李剛

【摘 要】論文以一起400kV線路單相接地故障為案例，結(jié)合故障波形，對該線路各套繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作行為進(jìn)行了分析和計(jì)算，同時(shí)探討了過渡電阻對距離保護(hù)的影響及對策。

【Abstract】In this paper，a single phase to earth fault of 400kV line is taken as a case. Combined with the fault waveform， the action of relay protection devices of the line is analyzed and calculated. Meanwhile， the influence and countermeasures of transition resistance on distance protection are discussed.

【關(guān)鍵詞】差動(dòng)保護(hù)；距離保護(hù)；過渡電阻

【Keywords】 differential protection；distance protection； transition resistance

【中圖分類號】TM773 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）05-0187-03

1 引言

電流差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)距離保護(hù)是目前220kV及以上線路應(yīng)用最為廣泛的兩種主保護(hù)，單相接地故障是輸電線路最為常見的故障，因此，準(zhǔn)確地分析和評價(jià)單相接地故障情況下，電流差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)距離保護(hù)的動(dòng)作行為顯得尤為重要。

在電力系統(tǒng)中，輸電線路的短路往往都是經(jīng)過過渡電阻的，過渡電阻的存在使得阻抗繼電器的測量阻抗在幅值和相位上都發(fā)生了變化，從而對阻抗繼電器的動(dòng)作行為產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)可造成阻抗繼電器在區(qū)內(nèi)故障時(shí)拒動(dòng)，或者在區(qū)外故障時(shí)誤動(dòng)。

2 保護(hù)動(dòng)作情況介紹

2.1 線路保護(hù)配置

該線路是連接大亞灣核電站與香港大埔站的一條400kV輸電線路，其線路保護(hù)配置為主一保護(hù)采用日本東芝生產(chǎn)的GRL100型號光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)，主二保護(hù)采用南瑞繼保生產(chǎn)的RCS-902H型號縱聯(lián)距離保護(hù)，后備保護(hù)采用AREVA生產(chǎn)的P122型號過流保護(hù)，兩個(gè)斷路器失靈保護(hù)及重合閘裝置采用南瑞繼保生產(chǎn)的RCS-921H型號保護(hù)，此外，與國內(nèi)常規(guī)保護(hù)配置不同的是，該線路并沒有配置獨(dú)立的遠(yuǎn)方跳閘裝置，其遠(yuǎn)方跳閘功能是通過特殊的收發(fā)信繼電器回路實(shí)現(xiàn)的。

2.2 故障前運(yùn)行方式及故障經(jīng)過

大亞灣核電站400kV/500kV開關(guān)站為3/2接線方式，故障前線路、母線均處于正常運(yùn)行狀態(tài)，2010年10月20日18：05：05，該線路發(fā)生C相瞬時(shí)接地故障，大亞灣核電站側(cè)主一光纖電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開250JA、252JA斷路器，故障切除后19s左右斷路器250JA、252JA自動(dòng)重合成功，該線路恢復(fù)正常運(yùn)行。在檢查過程中發(fā)現(xiàn)主二保護(hù)RCS-902H縱聯(lián)距離保護(hù)啟動(dòng)但未動(dòng)作出口跳閘，后了解對側(cè)主二保護(hù)RCS902H也未動(dòng)作出口。

3 保護(hù)動(dòng)作行為分析

3.1 單相接地故障特點(diǎn)

在工程實(shí)踐中，通過波形圖可以快速判斷故障類型并進(jìn)行定性分析，對于單相接地故障，不妨以A相為例，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，其電流、電壓相量圖如下：

A相單相接地故障時(shí)三相電流、電壓相量圖

從相量圖中可以總結(jié)出判斷單相接地故障的幾個(gè)要點(diǎn)：

①一相電流增大，一相電壓減小，出現(xiàn)零序電流、零序電壓。

②電流增大、電壓降低為同一相別。

③零序電流與故障相電流同向，零序電壓與故障相電壓反向。

④故障相電壓超前故障相電流約80度左右，零序電流超前零序電壓約110度左右。

同時(shí)，需要注意的是南瑞繼保的裝置在保護(hù)波形的電流計(jì)算中加入了一個(gè)78°的補(bǔ)償阻抗，這樣其波形顯示為正向故障時(shí)故障相電壓與電流同向，零序電流超前零序電壓約180°左右，反向故障時(shí)故障相電壓與電流反向，零序電流與零序電壓同向。

