500 kV線路單相永久性故障兩側(cè)重合閘動(dòng)作不一致的分析

鄧潔清 ，劉一丹，喬星金，高 磊

(1.江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京210036；2.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103)

500 kV變電站多采用3/2斷路器接線方式。在這種接線方式下，重合閘配置在開關(guān)保護(hù)上，且線路保護(hù)與開關(guān)保護(hù)可能是不同廠家生產(chǎn)，原理也不盡相同。這就使開關(guān)的重合閘及其配合顯得比較復(fù)雜。本文針對(duì)一條500 kV線路發(fā)生的單相永久性接地故障，通過(guò)分析故障錄波圖和裝置動(dòng)作邏輯，闡述了線路兩側(cè)動(dòng)作行為不同的原因，并在此基礎(chǔ)上對(duì)保護(hù)動(dòng)作行為作出評(píng)價(jià)，并提出值得思考的地方。

1故障概述

1.1故障情況

故障前，系統(tǒng)運(yùn)行情況如圖1所示。線路A側(cè)5041開關(guān)、5042開關(guān)合環(huán)運(yùn)行，B側(cè)5043單開關(guān)運(yùn)行。線路兩側(cè)的保護(hù)配置如下：A側(cè)兩套線路保護(hù)為ABB公司的REL561裝置（光纖差動(dòng)保護(hù)）、開關(guān)保護(hù)為南瑞繼保的RCS921A裝置；B側(cè)兩套線路保護(hù)為ABB公司的REL561裝置，開關(guān)保護(hù)為ABB公司的REB551裝置。線路兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)門檻值為0.3In，開關(guān)保護(hù)重合閘時(shí)間為邊開關(guān)0.7 s、中開關(guān)1.2 s，重合閘方式為單相重合閘。

圖1故障前系統(tǒng)運(yùn)行圖

故障時(shí)，線路C相在K處接地（距離B側(cè)較近，并以此記為0 ms），則A側(cè)故障電流為4.12In、B側(cè)故障電流為3.12In。兩側(cè)開關(guān)在53 ms跳開C相切除故障電流；B側(cè)5043開關(guān)C相在824 ms重合，此時(shí)故障并未消除，隨后在864 ms時(shí)5043開關(guān)三相跳開；A側(cè)5041開關(guān)、5042開關(guān)C相一直沒有重合，在901 ms時(shí)5041開關(guān)、5042開關(guān)三相跳開。兩側(cè)故障波形如圖2所示。

圖2線路兩側(cè)故障波形圖

（1）從兩側(cè)故障波形可以看出。線路C相發(fā)生永久性接地故障，后經(jīng)巡線發(fā)現(xiàn)是由于線路附近不安全施工造成的。（2）B側(cè)的開關(guān)動(dòng)作情況基本符合單相永久性接地故障的特征，C相跳開，重合于故障，緊接著三相跳開；A側(cè)的開關(guān)C相跳開沒有重合直接三相跳開。

下面對(duì)保護(hù)動(dòng)作情況進(jìn)行分析，查找A側(cè)開關(guān)沒有重合直接三跳的原因。

1.2保護(hù)動(dòng)作情況

通過(guò)比對(duì)兩側(cè)的故障錄波圖，確定兩側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間相同，這和兩側(cè)線路保護(hù)采用ABB公司的REL561裝置有關(guān)。以故障發(fā)生時(shí)刻為0 ms，其他事件量變位時(shí)刻皆為相對(duì)時(shí)間。兩側(cè)事件量變位信息如表1所示。

表1兩側(cè)事件量變位信息表

（1）當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，B側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作跳單相，727 ms時(shí)5043開關(guān)保護(hù)重合閘動(dòng)作，由于故障沒有消失，開關(guān)合上后線路保護(hù)又感受到故障，隨后加速跳開三相。所以使得B側(cè)5043開關(guān)單跳、單重、加速三跳。（2）當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，A側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作跳單相，850 ms時(shí)線路保護(hù)再次動(dòng)作跳單相，879 ms時(shí)5041開關(guān)、5042開關(guān)保護(hù)溝通跳三相。所以A側(cè)5041開關(guān)、5042開關(guān)先單跳再三跳而沒有重合的原因是開關(guān)保護(hù)重合閘沒有動(dòng)作，且開關(guān)三跳不是因?yàn)榫€路保護(hù)動(dòng)作造成的，而是由于開關(guān)保護(hù)發(fā)出了三跳命令。

