張國輝，王 昕，王 軍，趙斌超，黃秉青

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南 250003）

TV二次回路多點(diǎn)接地引起的縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)分析

張國輝，王 昕，王 軍，趙斌超，黃秉青

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南 250003）

分析兩起由TV二次回路多點(diǎn)接地引起縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)作案例，并對(duì)縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)的機(jī)理進(jìn)行研究。當(dāng)TV二次回路存在多個(gè)接地點(diǎn)時(shí)，分析發(fā)生接地故障時(shí)二次回路中性線上的偏移電壓特性，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致縱聯(lián)保護(hù)不正確動(dòng)作的原因是方向元件誤判。

TV二次回路；多點(diǎn)接地；縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)；機(jī)理分析

0 引言

按照 《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》規(guī)定，公用電壓互感器（TV）的二次回路有且只允許有一點(diǎn)接地［1-2］。但由于二次回路接線的復(fù)雜性，電廠和變電站中仍難免出現(xiàn)TV二次回路多點(diǎn)接地的情況［3-5］。分析兩起由TV二次回路多點(diǎn)接地所引起的電廠、變電站縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)案例，對(duì)誤動(dòng)的機(jī)理進(jìn)行研究，查找誤動(dòng)原因。

1 TV二次回路多點(diǎn)接地引起保護(hù)誤動(dòng)案例

1.1 發(fā)電廠TV二次回路兩點(diǎn)接地導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)

某線路發(fā)電廠側(cè)保護(hù)進(jìn)行雙重化配置：第一套保護(hù)裝置配置縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)；第二套保護(hù)裝置配置縱聯(lián)距離保護(hù)、縱聯(lián)零序保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)。該線路的末端發(fā)生區(qū)內(nèi)單相接地故障，第一套保護(hù)裝置縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作，將故障切除，其距離方向元件同時(shí)正確動(dòng)作。第二套保護(hù)裝置的縱聯(lián)距離保護(hù)、縱聯(lián)零序保護(hù)均未動(dòng)作。

圖1 某線路發(fā)電廠側(cè)第二套保護(hù)裝置采集到的故障波形

查找第二套保護(hù)裝置保護(hù)拒動(dòng)的原因，對(duì)其采集到的故障波形進(jìn)行檢查，如圖1所示?？梢钥闯觯阈螂妷翰ㄐ伟l(fā)生畸變，據(jù)分析其3次諧波含量較大，約占75%。初步判斷該發(fā)電廠TV二次回路多點(diǎn)接地。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)保護(hù)用TV二次回路接地點(diǎn)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)兩套保護(hù)裝置電壓回路分別取自線路TV二次兩個(gè)不同繞組，TV就地端子箱內(nèi)TV二次電壓回路中性點(diǎn)N短接在一起后，分別引入網(wǎng)控室和發(fā)電機(jī)電子間，TV的電壓用于計(jì)量、錄波、線路保護(hù)及發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)。第二套保護(hù)裝置線路TV二次電壓中性線在網(wǎng)控室計(jì)量屏接地，又在發(fā)電機(jī)電子間的同期屏接地，造成TV二次電壓中性線兩點(diǎn)接地。

最終判斷該發(fā)電廠TV二次回路兩點(diǎn)接地導(dǎo)致第二套保護(hù)裝置拒動(dòng)，該保護(hù)裝置判斷的故障類型為系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障，為避免保護(hù)裝置誤動(dòng)，裝置以區(qū)外故障優(yōu)先閉鎖保護(hù)致使第二套保護(hù)在線路故障時(shí)未動(dòng)作。

1.2 變電站TV二次回路兩點(diǎn)接地導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)

某變電站線路保護(hù)雙重化配置：第一套為縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)；第二套為縱聯(lián)距離保護(hù)、縱聯(lián)零序保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)。該變電站線路1發(fā)生區(qū)內(nèi)近距離B相單相接地故障，線路1縱聯(lián)差動(dòng)、縱聯(lián)距離、縱聯(lián)零序等主保護(hù)均正確動(dòng)作，但線路2縱聯(lián)零序保護(hù)誤動(dòng)，縱聯(lián)差動(dòng)、縱聯(lián)距離保護(hù)未動(dòng)作。

