武博

（大唐山西發(fā)電有限公司太原第二熱電廠電氣工程部，山西 太原 030041）

目前電網(wǎng)系統(tǒng)中220 kV 線路保護(hù)普遍采用保護(hù)裝置雙重化的配置，此種方式提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，但是也增加了兩套保護(hù)裝置間原理和相關(guān)接線的配合，而繼電保護(hù)人員往往針對(duì)單套保護(hù)裝置的模擬試驗(yàn)較多，而對(duì)于兩套保護(hù)裝置間的配合研究較缺乏，本文以線路保護(hù)單相接地故障為例，分析了兩套保護(hù)之間的相關(guān)配合。

1 瞬時(shí)性單相接地故障重合閘

電力系統(tǒng)中，輸電線路的故障多數(shù)為瞬時(shí)性故障，大約占到故障總數(shù)的80%及以上，而這些瞬時(shí)性的故障普遍由雷電襲擊造成絕緣子表面的閃絡(luò)、樹枝觸碰引起線路的放電、絕緣子表面的污垢或者鳥類停留導(dǎo)線等原因造成的瞬間單相接地。此時(shí)，保護(hù)裝置只需將故障相別兩側(cè)斷路器斷開，致使故障相失電，從而切斷故障電流，然后再對(duì)故障相進(jìn)行重合閘，由于非故障相在保護(hù)動(dòng)作到重合閘周期內(nèi)正常運(yùn)行，單相重合閘后重新恢復(fù)系統(tǒng)三相運(yùn)行狀態(tài)，此種方式縮短了保護(hù)動(dòng)作的停電時(shí)間，縮小了停電范圍，大大提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

由于線路瞬間單相故障，致使保護(hù)裝置動(dòng)作跳開故障相后，非故障的兩相正常運(yùn)行，通過相間以及對(duì)地電容向故障點(diǎn)提供電容電流。與此同時(shí)，非故障相通過相間互感在故障相產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，從而對(duì)故障點(diǎn)提供了感性電流，由此所產(chǎn)生的容性和感性分量共同向故障點(diǎn)提供的電流稱為潛供電流。由于潛供電流的存在，增加了故障點(diǎn)熄弧的時(shí)間，所以單相故障重合閘時(shí)間需大于潛供電流熄弧的時(shí)間，同時(shí)小于非全相保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間，重合閘才能順利成功。

隨著微機(jī)保護(hù)裝置的廣泛運(yùn)用，兩套保護(hù)裝置間的誤差逐漸減小，對(duì)于重合閘保護(hù)，兩套保護(hù)裝置是可以同時(shí)投入運(yùn)行，尤其對(duì)于單相重合閘方式，兩套保護(hù)裝置可以不設(shè)置閉鎖回路。案例一：山西某風(fēng)電場(chǎng)220 kV 線路保護(hù)A、B柜分別配置為保護(hù)A 柜北京四方CSC-103 線路保護(hù)裝置加JZF-12F 操作箱、B 柜南瑞PCS-931 線路保護(hù)裝置，兩套保護(hù)裝置均設(shè)置重合閘方式為單相重合閘，重合閘設(shè)置時(shí)間為0.5 s，非全相保護(hù)設(shè)置時(shí)間為2 s。某日雷雨天氣，線路A相突然遭受雷擊，保護(hù)動(dòng)作，斷開A 相開關(guān)后，重合A 相開關(guān)成功，線路重新恢復(fù)運(yùn)行。檢查保護(hù)A 柜保護(hù)裝置動(dòng)作記錄為14 ms 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳A 相，71 ms 單跳啟動(dòng)重合閘，571 ms 重合閘動(dòng)作；保護(hù)B 柜動(dòng)作記錄為15 ms 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳A 相，560 ms 重合閘動(dòng)作。兩套保護(hù)裝置雖然重合閘均動(dòng)作，但是開關(guān)只重合一次，不會(huì)重復(fù)合閘。因?yàn)閷?duì)于被保護(hù)的線路，如果發(fā)生瞬時(shí)單相故障時(shí)，對(duì)于微機(jī)保護(hù)而言，兩套保護(hù)動(dòng)作到重合閘的時(shí)間非常接近，基本小于合閘指令發(fā)出到機(jī)構(gòu)完成合閘的時(shí)間。即使兩套保護(hù)裝置重合閘時(shí)間存在很大的差異，斷路器都不可能出現(xiàn)重復(fù)合閘，因?yàn)槿绻惶妆Ｗo(hù)裝置先發(fā)出重合指令并且開關(guān)重合成功后，第二套保護(hù)裝置再發(fā)出重合指令，此時(shí)斷路器的輔助接點(diǎn)斷開，從而重合閘控制回路斷開，所以此時(shí)即使再有合閘指令，斷路器不會(huì)發(fā)生再次合閘的情況。