此次線路故障時(shí)， 保護(hù)裝置的波形圖如下：

線路故障時(shí)南瑞保護(hù)裝置錄波波形圖

從波形圖中可以看出：A/B相電流、電壓正常，C相電流增大，同時(shí)C相電壓減小，C相電壓與C相電流相位相同，C相電流與零序電流大小基本相等，零序電流超前零序電壓約170°，從這些信息可以判斷此次故障為線路正方向上C相單相接地故障。

3.2 主一保護(hù)動(dòng)作行為分析

主一保護(hù)為日本東芝生產(chǎn)的GRL100型號電流差動(dòng)保護(hù)。其主要功能包括相電流差動(dòng)保護(hù)和零序電流差動(dòng)保護(hù)。其原理與國內(nèi)常用的電流差動(dòng)保護(hù)基本相同，為了防止穿越性故障時(shí)誤動(dòng)，同樣采用了比例制動(dòng)特性，其動(dòng)作曲線為：

讀取GRL100裝置的故障時(shí)刻數(shù)據(jù)如下表1。

通過計(jì)算，可以得出各相的電流動(dòng)作值及動(dòng)作結(jié)果，如下表2所示。

計(jì)算得出的結(jié)果與實(shí)際動(dòng)作行為一致，可以說明主一保護(hù)為正確動(dòng)作。

3.3 主二保護(hù)動(dòng)作行為分析

主二保護(hù)為南瑞繼保生產(chǎn)的RCS-902H型號保護(hù)，是以縱聯(lián)距離和零序方向元件為主體的快速主保護(hù)。其接地阻抗繼電器的接線形式為Zm=

其相關(guān)定值如下：

故障時(shí)刻錄波器數(shù)據(jù)，故障相電流IC=7400A，CT變比為3000/1，計(jì)算RCS-902H的測量阻抗，一次測量阻抗如下：

Zc1= = =22.67ohm

折算至二次測量阻抗如下：

Zc= =17.00ohm

從波形圖中可以讀出Uc超前Ic的相位大致在30°左右，因此其相量圖如下：

RCS-902H縱聯(lián)距離保護(hù)使用距離二段繼電器作為方向判別元件，其定值為16.67Ω，阻抗靈敏角為85.3°，從計(jì)算所得的相量圖中可以看出，本次故障中RCS-902H感受的測量阻抗位于縱聯(lián)距離圓外，因此縱聯(lián)距離保護(hù)不動(dòng)作是正確的。

此次線路故障前持續(xù)向?qū)?cè)輸送功率，因此過渡電阻呈現(xiàn)為阻容性，綜合以上分析結(jié)果，可初步繪出此次故障的相量圖如下：

可見，此次故障發(fā)生在線路遠(yuǎn)端，并且經(jīng)過高阻接地，測量阻抗未達(dá)到裝置整定值，因此縱聯(lián)距離保護(hù)未動(dòng)作。

3.4 后備保護(hù)動(dòng)作情況分析

后備保護(hù)采用AREVA生產(chǎn)的P122型號過流保護(hù)，其采用標(biāo)準(zhǔn)反時(shí)限動(dòng)作特性，其中： T=0.8s ，Is=1.5In

以故障錄波器數(shù)據(jù)計(jì)算，故障時(shí)刻實(shí)際Ic=7400/3000=2.47A，則t=0.8× =11.17s

由于故障發(fā)生后，主保護(hù)快速將故障切除，因此后備過流保護(hù)啟動(dòng)但不出口，現(xiàn)場檢查情況與分析相符，為正確動(dòng)作。

4 結(jié)論

經(jīng)過上述分析和計(jì)算，本次線路單相瞬時(shí)接地故障發(fā)生后，主一電流差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作，主二縱聯(lián)距離保護(hù)未達(dá)到定值正確不動(dòng)作，后備保護(hù)未達(dá)到延時(shí)正確不動(dòng)作。

通過本案例，可以發(fā)現(xiàn)過渡電阻對距離繼電器的測量阻抗影響較大，雖然目前絕大多數(shù)距離繼電器采用正序電壓作為極化電壓后能夠增強(qiáng)測量故障過渡電阻的能力，但當(dāng)過渡電阻較大時(shí)，仍然可能存在保護(hù)拒動(dòng)的情況。由于零序方向繼電器抗過渡電阻能力更強(qiáng)，因此，工程實(shí)踐中，可將零序方向保護(hù)投入，作為防止高阻接地故障的有效補(bǔ)充。