趙曉東，李 鋒，曹飛翔，付雷雷

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司宿州供電公司，安徽 宿州 234000)

0 引 言

繼電保護(hù)裝置作為電力系統(tǒng)密不可分的一部分，起著保障電力設(shè)備安全和防止電力系統(tǒng)大面積停電的最基本、最重要、最有效的技術(shù)手段[1-4]。繼電保護(hù)裝置動(dòng)作行為分析對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行起著非常重要的作用[5-9]。

2021年7月31日，110 kV白云變電站110 kV黑白783線路電壓互感器發(fā)生爆炸。該線路電壓互感器接于黑白783線A相，爆炸后電壓互感器引線在振蕩過程中先后與黑白783線B相以及相鄰間隔110 kV白云785線C相發(fā)生接觸，造成220 kV黑土變電站1號(hào)主變壓器中后備保護(hù)動(dòng)作，跳開主變壓器中壓側(cè)斷路器，同時(shí)該站110 kV黑白783線線路保護(hù)距離 Ⅱ 段、零序 Ⅱ 段保護(hù)動(dòng)作，斷路器重合閘不成功。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查看及保護(hù)裝置的動(dòng)作情況，產(chǎn)生以下兩點(diǎn)疑問：

1)220 kV黑土變電站內(nèi)，主變壓器保護(hù)中壓側(cè)過流Ⅰ段1時(shí)限定值為0.6 s，線路保護(hù)Ⅱ段定值為0.3 s，而主變壓器及線路保護(hù)裝置均顯示大于900 ms動(dòng)作；根據(jù)保護(hù)裝置定值配合，應(yīng)該線路保護(hù)先動(dòng)作，而此次故障主變壓器保護(hù)卻先于線路保護(hù)動(dòng)作。

2)110 kV白云變電站內(nèi)，一次故障點(diǎn)為A相線路電壓互感器爆炸，而該站內(nèi)動(dòng)作的兩套線路保護(hù)卻只顯示故障相為C相，故障錄波中僅有C相故障電流。

鑒于故障的特殊性，下面通過查閱保護(hù)故障波形，結(jié)合一次設(shè)備故障動(dòng)作情況，對(duì)此次多套保護(hù)動(dòng)作行為進(jìn)行了深入的分析。

1 保護(hù)動(dòng)作情況

保護(hù)動(dòng)作后，檢查220 kV黑土變電站主變壓器保護(hù)裝置，兩套保護(hù)裝置均發(fā)“AB相Ⅱ側(cè)過流T11”動(dòng)作，即中壓側(cè)過流Ⅰ段1時(shí)限動(dòng)作。同時(shí)對(duì)相關(guān)變電站各間隔保護(hù)裝置進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)220 kV黑土變電站黑白783線110 kV 線路保護(hù)動(dòng)作，110 kV白云變電站黑白783線線路保護(hù)、白云785線線路保護(hù)動(dòng)作，相關(guān)間隔示意如圖1所示。此次故障期間故障類型轉(zhuǎn)換及保護(hù)動(dòng)作時(shí)序圖如圖2所示。

圖1 故障相關(guān)變電站及間隔分布

圖2 故障類型轉(zhuǎn)換及保護(hù)動(dòng)作時(shí)序

1)220 kV黑土變電站

1號(hào)主變壓器保護(hù)：在5:55:34.056時(shí)220 kV黑土變電站1號(hào)主變壓器中壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)；相對(duì)時(shí)間930 ms過流 Ⅰ 段1時(shí)限動(dòng)作，跳開701斷路器。

110 kV黑白783線線路保護(hù)：在5:55:34.054時(shí)783斷路器保護(hù)裝置啟動(dòng)；相對(duì)時(shí)間990 ms零序過流Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作；相對(duì)時(shí)間999 ms距離Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作,跳開783斷路器；相對(duì)時(shí)間2042 ms重合閘動(dòng)作出口，783斷路器重合；相對(duì)時(shí)間2251 ms距離加速保護(hù)動(dòng)作，再次跳開783斷路器。

2)110 kV白云變電站

黑白783線線路保護(hù)：在5:55:34.059時(shí)保護(hù)啟動(dòng)；相對(duì)時(shí)間636 ms接地距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，故障相C相故障電流為17.88 A。

白云785線線路保護(hù)：在5:55:34.054時(shí)保護(hù)啟動(dòng)；相對(duì)時(shí)間629 ms分相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)三跳出口，故障相C相差動(dòng)電流為18.173 A；相對(duì)時(shí)間641 ms，接地距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作。