2 單相接地故障重合閘失敗保護(hù)永跳的配合

若被保護(hù)線路發(fā)生單相故障，保護(hù)裝置動(dòng)作斷開故障相斷路器后，故障相仍然有電流存在，此時(shí)兩套保護(hù)裝置均不應(yīng)該發(fā)出重合閘指令，而是應(yīng)該將斷路器三相迅速斷開。

例如案例一中被保護(hù)線路雙側(cè)斷路器，本側(cè)斷路器單相跳閘切斷故障電流重合閘成功，而對(duì)側(cè)斷路器單相跳閘后故障電流依然存在，斷路器未重合直接三相跳閘；對(duì)側(cè)所使用保護(hù)裝置與本側(cè)相同，均為A 柜北京四方CSC-103 線路保護(hù)裝置加JZF-12F 操作箱、B 柜南瑞PCS-931 線路保護(hù)裝置，兩套保護(hù)裝置重合閘方式也與本側(cè)相同，均為單相重合閘，重合閘設(shè)置時(shí)間為0.5 s，非全相保護(hù)設(shè)置時(shí)間為2 s。保護(hù)裝置動(dòng)作記錄分別為：A 柜13 ms 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳A 相，動(dòng)作記錄及出口只有A 相跳閘；B 柜7 ms 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，159 ms 單相跳閘失敗，162 ms 三跳閉鎖重合閘。線路兩側(cè)斷路器相同的保護(hù)配置，定值相同，而在同一故障時(shí)，本側(cè)保護(hù)單相跳閘重合閘成功，而對(duì)側(cè)單相跳閘失敗，最終開關(guān)三相跳閘。繼電保護(hù)人員分析檢查后發(fā)現(xiàn)對(duì)側(cè)線路保護(hù)操作箱至GIS 斷路器匯控柜跳閘回路A 相和C 相接反，導(dǎo)致線路A 相接地故障時(shí)，保護(hù)雖正確選相出口，但實(shí)際A相斷路器未跳而C 相斷路器跳閘，A 相故障未切除，永跳三相。

此故障類型符合單相跳閘失敗情況，保護(hù)A 柜北京四方CSC-103 裝置判斷單相跳閘失敗判據(jù)為：在保護(hù)裝置發(fā)出單相跳閘命令后，若跳閘相無電流，保護(hù)裝置判斷為該相斷開；若跳閘相持續(xù)有電流且電流大于無電流門檻0.1In 時(shí)，保護(hù)裝置判斷為單相跳閘失敗，經(jīng)250 ms 延時(shí)后，保護(hù)發(fā)三跳指令。保護(hù)B 柜南瑞931 裝置判斷單相跳閘失敗判據(jù)為：保護(hù)裝置發(fā)出單相跳閘指令后若跳閘相持續(xù)有電流且電流大于0.06In，保護(hù)裝置判斷為單相跳閘失敗，經(jīng)150 ms 延時(shí)后，保護(hù)發(fā)三跳指令。所以該案例保護(hù)B 柜在A 相斷開后，仍有故障電流，經(jīng)150 ms 后由于故障電流仍然存在，保護(hù)裝置發(fā)三跳指令將開關(guān)三相跳閘，而保護(hù)A 柜由于判斷單相跳閘失敗時(shí)間為250 ms，此時(shí)保護(hù)B 柜已將開關(guān)三相跳開，且保護(hù)裝置收到TWJ 信號(hào)，重合閘在單重方式時(shí)，保護(hù)動(dòng)作三跳，或斷路器斷開三相，重合閘放電，保護(hù)只會(huì)發(fā)出單相跳閘指令且閉鎖重合閘。

