線路差動保護判別TA二次斷線的新方法

周 偉，劉宏君

(1.永州電業局，湖南 永州 425100;2.長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東 深圳 518057)

0 引言

線路光纖電流差動保護應用越來越廣泛。線路差動保護中，要求線路兩側的差動保護必須都啟動，才可能允許跳閘。這樣做的好處是，即可保證差動動作的可靠性，又可有效地防止線路TA斷線時差動保護的誤動。因為一側TA斷線時，只有斷線側的保護裝置啟動，而正常側保護未能啟動，即使差流達到動作門檻，差動保護也不會動作。線路差動保護要求兩側均要啟動，在線路的弱饋側發生高阻接地故障時，弱饋側因零序阻抗小，零序電流能啟動，而強電側僅依賴本側量不能啟動。導致的后果是差動保護拒動。針對此現象，繼電保護設計時，會增加差流輔助電壓量啟動，通用的電壓量輔助判據為低電壓或者零序電壓。增加差流輔助電壓量啟動判據后，會導致判據無法區分高阻接地故障還是TA斷線的故障。這里提出了一種判別TA斷線的新方法，該方法在確保TA斷線能正確檢測的前提下，又能確保弱饋高阻接地故障時不會誤閉鎖差動保護。RTDS試驗證明該方案安全可靠。

1 問題的提出

1.1 線路TA斷線判據

線路保護具備TA斷線檢測功能。目前國內的TA斷線檢測依據一般有兩類。

第一類:差動保護一側電氣量啟動，另一側不啟動。啟動的一側有零序電流，無零序電壓，判為TA斷線，延時告警。根據TA斷線是否閉鎖差動控制字決定是否閉鎖差動保護。

第二類:差動保護一側電氣量啟動，另一側不啟動。啟動的一側相電流的變化量大于一定門檻或者相電流消失且存在較大差流但差動保護未動作，判為TA斷線，延時告警。根據TA斷線是否閉鎖差動控制字決定是否閉鎖差動保護。

第一類TA斷線判別方法的缺陷在于，完全依賴零序電壓門檻。若正常運行時零序電壓就比較大，就會導致重負荷時發生TA斷線，差動保護誤動。

第二類TA斷線判別方法的缺陷在于，完全根據電流的變化判別TA斷線。在重負荷的弱饋側，發生單相高阻接地故障時，也存在電流變小甚至電流變為零的工況。導致高阻接地誤判為TA斷線，導致差動保護拒動。

1.2 弱饋側高阻接地故障分析

［1］的第8章第5節分析，在系統中發生高阻接地故障時，在故障點零序電壓就小，在保護安裝點，零序電壓更小。由于零序電流分配與短路點兩側的等效阻抗大小相關，會出現一側零序電流達到零序電流啟動門檻，一側零序電流小于零序電流啟動門檻。這樣，差動保護裝置若僅靠本側電氣量時，造成一側能啟動，一側不能啟動。差動動作需兩側保護均能啟動，在這樣的高阻接地故障的情況下，差動保護會拒動。

為解決此問題，線路差動保護中增加了差流啟動，為了保證TA斷線時不誤動，差流啟動均增加了電壓輔助判據。電壓輔助判據的引入，在保證TA斷線不誤動的同時，就會引起高阻接地拒動。在電力系統中多次出現高阻接地故障差動未動，靠零序延時段切除故障就是由于電壓輔助判據選擇不合理造成的。

因而，一種好的TA斷線判據就是要能保證TA斷線不動作的同時，也要保證高阻接地故障能正確動作。

2 判別TA斷線的方法

在差動保護中，只要兩側保護均啟動，就不判TA斷線。TA斷線只在一側保護啟動時才判斷。保證高阻接地故障時能可靠啟動，就不會誤判TA斷線。

新的TA斷線判別方法在于合理的改變啟動元件。啟動元件的判據為:本側電流的突變量或者零序電流均不啟動，只有差流判據滿足時，式(1)或式(2)任何一個判據滿足時，裝置保護啟動。

零序電壓判據1:

零序電壓判據2:

式(1)用于檢測零序電壓的突變，高阻接地故障發生時，零序電流由故障點流向系統接地點，在母線處零序電壓存在突變。減去2周波前的零序電壓的目的就是消除正常運行時的不平衡零序電壓的影響，提高判據的靈敏度。

式(2)用于檢測零序電壓的幅值相對差流出現時刻的零序電壓幅值的變化，用于對單相高阻接地，接地電阻緩慢變小時的故障檢測，提高判據的可靠性。

啟動流程見圖1。

圖1 流程圖

3 RTDS仿真分析

為了驗證分析的正確性，進行了RTDS仿真。試驗模型采用300 km、220 kV無互感雙回線路模型，系統架構參照圖1。試驗模型參數:單回線正序阻抗ZL1=0.0227+j0.265(Ω/km)，單回線零序阻抗ZL0=0.0966+j0.73(Ω/km)，單回線正序容抗C1=0.013(μF/km)，單回線零序容抗C0=0.0092(μF/km)。M側無窮大系統參數:功率初相角為30°，電源正序電阻為Z1=10 Ω，電感為L=0.02 H。M側發變組參數:發電機容量為600 MW，額定電壓為20 kV，功率初相角是0°，Xa=0.1327 p.u.，Xd=1.03540 p.u.，X'd=0.0360 p.u.，X″d=0.235 p.u.，Xd=0.71940 p.u.，X'q=0.412 p.u. ，X″q=0.212 p.u.，Ra=0.002 p.u.;變壓器容量是720 MVA，電壓比為242 kV/20.0 kV，正序電阻為0.00392 p.u.，正序電抗為0.1 p.u.，零序電阻為0.012 p.u.，零序電抗為0.1 p.u.。N側系統參數:變壓器容量為150 MVA，短路電壓比為30%;等效負載為50 MW+10 Mvar。TA變比取1250/1 A。開關電阻取0.01 Ω。

在此系統模型下，模擬以下故障:① 模擬N側發生高阻接地故障，接地電阻100 Ω。②模擬N側發生高阻接地故障，接地電阻值由500 Ω在3 s內漸變為100 Ω。③重負荷情況下的單相TA斷線。

仿真結果表明，在高阻接地故障和漸變性高阻接地故障時，差流配合零序電壓突變判據均能很好地啟動，差動保護正確地出口跳閘動作。在重負荷情況的TA斷線，裝置能正確地判出TA斷線，保護不會誤動。

圖2 無互感雙回線路模型

4 結語

綜合分析線路高阻故障特征，并對比線路TA斷線的差異，提出了一種新的TV斷線判別依據。該判據能正確地區分TA斷線和高阻接地，提高了差動保護的可靠性。同時，該判據對同時發生TA斷線和PT斷線也能保證很高的可靠性。RTDS仿真試驗證明該判據的正確性。

參考文獻

［1］朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術(第3版)［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［2］文明浩.線路縱差保護CT二次斷線判據分析［J］.繼電器，2006，34(18):1-3.