蔡振華 陳志光 張弛

廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600

1. 保護(hù)動作情況簡述

2009年2月13日22:30，某線路（該線路一側(cè)為電廠，一側(cè)為變電站）A相發(fā)生經(jīng)高阻接地故障。線路主I保護(hù)兩側(cè)高頻零序保護(hù)正確動作跳開A相，并重合成功，主II保護(hù)兩側(cè)高頻零序保護(hù)保護(hù)均有停信而無動作出口。

2. 保護(hù)動作情況示意圖

圖1 保護(hù)動作情況示意圖

3. 主二保護(hù)動作情況分析

3.1 主二保護(hù)中高頻保護(hù)的動作過程

圖2 主二保護(hù)動作邏輯圖

如圖2，發(fā)生高阻接地故障時，該裝置的高頻保護(hù)動作過程是：高頻保護(hù)啟動，選相元件判為單相故障，先投入接地距離元件，因是高阻接地故障，接地距離元件未動作，則再投入零序方向元件。零序方向保護(hù)投入后，有50ms內(nèi)保護(hù)動作出口和50ms內(nèi)保護(hù)未動作出口兩種情況。

（1）50ms內(nèi)有動作出口

零序保護(hù)投入后，判為正方向故障后本側(cè)停信，保護(hù)元件不再判斷方向，始終保持停信狀態(tài)，等待對側(cè)停信，當(dāng)兩側(cè)均停信時間達(dá)到8ms時保護(hù)出口。

（2）50ms內(nèi)無動作出口

若50ms內(nèi)保護(hù)未出口，則重新發(fā)信，再投入零序方向元件來判斷方向（每隔10ms判斷一次），判為正方向時停信，兩側(cè)均停信時間達(dá)到20ms時保護(hù)出口。若方向元件從反方向動作轉(zhuǎn)為正方向動作將帶60ms延時（40ms延時停信，再加20ms延時確認(rèn)兩側(cè)都停信才跳閘）。

（3）50ms內(nèi)保護(hù)無動作出口則取消停信的原因

裝置設(shè)計為50ms內(nèi)保護(hù)未出口將取消停信，繼續(xù)發(fā)信，這是為防止發(fā)生功率倒向時保護(hù)誤動，具體分析如下。

a. 功率倒向及其對保護(hù)動作的影響

功率倒向是指平行雙回線或環(huán)網(wǎng)中其中一回線路出現(xiàn)內(nèi)部故障時，若兩側(cè)開關(guān)切除不同時,故障被切除期間另一回非故障線路的故障電流可能出現(xiàn)倒換方向的現(xiàn)象。如圖3，假如開始時短路功率由A站流向B站（虛線箭頭方向）,如斷路器DL2比斷路器DL1先跳閘，在DL2跳閘后DL1跳閘前這段時間內(nèi)，乙線的功率發(fā)生倒向（實線箭頭方向）。

圖3 功率倒向示意圖

如果發(fā)生功率倒向現(xiàn)象，一側(cè)的短路功率由正方向轉(zhuǎn)為反方向時，保護(hù)的零序方向元件有個判斷時間，從停信狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)信狀態(tài)也需要一段時間，另一側(cè)短路功率由反方向轉(zhuǎn)正方向時，如果發(fā)信狀態(tài)轉(zhuǎn)為停信狀態(tài)速度比較快，會造成兩側(cè)出現(xiàn)短時的均處于停信的狀態(tài)，保護(hù)會誤動。

b. 根據(jù)“四統(tǒng)一”設(shè)計的高頻收發(fā)信機所采取的防誤動措施

為防止功率倒向發(fā)生時閉鎖信號中斷導(dǎo)致保護(hù)誤動，以前根據(jù)“四統(tǒng)一”設(shè)計用于高頻閉鎖保護(hù)的收發(fā)信機，在收信延續(xù)時間超過50ms后，當(dāng)一側(cè)的短路功率由反方向轉(zhuǎn)為正方向時，不會立即停信，而是繼續(xù)發(fā)30ms閉鎖信號后才復(fù)歸，來保證方向倒換過程中閉鎖信號不中斷。目前的高頻收發(fā)信機都只單純靠保護(hù)觸發(fā)來收發(fā)信，其他功能均由保護(hù)裝置來實現(xiàn)，

c. 該線路保護(hù)裝置所采取的防誤動措施

該線路保護(hù)裝置對功率倒向可能引發(fā)誤動所采取的措施是：若故障50ms內(nèi)高頻保護(hù)若未出口，則收回停信令，由方向元件重新判斷方向，此后保護(hù)方向元件從反向轉(zhuǎn)為正向動作將帶60ms延時（40ms延時停信，再加20ms延時確認(rèn)兩側(cè)都停信才跳閘）。取50ms為分界時間的原因是對于區(qū)內(nèi)一般性故障，保護(hù)在50ms內(nèi)能出口，若50ms內(nèi)未出口則考慮可能為外部故障；另外，考慮外部故障切除所需時間等因素，功率倒向現(xiàn)象只能在50ms后發(fā)生。

