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        一起非典型相間短路故障分析

        2021-02-26 08:19:44劉京輝周立輝孫龍印王玉嵐馬麗萍
        農(nóng)村電氣化 2021年2期
        關鍵詞:動作故障

        劉京輝,周立輝,孫龍印,王玉嵐,馬麗萍

        (國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司,浙江 杭州 311232)

        500 kV鳳儀變電站某220 kV線路,因覆冰引起斷股導致線路相間故障保護跳閘。線路斷股引起的相間放電直至故障通道全部接通是一個短暫的持續(xù)過程,屬于非典型性相間短路故障,電弧引起的短路類似于經(jīng)過渡電阻短路,電氣特性現(xiàn)象復雜,這給保護的可靠動作切除故障帶來很大的考驗,本文深入介紹了分析了整個故障過程和保護動作行為。

        1 事故簡介

        2018年1月27日,500 kV鳳儀變電站220 kV線路儀安4325線BC相間故障,第一套線路保護高頻距離保護動作;第二套線路保護高頻方向保護動作,重合閘閉鎖,ABC三相跳閘,故障電流5.01 A,兩側繼電保護裝置動作行為正確。鳳儀變側保護故障測距約26 km,豐安變側保護故障測距約7 km。鳳儀側TA變比為1600∶1?,F(xiàn)場天氣:雨夾雪。

        25 min后,鳳儀側強送儀安4325線合閘成功。875 ms后,儀安4325線第一套保護高頻保護手合加速,距離手合出口,重合閘閉鎖,線路ABC三相跳閘。儀安4325線第二套保護僅有啟動信息,無相關保護動作信號。

        2 事故過程

        2.1 第一次故障

        14:18:17.235,儀安4325 BC相間故障,第一、第二套線路高頻保護均可靠正確動作,重合閘被閉鎖,開關三相跳閘。

        該線路全長為36.15 km,2套線路保護距離I段保護范圍按70%考慮,距離I段保護范圍為25.31 km,第1套保護故障測距26.25 km,第2套保護故障測距25.1 km,故障范圍均臨近距離I段保護范圍,同時考慮到過渡電阻影響,可以基本判斷2套保護測距基本正確,保護動作行為正確。

        表1 儀安4325線路保護配置

        2.2 第二次故障

        2.2.1 第一階段

        根據(jù)RCS901A保護裝置記錄,15:14:03.918開關三相強送成功,線路跳閘位置由0變?yōu)?,如圖2所示。

        2.2.2 第二階段

        867 ms前開關三相合位,如圖2所示。867 ms后,15:14:04.785,南瑞繼保RCS901保護啟動,15:14:04第1套高頻保護手合加速,距離手合出口,如圖1所示;260 ms后,15:14:05.045 ABC三相跳閘,強送失敗。

        圖1 第一次BC相間故障波形圖

        3 強送失敗保護動作分析

        強送合閘后約867 ms線路再次發(fā)生BC相間故障,第一套線路保護CSL101手合后加速動作,開關三相跳閘,線路強送失敗,而第二套線路保護RCS901保護未動作出口。

        3.1 第一套保護

        CSL101保護,當收到對側高頻信號,且本側開關在跳閘位置(TWJ=1),則延時160 ms發(fā)信,同時,當檢測到開關跳位開入5 s以上且開關無流,保護啟動后立即投入手合加速功能,在此過程中程序將循環(huán)計算六種相別阻抗,任一種在Ⅲ段偏移特性動作區(qū)內(nèi)即出口永跳,手合加速的保持時間為裝置定值中整組返回時間(4 s),手合加速不利用通道。

        四方保護啟動時刻約在15:14:04.793,15:14:04.840(47 ms后)高頻保護手合加速出口,北京四方保護正確出口動作。

        3.2 第二套保護

        867 ms前,電流變化量低定值啟動發(fā)信。RCS901A保護啟動元件中配置了電流變化量低定值啟動元件,用以啟動閉鎖式方向保護的發(fā)信,其判據(jù)為:

