線路保護手合加速保護的動作行為分析

郭松偉，王世祥

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

線路保護手合加速保護的動作行為分析

郭松偉，王世祥

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

線路保護是一種原理較為復雜的保護，在不同的運行方式和故障情況下，保護的動作行為比較難以分析。當向保護背后的故障母線進行充電時，不同保護的動作行為在不同的情況下表現出不一樣的動作情況。針對這種運行方式下的線路保護配置現狀，提出相應保護的注意事項。

線路保護；加速；反向故障

0 前言

一般線路充電運行時，電源一側開關在合位，無源一側開關在分位，無源一側變電站的母線空載三相無壓。這種運行方式在運行中非常常見。如果此時無源一側變電站母線沒有配置母線差動保護，或母線差動保護因其他原因未投入，則線路保護的正確快速動作將能夠使故障及時隔離，保證電力系統安全穩定。

但在保護手合線路充電時，無源一側變電站的母線發生故障(見圖1)，常見的故障類型有：A相接地故障，AB相間故障，AB兩相接地故障，ABC三相故障等。則圖1中B站故障對于線路保護來說是區外故障。如果此時不配置母線差動保護，將不能通過母差保護停信(或者遠跳)來實現對側縱聯保護的瞬時跳閘，因此有必要研究B側線路的后備保護動作行為。

1 220 kV線路保護的動作行為分析

以南瑞繼保的RCS-900系列線路保護為例進行分析。

在220?kV線路保護中，一般有RCS-931、RCS-902和RCS-901系列，它們的后備保護配置一致，區別只是主保護的不同。

圖1 B變電站母線發生故障示意

后備保護功能元件配置如表1所示。

表1 220 kV線路后備保護功能典型配置

從圖1可以發現，在未合開關之前，母線B沒有電壓，對于保護裝置來說，此時保護裝置無電壓采樣，開關位置三相開入TWJ為分位。由于220?kV線路保護TV斷線判據為：

(1)?三相電壓向量和大于8?V，保護不啟動，延時1.25?s發TV斷線異常信號；

(2)?三相電壓向量和小于8?V，但正序電壓小于 33.3?V 時，若采用母線 TV 則延時 1.25?s發TV斷線異常信號。

可見，此時保護狀態滿足條件(2)，保護裝置發TV斷線信號，適用于TV斷線狀態下的保護動作分析。

TV斷線的復歸：三相電壓正常后,?經10?s延時TV斷線信號復歸。

1.1 距離元件動作情況

如RCS-931的保護，在TV斷線期間，保留工頻變化量阻抗元件，將其門檻增加至1.5?UN，保護自動退出距離保護，自動投入TV斷線相過流和TV斷線零序過流保護。

在距離保護退出的情況下工頻變化量阻抗元件的動作情況如圖2所示。

圖2 母線故障時的電壓分布

設UN為正常運行時的額定電壓。則在母線發生故障時，因B站母線電壓故障相(相間)為0，?此時：

從圖2可見，對于B側線路保護，計算工作電壓｜ΔUOP｜等于UOP，小于｜EF｜；而｜EF｜又等于UN，小于1.5UN，因此工頻變化量保護元件不會動作。

1.2 零序保護的動作情況

TV斷線時，線路保護一般會退出帶方向的零序電流Ⅰ，Ⅱ段，而保留不帶方向的III段或Ⅳ段。在這種情況下可以預見，當合于加速故障時，在零序電流值和延時滿足的情況下，零序保留段將正確動作。

零序加速段的動作情況如圖3所示。

圖3 220 kV線路保護裝置零序加速動作邏輯

圖3中，零序過流加速元件不需要經過零序功率方向閉鎖。在手合時，如果零序電流滿足零序過流加速元件的定值，則零序過流加速經過100?ms延時動作。

1.3 試驗驗證

為對以上推論進行驗證，在實驗室中采用繼電保護試驗儀進行校驗，其實際動作行為滿足推論。驗證方法如下。

(1)?初始狀態。母線三相電壓為0，開關三相TWJ開入均為1,此時保護裝置發出TV斷線信號。投入保護裝置距離保護和零序保護的功能壓板。

(2)?故障狀態。開關三相TWJ開入變為0，模擬相應的故障情況。由于是母線故障，此時設置故障相(相間)電壓為0，故障相電流大于零序過流和TV斷線過流定值，故障電流方向為反向，故障延時大于所有保護的最長延時。

①?母線A相接地。在母線發生A相接地時，存在零序動作電流，動作情況如下：零序加速動作經延時100?ms動作；?零序III，?Ⅳ段經相應延時動作；TV斷線過流元件動作。