2 保護(hù)動(dòng)作邏輯分析

2.1 220 kV黑土變電站號(hào)保護(hù)先于線路保護(hù)動(dòng)作

2.1.1 1號(hào)主變壓器保護(hù)動(dòng)作邏輯

在5:55:34.056時(shí)，根據(jù)波形分析系統(tǒng)有A相接地故障，1號(hào)主變壓器中壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)，故障隨后消失。但保護(hù)啟動(dòng)后展寬5 s進(jìn)入故障邏輯計(jì)算，因該裝置無法提取電子版波形，其保護(hù)啟動(dòng)至再次感受到故障電流的時(shí)間可參考黑白783線線路保護(hù)，根據(jù)分析該時(shí)間間隔為319 ms ，如圖3所示。

圖3 黑白783線線路保護(hù)啟動(dòng)至故障開始時(shí)間分布

故障開始后，其故障電流二次值為25 A(定值為9.73 A)，折算到一次電流值為6000 A(CT變比為1200/5)，故障持續(xù)至保護(hù)發(fā)出跳閘命令的時(shí)間為612 ms，故障開始后1號(hào)主變壓器故障波形如圖4所示。

圖4 1號(hào)故障波形

2.1.2 黑白783線線路保護(hù)動(dòng)作邏輯

在5:5:34.054時(shí)，線路發(fā)生A相接地故障，線路保護(hù)裝置保護(hù)啟動(dòng)。保護(hù)啟動(dòng)后并展寬5 s進(jìn)入故障邏輯計(jì)算。由故障錄波波形可知其保護(hù)啟動(dòng)至再次感受到故障電流的時(shí)間為319 ms ，如圖3所示。

由上述分析可知，主變壓器中后備保護(hù)從啟動(dòng)到故障跳閘的總時(shí)間為931 ms左右。

保護(hù)裝置啟動(dòng)319 ms后，線路發(fā)生AB兩相接地短路故障。此時(shí)零序電流為12 A(Ⅰ段定值為18.58 A,Ⅱ段定值為4.5 A，Ⅱ段時(shí)間為0.3 s)，折算到一次電流值為2.88 kA(CT變比為1200/5)；故障持續(xù)時(shí)間為285 ms，小于定值0.3 s。此時(shí)故障類型發(fā)生改變，由AB相間接地短路發(fā)展為三相短路故障，零序電流消失。因零序電流持續(xù)時(shí)間小于定值時(shí)限(0.3 s),因此零序過流Ⅱ段保護(hù)不動(dòng)作，零序電流保護(hù)動(dòng)作元件返回，其波形如圖5所示。

圖5 黑白783線線路第一次故障時(shí)波形

三相短路故障持續(xù)82 ms后，故障類型再次轉(zhuǎn)變?yōu)锳B兩相接地短路故障，其故障波形分別如圖6、圖7所示。此時(shí)零序電流再次出現(xiàn)，零序電流值為14.5 A(Ⅰ 段定值為18.58 A,Ⅱ段定值為4.5 A)，折算到一次電流值為3.48 kA(CT變比為1200/5)，持續(xù)時(shí)間為342 ms(零序過流Ⅱ時(shí)限為0.3 s)，零序過流Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作,線路斷路器跳開。相對(duì)時(shí)間2042 ms重合閘動(dòng)作出口，線路斷路器重合，此時(shí)故障依然存在，110 kV清泉變電站清泉風(fēng)電通過黑清 Ⅰ 線依然向故障點(diǎn)提供故障電流。相對(duì)時(shí)間251 ms，距離加速保護(hù)動(dòng)作，再次跳開線路斷路器。

圖6 黑白783線三相故障波形

圖7 黑白783線AB兩相故障波形

由上述分析可知線路保護(hù)裝置啟動(dòng)到零序過流Ⅱ 段保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間為992 ms(319 ms+25 ms+82 ms +306 ms)。

線路保護(hù)裝置的距離Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作邏輯和零序過流Ⅱ段類似。根據(jù)保護(hù)裝置原理，保護(hù)啟動(dòng)后160 ms以內(nèi)沒動(dòng)作需要振蕩閉鎖元件開放；然后，兩相故障通過不對(duì)稱故障振蕩閉鎖元件開放，但是沒到300 ms故障又轉(zhuǎn)換成三相故障，不對(duì)稱故障元件開放收回，又轉(zhuǎn)成對(duì)稱故障元件開放。大概4個(gè)多周期又轉(zhuǎn)成兩相故障，又需要不對(duì)稱故障元件開放。后面連續(xù)滿足定值300 ms，距離保護(hù)動(dòng)作。