圖2 某變電站線路2第二套保護(hù)錄波圖

查找線路2第二套保護(hù)裝置誤動(dòng)的原因，查看線路2第二套保護(hù)的錄波圖，如圖2所示。可以看出，線路2第二套保護(hù)裝置采集到的零序電壓發(fā)生了畸變，3次諧波含量明顯，B相接地故障期間B相電壓異常升高，且超過額定值較多，自產(chǎn)零序電壓滯后零序電流約165°，零序功率方向落入正向動(dòng)作區(qū)，保護(hù)裝置判為線路區(qū)內(nèi)故障，誤發(fā)跳閘命令。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處理事故的經(jīng)驗(yàn)分析，初步判斷該現(xiàn)象為變電站線路2第二套保護(hù)的零序電壓因TV二次回路多點(diǎn)接地發(fā)生畸變。

現(xiàn)場(chǎng)檢查TV二次回路接地點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)TV中性線電流為1.15A，站內(nèi)TV二次回路中性線存在多點(diǎn)接地情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的檢查結(jié)果，最終判斷該變電站TV二次回路多點(diǎn)接地導(dǎo)致線路2第二套保護(hù)裝置誤動(dòng)，TV二次中性線的多個(gè)接地點(diǎn)間流經(jīng)故障電流，導(dǎo)致各接地點(diǎn)的電位出現(xiàn)差異，由此中性線上產(chǎn)生了一個(gè)寄生電壓，該寄生電壓與B相電壓疊加后引起保護(hù)裝置處B相電壓異常升高，導(dǎo)致線路2縱聯(lián)零序保護(hù)誤動(dòng)作。

2 TV二次回路多點(diǎn)接地導(dǎo)致縱聯(lián)零序保護(hù)誤動(dòng)作機(jī)理

2.1 故障時(shí)TV二次回路中性線偏移電壓

TV二次回路只允許一點(diǎn)接地，二次回路在控制室一點(diǎn)接地后，保護(hù)裝置采集到的電壓能夠正確反映線路二次電壓，如圖3所示。圖中Ua為保護(hù)裝置采到的電壓，U′a為TV二次側(cè)電壓。

圖3 TV接線示意

當(dāng)TV二次中性線兩點(diǎn)接地后，故障時(shí)一次電流通過TV二次回路分流，在TV兩接地點(diǎn)中產(chǎn)生壓降ΔU，該壓降與TV二次側(cè)電壓U′a疊加，造成保護(hù)裝置處電壓中性點(diǎn)電位發(fā)生偏移，如圖4所示。

圖4 TV二次中性線兩點(diǎn)接地示意

當(dāng)保護(hù)裝置采集到的零序電壓 3U0與零序電流3I0相角φ滿足-192°≤φ≤-12°時(shí)，縱聯(lián)零序保護(hù)判為正方向故障，向?qū)?cè)保護(hù)發(fā)出允許跳閘指令。

當(dāng)TV中性線有兩個(gè)接地點(diǎn)時(shí)，以A相為例，保護(hù)裝置采到的電壓為Ua=U′a+ΔU，其中ΔU為TV兩點(diǎn)接地時(shí)系統(tǒng)發(fā)生故障情況下二次回路中性線上產(chǎn)生的偏移電壓。由于系統(tǒng)接地故障時(shí)接地阻抗具有不確定性，可能表現(xiàn)為感性或者容性，因此ΔU同樣可能表現(xiàn)為感性或者容性。如果現(xiàn)場(chǎng)TV二次回路中性線兩點(diǎn)接地時(shí)的感應(yīng)電壓較大，則ΔU還應(yīng)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)二次回路的感應(yīng)電壓。TV中性線有兩個(gè)接地點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)電壓如圖5所示。

圖5 TV中性線有兩個(gè)接地點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)電壓

2.2 TV中性線偏移電壓對(duì)縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作影響分析

2.2.1 TV中性線偏移電壓為容性時(shí)的分析

假設(shè)ΔU表現(xiàn)為容性，則當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生A相接地故障時(shí)，視TV二次回路兩接地點(diǎn)接地位置的不同，其中性線偏移電壓ΔU可能超前A相故障前電壓60°～80°，也可能滯后A相故障前電壓100°～120°。如圖6所示為ΔU超前A相故障前電壓60°和80°的相量分析，圖中：UA為故障后的A相電壓；U′A、U′B、U′C為疊加中性線偏移電壓后裝置采集到的A相、B相、C相電壓；3U0為裝置自產(chǎn)零序電壓；3I0為自產(chǎn)零序電流，若忽略系統(tǒng)負(fù)荷電流，可近似認(rèn)為3I0相位與ΔU相位相同。