3.2 主二保護(hù)收發(fā)信情況

（1）主二保護(hù)發(fā)信情況

a. 電廠側(cè)

由主二保護(hù)動作報告（圖4）可見，0采樣點時，零序電流發(fā)生突變，可知故障發(fā)生時刻與動作報告上的0采樣點時刻幾乎為同一時刻，故可認(rèn)為：從故障發(fā)生時刻起，12ms后高頻啟動，此時裝置開始發(fā)信，30ms后高頻零序保護(hù)停信，到50ms時高頻保護(hù)一直未出口,因此50ms后裝置取消停信繼續(xù)發(fā)信,77ms后高頻零序保護(hù)停信。

圖4 電廠側(cè)主二保護(hù)動作報告

b. 變電站側(cè)

通過比對采樣點數(shù)據(jù)，保護(hù)動作報告（圖5）中－11采樣點時刻與保護(hù)錄波圖（圖6）故障發(fā)生時刻幾乎為同一時刻，即高頻保護(hù)動作報告上0采樣點時刻滯后故障發(fā)生時刻11*5/3ms=18.4ms（每周波12點采樣，每兩采樣點間隔是5/3ms）。故可認(rèn)為，從故障發(fā)生時刻起，25.4ms后高頻啟動，此時裝置開始發(fā)信，48.4ms后高頻零序保護(hù)停信，68.4ms時裝置取消停信繼續(xù)發(fā)信，96.4ms后高頻零序保護(hù)停信。

圖5 變電站側(cè)主二保護(hù)動作報告

圖6 變電站側(cè)主二保護(hù)電流錄波圖

據(jù)以上分析，畫出電廠側(cè)和變電站側(cè)保護(hù)自身發(fā)信情況示意圖（見圖7、圖8，圖中橫坐標(biāo)0表示故障發(fā)生時刻，下同）。對比兩圖可見變電站側(cè)高頻啟動比電廠側(cè)延遲13.4ms。

（2）主二保護(hù)收信情況（包括接收本側(cè)和對側(cè)的發(fā)信）

圖7 電廠側(cè)保護(hù)自身發(fā)行情況示意圖

圖8 變電站側(cè)保護(hù)自身發(fā)行情況示意圖

由圖7、圖8，可知兩側(cè)主二保護(hù)投入第二次高頻保護(hù)后，在故障被切除前，兩側(cè)均為收信狀態(tài)，主二保護(hù)不會動作出口，故以下主要分析兩側(cè)在第一次高頻保護(hù)投入后，第二次高頻保護(hù)投入前的收信情況。

為更精確推算出兩側(cè)收發(fā)信情況，現(xiàn)調(diào)出線路兩側(cè)收發(fā)信機裝置內(nèi)部的事件報文，如圖9、圖10。

圖9 電廠側(cè)收發(fā)信機事件報文

圖10 變電站側(cè)收發(fā)信機事件報文

a. 電廠側(cè)

電廠側(cè)第一次發(fā)信時間為12ms（相對于故障發(fā)生時刻，見圖7），對應(yīng)事件報文里的第一次啟信時間01:44:07:433（見圖9，略去報文時間前的年、月、日，下同），其收到自發(fā)信號（此時對側(cè)還未開始發(fā)信）的報文時間為01:44:07:437，則電廠側(cè)第一次收信時刻相對故障發(fā)生時刻為16ms。30ms后本側(cè)停信（見圖7），只接收對側(cè)信號，48.4ms時對側(cè)也停信，此時電廠側(cè)收信返回的報文時間為01:44:07:472，相對故障發(fā)生時刻為51ms，同時本側(cè)又開始第二次發(fā)信（報文時間也是01:44:07:472），本側(cè)收到自發(fā)信號（此時對側(cè)還未發(fā)信）的報文時間為01:44:07:476，則電廠側(cè)第二次收信時刻相對故障發(fā)生時刻是55ms。

