shí)大于所有保護(hù)的最長時(shí)延。

①?母線A相接地。在母線發(fā)生A相接地時(shí)，存在零序動作電流。動作情況如下：零序加速動作經(jīng)延時(shí)100?ms動作；其他零序保護(hù)段在不帶方向時(shí)動作。

②?母線AB相間故障。此時(shí)線路保護(hù)沒有零序電流，因此零序相關(guān)保護(hù)不動作。動作情況如下：無保護(hù)動作。

③?母線AB相接地故障。發(fā)生接地故障時(shí)，動作情況同母線A相接地。

④?母線三相故障。由于采用了記憶量極化，動作情況如下：距離加速、距離I段、距離II段和距離III段動作。

3 結(jié)束語

當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，220?kV線路保護(hù)和110 kV線路保護(hù)的零序過流加速保護(hù)和不帶方向的零序延時(shí)段均會正確動作。

220?kV線路保護(hù)能判斷出TV斷線，因此TV斷線過流保護(hù)正確動作。

110?kV線路保護(hù)在母線三相故障時(shí)，采用記憶量極化，距離III段采用反向門檻電壓，動作范圍包括反向故障。因此，距離加速和距離III段保護(hù)均出口動作。

針對上述的操作方式和故障特征，為保證故障的快速切除，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，可以采取以下措施：

(1)?母線故障應(yīng)主要依靠母差保護(hù)切除，如果母線有母差保護(hù)，在帶負(fù)荷測試時(shí)應(yīng)盡量縮短帶負(fù)荷測試時(shí)間；

(2)?在充電之前，應(yīng)盡量退出充電側(cè)開關(guān)保護(hù)的零序方向元件，只采用零序過流元件進(jìn)行保護(hù)；

(3)?應(yīng)縮短對側(cè)線路保護(hù)距離II段保護(hù)的動作時(shí)間，使母線發(fā)生故障時(shí)對側(cè)保護(hù)以較短時(shí)限跳閘，保護(hù)電力系統(tǒng)和一次設(shè)備安全。

2013-08-06；

2013-10-09）