2.1.3 小 結(jié)

根據(jù)波形分析，此次故障比較特殊，中間經(jīng)過多次的故障類型改變：首先是A相接地后消失，然后是AB相接地短路，再后來是三相短路，最后轉(zhuǎn)為兩相短路接地至故障切除。此種特殊故障情況下主變壓器中后備保護(hù) Ⅰ 段1時(shí)限、線路零序過流 Ⅱ 段保護(hù)、線路距離 Ⅱ 段保護(hù)最終動(dòng)作時(shí)間在900 ms以后。

2.2 110 kV白云變電站783線C相產(chǎn)生電流

2.2.1 保護(hù)動(dòng)作邏輯分析

故障時(shí)黑白783線與白云785線波形對(duì)比如圖8、圖9 所示。

圖8 110 kV白云變電站783線A相與785線C相故障時(shí)783線路故障波形

圖9 110 kV白云變電站783線A相與785線C相故障時(shí)785線路故障波形

110 kV白云變電站黑白783線線路保護(hù)啟動(dòng)后601 ms開始產(chǎn)生C相故障電流，電流值為17.88 A,持續(xù)82 ms后跳開斷路器，C相電流消失。

110 kV白云變電站黑白783線的相鄰間隔白云785線線路保護(hù)啟動(dòng)后601 ms開始產(chǎn)生C相故障電流，即為差流，差值值為18.173 A,持續(xù)82 ms后跳開故障間隔斷路器，C相電流消失。因該差流值與故障間隔線路保護(hù)C相故障電流17.88 A幾乎一致，因此判斷白云785線沒有向系統(tǒng)輸送電，為負(fù)荷側(cè)。

220 kV黑土變電站側(cè)黑白783線線路保護(hù)在5:55:34.054啟動(dòng)，啟動(dòng)后600.7 ms開始產(chǎn)生C相故障電流，電流值為18 A,持續(xù)81.6 ms后跳開故障間隔斷路器，C相電流消失，其故障波形如圖10所示。

圖10 220 kV黑土變電站側(cè)黑白783線路故障波形

2.2.2 小 結(jié)

110 kV白云變電站黑白783線線路保護(hù)、相鄰白云785線線路保護(hù)以及220 kV黑土變電站側(cè)黑白783線線路保護(hù)C相故障電流同時(shí)產(chǎn)生，且大小一致、持續(xù)時(shí)間相同，可以推斷出110 kV白云變電站側(cè)黑白783線 A相線路電壓互感器引線與相鄰白云785間隔 C相接線放電短路。并且由在此期間的220 kV黑土變電站側(cè)黑白783線線路保護(hù)波形可知AB相已短路，對(duì)于220 kV黑土變電站來說，出現(xiàn)了短時(shí)間的ABC三相短路。此時(shí)，220 kV黑土變電站為電源側(cè)，110 kV白云變電站為負(fù)荷側(cè)，其故障電流如圖11所示。

圖11 白云變電站783線A相與785線C相故障時(shí)電流分布

由圖11可知，因故障電流跨過白云變電站783線 AB兩相電流互感器，因此該間隔只有C相有故障電流，且該電流同白云785線線路保護(hù)的差動(dòng)保護(hù)差流大小一致,與220 kV黑土變電站側(cè)黑白783線 C相電流大小一致。

3 結(jié) 論

通過上述分析，此次故障在動(dòng)作時(shí)間上，雖然看似220 kV變電站1號(hào)主變壓器中后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間早于線路保護(hù)裝置零序過流Ⅱ段保護(hù)和距離Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不合理，但實(shí)則為中間經(jīng)過故障多次轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的。主變壓器保護(hù)電流元件采用相過流元件，中間無間斷；線路保護(hù)的零序過流元件發(fā)生間斷導(dǎo)致重新進(jìn)行故障判斷；距離Ⅱ段保護(hù)同樣由于間斷導(dǎo)致重新進(jìn)行故障判斷，產(chǎn)生一段延時(shí)。鑒于故障的特殊性，可以判定此次故障期間主變壓器保護(hù)和線路保護(hù)間的定值配合并無問題，保護(hù)裝置均為正確動(dòng)作。