2故障分析

2.1相關(guān)保護(hù)邏輯分析

REL561裝置的單相跳閘邏輯如圖3所示 （以C相分析，其他相類似）。當(dāng)保護(hù)動(dòng)作后，發(fā)出展寬150 ms的跳閘脈沖信號(hào)。該信號(hào)一方面去開關(guān)保護(hù)啟動(dòng)重合閘，另一方面去自保持邏輯形成最終的跳閘出口信號(hào)到操作屏。而國(guó)產(chǎn)保護(hù)的跳閘信號(hào)是故障消失后收回，而沒有固定展寬，同時(shí)自保持邏輯是通過(guò)操作屏的自保持回路實(shí)現(xiàn)的[1]。

圖3 REL561跳閘邏輯圖

開關(guān)保護(hù)REB551在重合閘條件滿足的前提下，收到線路保護(hù)的跳閘信號(hào)即開始計(jì)時(shí)，達(dá)到重合閘動(dòng)作延時(shí)，則發(fā)出合閘命令。與此不同的是，開關(guān)保護(hù)RCS921A在重合閘條件滿足的前提下，在線路保護(hù)的跳閘信號(hào)返回后開始計(jì)時(shí)。

（1）RCS921A的重合閘開始計(jì)時(shí)方式是基于國(guó)產(chǎn)線路保護(hù)的跳閘邏輯，故障消失后跳令即收回。而REB551的重合閘開始計(jì)時(shí)方式是基于ABB公司線路保護(hù)的跳閘邏輯，不管故障是否消失跳令，固定展寬150 ms。目前國(guó)內(nèi)主流保護(hù)廠家的開關(guān)保護(hù)重合閘開始計(jì)時(shí)方式均與RCS921A相同。

（2）當(dāng) REL561和 RCS921A，REB551配合時(shí)，理論上RCS921A的重合閘出口時(shí)間將比REB551的重合閘出口時(shí)間慢150 ms。

2.2動(dòng)作原因分析

從表1得知，故障發(fā)生后24 ms兩側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作發(fā)出C相跳令，53 ms時(shí)兩側(cè)開關(guān)C相跳開。B側(cè)5043開關(guān)保護(hù)裝置REB551收到線路保護(hù)的跳閘信號(hào)后，立即開始計(jì)時(shí)；而A側(cè)5041開關(guān)、5042開關(guān)保護(hù)RCS921A在線路保護(hù)跳令復(fù)歸后才開始計(jì)時(shí)。727 ms時(shí)B側(cè)5043開關(guān)保護(hù)REB551發(fā)出重合命令 （重合閘動(dòng)作時(shí)間整定為0.7 s），而此時(shí)A側(cè)的開關(guān)保護(hù)重合閘延時(shí)還沒走完。824 ms時(shí)B側(cè)5043開關(guān)C相合上，因此時(shí)故障沒消失，則兩側(cè)的線路保護(hù)感受到差流，保護(hù)必然動(dòng)作[2]，但兩側(cè)保護(hù)動(dòng)作行為并不一樣。

（1）B側(cè)保護(hù)動(dòng)作行為。由于5043開關(guān)保護(hù)發(fā)出重合命令的同時(shí)，也發(fā)出合于故障的信號(hào)給線路保護(hù)，當(dāng)5043開關(guān)C相合上，而故障依然存在時(shí)，線路保護(hù)啟動(dòng)合于故障邏輯，加速跳開5043開關(guān)三相。

（2）A側(cè)保護(hù)動(dòng)作行為。對(duì)側(cè)5043開關(guān)在824 ms時(shí)重合C相于故障，因此線路保護(hù)感受到差流，而此時(shí)由于5041開關(guān)、5042開關(guān)保護(hù)重合閘動(dòng)作延時(shí)未到，所以重合閘不會(huì)動(dòng)作，線路保護(hù)也就沒有啟動(dòng)合于故障邏輯，而是認(rèn)為C相再次發(fā)生故障，故而動(dòng)作再次發(fā)出C相跳閘命令到5041開關(guān)、5042開關(guān)保護(hù)和其操作屏。這里需要說(shuō)明的是RCS921A的溝通三跳邏輯，如圖4所示。在重合閘啟動(dòng)200 ms后，如果有跳閘開入則重合閘放電，所以當(dāng)5041開關(guān)、5042開關(guān)保護(hù)再次收到線路保護(hù)的跳閘信號(hào)時(shí)，重合閘立即放電，啟動(dòng)溝通三跳邏輯，于879 ms時(shí)，發(fā)出三相跳閘命令，跳開5041開關(guān)、5042開關(guān)三相。