        式中:ΔIT為內(nèi)部計算的浮動門檻,啟動前斷路器分位,可近似按0考慮;ΔIZD為整定的電流變化量啟動值。

        表2 手合于故障保護動作信息

        電流變化量低定值啟動元件動作仍進入正常運行程序,低定值啟動后不會觸發(fā)裝置錄波,因此本次手合初期的波形裝置未有記錄。

        867 ms前即15:14:03.918—15:14:04.785期間,鳳儀側開關短時強送成功,根據(jù)表2:15:14:04:00保護收信0→1分析,強送初期鳳儀側“故障電流”電流變化量滿足RCS901A的低定值啟動條件,造成鳳儀側保護遠方啟信豐安側,本側收信。

        由于豐安側斷路器三相分位,保護遠方啟信,則延時100 ms發(fā)信,100 ms進入10 s遠方啟信回路,持續(xù)發(fā)信10 s。

        867 ms后,因本側保護一直收到對側閉鎖信號,所以故障發(fā)生時縱聯(lián)保護被閉鎖,故保護僅啟動,縱聯(lián)保護不動作。

        3.3 南瑞繼保手合加速未動作分析

        南瑞繼保RCS901A手合加速邏輯為,裝置線路三相無流,TWJ動作,保護認為線路不在運行,開放準備手合于故障400 ms。本次故障強送后867 ms,線路再次故障,但因保護手合加速程序已退出,故手合加速未動作,南瑞繼保保護裝置動作行為符合裝置原理設計。

        4 非典型故障分析

        4.1 電弧相間短路

        儀安4325線在鳳儀側強送時,因距鳳儀側約26 km處線路C相斷股,強送初始時刻為BC相間經(jīng)電弧大過渡電阻間歇性放電短路,867 ms后BC相間電弧放電通道完全建立,故障重現(xiàn),如圖2所示。

        從保護裝置動作行為分析,強送初始BC相間經(jīng)電弧大過渡電阻短路,故障電流較小尚未達到兩套保護啟動定值,后故障繼續(xù)發(fā)展,達到保護裝置啟動和動作條件,四方保護由手合后加速保護動作跳開三相開關。

        圖2 C相斷股引起電弧相間短路相間

        4.2 距離I段未動作

        4.2.1 經(jīng)過渡電阻短路

        過渡電阻Rg一般為純電阻。假設流過Rg的電流為Ik,流過保護的電流為I,則繼電器的測量阻抗為:

        式中:ZR為過渡電阻在繼電器測量阻抗中引起的附加阻抗,其是由過渡電阻上的壓降產(chǎn)生的;Zk為測量阻抗。

        4.2.2 過渡電阻對阻抗繼電器影響

        以單側電源為例:

        Ik與I大小相同,但相位不一定相同,設Ik超前I的角度為θ,對于方向阻抗繼電器:

        θ>0附加阻抗Za呈阻感性;θ=0附加阻抗Za是純阻性。影響:區(qū)內(nèi)拒動。

        θ<0附加阻抗Za呈阻容性。影響:區(qū)外誤動(超越),正向出口短路拒動(死區(qū))。

        由圖1第一次BC相間故障波形圖做如下向量圖3,θ=UBCIBC≈ 45°,呈阻感性。

        4.2.3 距離I段未動作分析

        儀安4325線全長36.15 km,距離I段保護范圍按70%考慮,距離I段保護范圍為25.31 km,同時考慮該線路距離相對較短,短線路阻抗繼電器動作特性圓很小,且電弧短路呈阻感性特征,第1套保護故障測距26.25 km,第2套保護故障測距25.1 km,故障測距雖在距離I段保護范圍內(nèi),綜合考慮阻感性過渡電阻及測量誤差等因素影響,距離保護I段不動作,保護動作行為正確。

        5 結束語

        電網(wǎng)系統(tǒng)以單相接地故障為主,相間故障發(fā)生概率相對較小,但對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行破壞性極大,特別是極端、非典型性故障,如本次寒冷天氣導致線路覆冰引起斷股異常,過程特殊,現(xiàn)象復雜,給事故后的分析判斷帶來很大挑戰(zhàn)。提高事故異常數(shù)據(jù)分析、總結能力,全面綜合分析事故跳閘信息,是正確處置事故,確保電網(wǎng)及時恢復安全穩(wěn)定運行的重要保障。

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