李剛

（大亞灣核電運(yùn)營管理有限責(zé)任公司，廣東深圳518124）

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。

表1

表2

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

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：

折算至二次測量阻抗如下：

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

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。