從圖6中可以看出：若不考慮TV二次兩點(diǎn)接地時(shí)感應(yīng)電壓對(duì)保護(hù)用電壓的疊加作用，當(dāng)故障相電壓幅值下降較大，3U0相位將超前3I0相位，如圖6（a）所示，此時(shí)保護(hù)裝置零序功率方向元件將可能判為反方向故障；而當(dāng)故障相電壓幅值下降較小，3U0相位將滯后3I0相位，如圖6（b）所示，此時(shí)保護(hù)裝置零序功率方向元件將可能判為正方向故障。

圖6 ΔU超前A相故障前電壓60°和80°相量分析

若考慮TV二次兩點(diǎn)接地時(shí)感應(yīng)電壓對(duì)保護(hù)用電壓的疊加作用，則ΔU將更加具有不確定性。當(dāng)TV二次電纜附近有高壓電纜或周圍電纜有大電流時(shí)，TV二次電纜在兩接地點(diǎn)處將產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓疊加到保護(hù)裝置處，使得保護(hù)裝置采集到的TV二次電壓的幅值、相位更加不確定。若此時(shí)線路發(fā)生接地故障，則保護(hù)裝置的零序功率方向元件極有可能誤判。

如圖7所示為TV二次中性線偏移電壓ΔU滯后A相故障前電壓100°和120°的相量分析，保護(hù)裝置零序功率方向判別也將具有不確定性。

圖7 ΔU滯后A相故障前電壓100°和120°相量分析

2.2.2 TV中性線偏移電壓為感性時(shí)的分析

假設(shè)ΔU表現(xiàn)為感性，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生A相接地故障，TV二次中性線偏移電壓ΔU可能滯后A相故障前電壓60°～80°，也有可能超前A相故障前電壓100°～120°。如圖8所示為ΔU滯后A相故障前電壓60°和80°的相量分析，如圖9所示為ΔU超前A相故障前電壓100°和120°的相量分析。TV中性線偏移電壓為感性時(shí)的分析與TV中性線偏移電壓為容性時(shí)的分析類似。

圖8 ΔU超前A相故障前電壓60°和80°相量分析

圖9 ΔU滯后A相故障前電壓100°和120°相量分析

3 結(jié)語

在分析兩起由TV二次回路多點(diǎn)接地引起縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)作案例的基礎(chǔ)上，研究了縱聯(lián)保護(hù)誤動(dòng)的機(jī)理。當(dāng)TV二次回路存在多個(gè)接地點(diǎn)時(shí)，接地故障時(shí)TV兩接地點(diǎn)間的偏壓電壓是造成縱聯(lián)零序、縱聯(lián)距離保護(hù)不正確動(dòng)作的根本原因，當(dāng)TV二次回路存在多個(gè)接地點(diǎn)時(shí)，方向元件極有可能誤判，導(dǎo)致保護(hù)不正確動(dòng)作?，F(xiàn)場(chǎng)TV二次回路應(yīng)嚴(yán)格按照《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，防止多點(diǎn)接地。

［1］國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［2］國家電網(wǎng)公司人力資源部.二次回路［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［3］趙曼勇，舒雙焰，趙有鋮.高壓電網(wǎng)防護(hù)保護(hù)死區(qū)電流互感器保護(hù)繞組的配置及反措［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（5）：132-134.

［4］DL／T 866—2004 電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則［S］.

［5］袁季修，盛和樂，吳聚業(yè).保護(hù)用電流互感器應(yīng)用指南［M］.北京：中國電力出版社，2004.

Pilot Protection Malfunction Analysis Caused by TV Secondary Circuit Multi-point Earthing

ZHANG Guohui，WANG Xin，WANG Jun，ZHAO Binchao，HUANG Bingqing
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

The mechanism of the pilot protection malfunction is studied based on the analysis of two pilot protection malfunctions caused by TV secondary circuit multi-point earthing.Offset voltage characteristics of the secondary circuit neutral line is analyzed when there are several ground points in the TV secondary circuit，and it is find that the cause of incorrect action of pilot protection is the direction element misjudgment.

TV secondary circuit；multi-point earthing；pilot protection malfunction；mechanism analysis

TM77

A

1007－9904（2017）01－0032－04

2016-08-02

張國輝（1977），男，高級(jí)工程師 ，從事繼電保護(hù)相關(guān)工作。