②?母線AB相間故障。此時線路保護沒有零序電流，因此零序相關保護不動作，TV斷線過流元件動作。

③?母線AB相接地故障。發生接地故障時，動作情況同母線A相接地。

④?母線三相故障。動作情況同母線AB相間故障。

2 110 kV線路保護動作行為分析

在110?kV線路保護中，一般有RCS-941、RCS-943這2種類型的保護。它們的后備保護配置一致，區別只是主保護的不同。后備保護功能元件配置如表2所示。

表2 110 kV線路后備保護功能典型配置

110?kV線路保護TV斷線判據為：

(1)?與220?kV線路保護邏輯判據(1)相同；

(2)?正序電壓小于33?V時，當任一相有流元件動作或TWJ不動作時，延時1.25?s發TV斷線異常信號；

可見，與220?kV線路保護的不同之處在于，這種邏輯方式下110?kV線路保護需要判斷開關位置。即開關在分位時，保護不發TV斷線信號。

2.1 距離元件的動作情況

因保護裝置在合閘前為正常運行狀態，保護裝置不發TV斷線，所以距離保護在正常投入狀態。

距離保護采用帶方向的阻抗元件，阻抗繼電器采用正序電壓極化，因此具有良好的方向性。方向阻抗元件的動作特性如圖4、圖5所示(圖中：ZZD為距離保護整定值；ZK為微機保護的測量阻抗；ZS為系統阻抗。)。

圖4 正方向故障時動作特性

采用正序電壓極化的距離保護具有明確的方向性。當線路發生單相接地、兩相接地和兩相相間故障時，滿足正序電壓極化的條件，這時保護將采用正序電壓進行極化。而母線故障對于線路保護來說屬于反方向故障，因此距離保護(包括距離加速保護)將會正確不動作。

圖5 反方向故障時動作特性

而當母線發生三相故障時，正序電壓為0，這時距離保護將會進入低壓距離保護程序，采用記憶量元件進行極化。由于合閘前母線無壓，因此記憶量也為0。而距離III段繼電器的門檻電壓倒置，特性包含原點，可動作。

三相故障時動作特性如圖6所示。

圖6 三相故障時動作特性

2.2 零序保護動作情況

在發生母線接地故障時，相應的零序方向保護段若采用零序功率方向保護，將因為發生反方向故障而不動作。對于零序過流加速動作來說，不受零序功率方向元件閉鎖，發生接地故障時可正確動作。

如果在控制字中退出零序保護段經方向控制字，則零序保護段也可正確動作。如圖7所示。

圖7 110 kV線路保護零序過流加速保護邏輯

2.3 試驗驗證

110?kV線路保護裝置集成了開關操作板件，開關位置TWJ由保護裝置內部接線開入，因此外部無法控制開關位置判別。因此，試驗方案中不開入開關位置給保護裝置。驗證方法如下。

(1)?初始狀態。母線三相電壓為0，由于開關分位，TWJ開入為1，此時保護裝置不發TV斷線信號。投入保護裝置距離保護和零序保護段的功能壓板。

(2)?故障狀態。模擬相應的故障情況，由于是母線故障，此時設置故障相(相間)電壓為0，故障相電流大于零序過流和TV斷線過流定值，故障電流方向為反向，故障延時大于所有保護的最長時延。

①?母線A相接地。在母線發生A相接地時，存在零序動作電流。動作情況如下：零序加速動作經延時100?ms動作；其他零序保護段在不帶方向時動作。

②?母線AB相間故障。此時線路保護沒有零序電流，因此零序相關保護不動作。動作情況如下：無保護動作。

③?母線AB相接地故障。發生接地故障時，動作情況同母線A相接地。

④?母線三相故障。由于采用了記憶量極化，動作情況如下：距離加速、距離I段、距離II段和距離III段動作。

3 結束語

當發生接地故障時，220?kV線路保護和110 kV線路保護的零序過流加速保護和不帶方向的零序延時段均會正確動作。

220?kV線路保護能判斷出TV斷線，因此TV斷線過流保護正確動作。

110?kV線路保護在母線三相故障時，采用記憶量極化，距離III段采用反向門檻電壓，動作范圍包括反向故障。因此，距離加速和距離III段保護均出口動作。

針對上述的操作方式和故障特征，為保證故障的快速切除，確保系統的安全穩定運行，可以采取以下措施：

(1)?母線故障應主要依靠母差保護切除，如果母線有母差保護，在帶負荷測試時應盡量縮短帶負荷測試時間；

(2)?在充電之前，應盡量退出充電側開關保護的零序方向元件，只采用零序過流元件進行保護；

(3)?應縮短對側線路保護距離II段保護的動作時間，使母線發生故障時對側保護以較短時限跳閘，保護電力系統和一次設備安全。

2013-08-06；

2013-10-09）