通過(guò)以上分析，得出動(dòng)作原因是由于兩側(cè)開關(guān)保護(hù)重合閘邏輯不同，導(dǎo)致B側(cè)開關(guān)保護(hù)重合閘先動(dòng)作，而此時(shí)故障未消失，A側(cè)線路保護(hù)感受到差流，再次發(fā)出單相跳閘信號(hào)給本側(cè)的開關(guān)保護(hù)，使其重合閘放電不重合，進(jìn)入溝通三跳邏輯[3]。

圖4 RCS921A溝通三跳邏輯圖

3保護(hù)動(dòng)作評(píng)價(jià)及思考

（1）由于線路兩側(cè)開關(guān)保護(hù)重合閘開始計(jì)時(shí)方式的差異，是導(dǎo)致一側(cè)重合閘沒有動(dòng)作，無(wú)意中使得其開關(guān)免受短路故障沖擊，對(duì)開關(guān)本身以及系統(tǒng)穩(wěn)定都有好處。如線路的一側(cè)是弱電源，則沒有單相重合再三相跳開的過(guò)程對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定意義重大。其實(shí)在3/2接線方式中，邊開關(guān)和中開關(guān)采用順序重合閘就是考慮到當(dāng)線路發(fā)生單相永久性接地故障時(shí)，邊開關(guān)先重合，發(fā)現(xiàn)故障未消除由線路保護(hù)加速跳開邊開關(guān)和中開關(guān)，使得中開關(guān)免受一次短路故障沖擊，保持系統(tǒng)穩(wěn)定[4]。（2）對(duì)于3/2接線方式的系統(tǒng),如果某條線路的邊開關(guān)與中開關(guān)保護(hù)配置不一致時(shí),就需要考慮到其重合閘時(shí)間的設(shè)定問(wèn)題，以避免出現(xiàn)2個(gè)開關(guān)幾乎同時(shí)重合于故障。（3）通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，線路保護(hù)裝置REL561在沒有收到合于故障信號(hào)的前提下，短時(shí)間內(nèi)感受到同一相兩次故障，只是發(fā)出兩次故障相的跳閘命令而不發(fā)出三跳命令。這也是A側(cè)開關(guān)三跳是由開關(guān)保護(hù)實(shí)現(xiàn)而非線路保護(hù)實(shí)現(xiàn)的原因之一。而對(duì)于短時(shí)間內(nèi)感受到同一相兩次故障，國(guó)產(chǎn)保護(hù)則是采用先單跳再三跳的邏輯。兩種設(shè)計(jì)并無(wú)優(yōu)劣之分，只是專業(yè)人員在分析故障時(shí)需要加以注意[5]。（4）如果線路主保護(hù)配置縱聯(lián)距離或者縱聯(lián)方向保護(hù)，當(dāng)線路發(fā)生單相永久性接地故障，兩側(cè)開關(guān)跳開故障相后，一側(cè)開關(guān)重合故障時(shí)，由于另外一側(cè)開關(guān)還沒有重合，所以縱聯(lián)距離保護(hù)或者縱聯(lián)方向保護(hù)感受不到故障電流 （而差動(dòng)保護(hù)卻可以感受到差流），故而不會(huì)動(dòng)作，其開關(guān)保護(hù)重合閘繼續(xù)計(jì)時(shí)，開關(guān)依然可以重合[6]。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上述故障中保護(hù)動(dòng)作情況的深入分析，知道國(guó)外開關(guān)保護(hù)和國(guó)內(nèi)開關(guān)保護(hù)的重合閘邏輯不同，在進(jìn)行配合時(shí)，導(dǎo)致線路兩側(cè)不同的動(dòng)作行為，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外線路保護(hù)的跳閘邏輯也是不同的。這些不同之處基于不同的設(shè)計(jì)理念，在保護(hù)設(shè)備選型時(shí)要加以注意。當(dāng)然目前500 kV保護(hù)逐步國(guó)產(chǎn)化，也就不存在這些問(wèn)題，但是充分理解國(guó)內(nèi)外保護(hù)裝置邏輯的差異，在適當(dāng)?shù)膱?chǎng)合加以利用，可以收到很好效果，這是保護(hù)專業(yè)人員值得注意的。

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