由此可見，被保護(hù)線路發(fā)生單相接地故障且斷開相持續(xù)有電流時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)判斷為單相跳閘失敗，若A、B 兩套保護(hù)裝置原理相近，并且計(jì)算單相接地故障時(shí)間相近時(shí)，兩套保護(hù)裝置均應(yīng)發(fā)出單跳失敗，三相跳閘指令；若A、B 兩套保護(hù)裝置原理不同，計(jì)算單相接地故障時(shí)間差異較大時(shí)，其中較快的一套保護(hù)裝置應(yīng)能發(fā)出單跳失敗，三相跳閘指令，而另一套保護(hù)裝置在收到開關(guān)三相TWJ 反饋后，閉鎖重合閘，保護(hù)動(dòng)作結(jié)束。所以，當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生單相故障并且判斷單相跳閘失敗時(shí)，兩套保護(hù)裝置不會(huì)發(fā)出重合閘指令，而是單相跳閘后，迅速發(fā)出三跳指令，閉鎖重合閘，將開關(guān)三相斷開。

3 永久性單相接地故障時(shí)重合閘后加速動(dòng)作的配合

若被保護(hù)線路發(fā)生永久性單相接地故障，保護(hù)裝置在第一次斷開故障相時(shí)，故障電流切除，滿足重合閘條件，斷路器在重合閘后，故障電流又重新存在，此時(shí)保護(hù)裝置應(yīng)快速斷開斷路器三相且閉鎖重合閘。

依舊以北京四方CSC-103線路保護(hù)裝置及南瑞PCS-931線路保護(hù)裝置為例，可以將此故障類型分成兩步，首先當(dāng)發(fā)生接地故障至斷路器重合階段，此過程可等同于情況一瞬時(shí)性單相接地故障重合閘類型，由以上結(jié)論可得，在此過程中不管任何情況下斷路器都只會(huì)重合一次，不會(huì)重復(fù)合閘；接下來重合于故障保護(hù)后加速永跳階段：北京四方CSC-103線路保護(hù)在單重方式下，若重合于故障，零序加速動(dòng)作經(jīng)60 ms 延時(shí)保護(hù)永跳出口；南瑞PCS-931 線路保護(hù)單相重合閘時(shí)，若重合于故障零序過流加速延時(shí)60 ms 永跳出口；兩套保護(hù)裝置原理及保護(hù)出口時(shí)間基本相同，若在上一階段兩套裝置重合閘出口時(shí)間相近，此時(shí)兩套保護(hù)裝置均應(yīng)加速永跳出口；若在上一階段兩套裝置重合閘出口時(shí)間差距較大，較快重合閘動(dòng)作的裝置后加速永跳出口，而另一套保護(hù)裝置收到三相TWJ 信號(hào)，閉鎖本裝置重合閘出口，斷路器不會(huì)重合閘。所以線路發(fā)生永久性單相接地故障時(shí)，被保護(hù)斷路器斷開故障相后，只會(huì)重合一次，由于重合于故障，保護(hù)后加速永跳出口，斷路器三相斷開保護(hù)動(dòng)作結(jié)束。

4 結(jié)論

隨著微機(jī)保護(hù)的廣泛應(yīng)用，保護(hù)精度高、誤差小，220 kV線路保護(hù)雙重化配置中，兩套保護(hù)裝置均可以投入單相重合閘功能，且兩套重合閘保護(hù)之間不需要設(shè)置閉鎖。線路中發(fā)生任何形式的單相接地故障時(shí)，兩套保護(hù)裝置在重合閘出口配合時(shí)，斷路器最多只會(huì)重合一次，不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)合閘，使故障擴(kuò)大并且損壞斷路器的現(xiàn)象。