畫出電廠側(cè)主二保護(hù)收信情況示意圖（見圖11）。

圖11 電廠側(cè)收信（接收本側(cè)與對側(cè)信號）情況示意圖

b. 變電站側(cè)

變電站側(cè)主二第一次發(fā)信時間25.4ms（相對故障發(fā)生時刻，見圖8）對應(yīng)報文里的第一次啟信時間22:38:44:886（見圖10，下同），變電站側(cè)第一次收到電廠側(cè)信號的事件報文時間為22:38:44:880，其相對故障發(fā)生時刻為19.4ms。變電站側(cè)第一次停信時間是48.4ms（見圖8），其對應(yīng)報文里的第一次停信時間22:38:44:910，變電站側(cè)收信返回的時間為22:38:44:916，其相對故障發(fā)生時刻是54.4ms。50ms時電廠側(cè)第二次發(fā)信（如圖8），變電站側(cè)收到電廠側(cè)信號的報文時間為22:38:44:918，其相對故障發(fā)生時刻為56.4ms。

畫出變電站側(cè)主二保護(hù)收信情況示意圖（見圖12，橫坐標(biāo)0表示故障發(fā)生時刻）。圖12與變電站側(cè)主二保護(hù)收信情況的錄波圖（見圖13）基本相同。

圖12 變電站側(cè)收信（接收本側(cè)與對側(cè)信號）情況示意圖

由圖12、圖13可知，兩側(cè)主二保護(hù)投入第一次高頻保護(hù)后，兩側(cè)均停信的時間為2ms或4ms。

4. 主二保護(hù)動作行為分析

主二保護(hù)無動作出口的直接原因是兩側(cè)均停信持續(xù)時間僅為2ms和4ms，比裝置判停信確認(rèn)時間8ms短，不滿足高頻保護(hù)出口條件，故主二高頻保護(hù)沒能在第一時間動作出口，之后故障被主一保護(hù)快速切除，造成主二高頻保護(hù)仍沒能動作。

造成兩側(cè)均停信持續(xù)時間短的原因主要有兩點：

圖13 變電站側(cè)主二保護(hù)收信錄波圖

圖14 線路變電站側(cè)A相故障電流錄波圖

圖15 線路電廠側(cè)A相故障電流錄波圖

（1）變電站側(cè)高頻保護(hù)啟動比電廠側(cè)延遲十多個毫秒，電廠已經(jīng)停信時變電站側(cè)還未停信。變電站側(cè)啟動比電廠側(cè)慢的原因為：

a.兩側(cè)保護(hù)啟動元件用采樣點計算，具有離散性，使得兩側(cè)保護(hù)啟動時間也會有離散性而存在時差。

b.此次故障是經(jīng)高阻接地。對變電站側(cè)，由圖14可知，A相電流故障前約為0.8A，故障后逐漸降低接近到0,后又逐漸增大，而突變量電流啟動的整定值是0.75A，現(xiàn)場電流變化量正好接近其整定值，又考慮到采樣點計算會存在誤差,結(jié)果造成突變量電流啟動條件不滿足，高頻保護(hù)沒有啟動,直到故障發(fā)生后二十多毫秒A相電流增大到一定程度時高頻保護(hù)才啟動。而對電廠側(cè)，由圖15可見，A相電流在故障后一直逐漸增大，高頻保護(hù)啟動相對較快。

（2）保護(hù)裝置設(shè)計為高頻保護(hù)50ms內(nèi)未動作出口則取消停信。投入第一次高頻保護(hù)后，電廠側(cè)高頻保護(hù)先啟動開始停信，待變電站側(cè)剛開始停信時，電廠側(cè)因為50ms內(nèi)保護(hù)未動作出口而將停信令收回重新發(fā)信，導(dǎo)致兩側(cè)均停信的時間很短。

5. 結(jié)語

線路發(fā)生高阻接地故障時，變電站側(cè)高頻保護(hù)啟動比電廠側(cè)慢，造成主二保護(hù)投入第一次高頻保護(hù)后，電廠側(cè)停信時，變電站側(cè)還未啟動，當(dāng)變電站側(cè)剛啟動時，電廠側(cè)因為50ms內(nèi)保護(hù)未動作出口重新發(fā)信，使得兩側(cè)均停信持續(xù)時間比裝置判停信確認(rèn)時間短，主二保護(hù)沒能第一時間出口，接著主一保護(hù)快速出口切除了故障，使主二保護(hù)不再有機會出口。

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