TV二次回路多點接地引起的縱聯保護誤動分析

張國輝，王 昕，王 軍，趙斌超，黃秉青

（國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南 250003）

TV二次回路多點接地引起的縱聯保護誤動分析

張國輝，王 昕，王 軍，趙斌超，黃秉青

（國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南 250003）

分析兩起由TV二次回路多點接地引起縱聯保護誤動作案例，并對縱聯保護誤動的機理進行研究。當TV二次回路存在多個接地點時，分析發生接地故障時二次回路中性線上的偏移電壓特性，發現導致縱聯保護不正確動作的原因是方向元件誤判。

TV二次回路；多點接地；縱聯保護誤動；機理分析

0 引言

按照 《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》規定，公用電壓互感器（TV）的二次回路有且只允許有一點接地［1-2］。但由于二次回路接線的復雜性，電廠和變電站中仍難免出現TV二次回路多點接地的情況［3-5］。分析兩起由TV二次回路多點接地所引起的電廠、變電站縱聯保護誤動案例，對誤動的機理進行研究，查找誤動原因。

1 TV二次回路多點接地引起保護誤動案例

1.1 發電廠TV二次回路兩點接地導致保護拒動

某線路發電廠側保護進行雙重化配置：第一套保護裝置配置縱聯差動保護、距離保護、零序保護；第二套保護裝置配置縱聯距離保護、縱聯零序保護、距離保護、零序保護。該線路的末端發生區內單相接地故障，第一套保護裝置縱聯差動保護正確動作，將故障切除，其距離方向元件同時正確動作。第二套保護裝置的縱聯距離保護、縱聯零序保護均未動作。

圖1 某線路發電廠側第二套保護裝置采集到的故障波形

查找第二套保護裝置保護拒動的原因，對其采集到的故障波形進行檢查，如圖1所示。可以看出，零序電壓波形發生畸變，據分析其3次諧波含量較大，約占75%。初步判斷該發電廠TV二次回路多點接地。

現場對保護用TV二次回路接地點進行檢查，發現兩套保護裝置電壓回路分別取自線路TV二次兩個不同繞組，TV就地端子箱內TV二次電壓回路中性點N短接在一起后，分別引入網控室和發電機電子間，TV的電壓用于計量、錄波、線路保護及發電機同期并網。第二套保護裝置線路TV二次電壓中性線在網控室計量屏接地，又在發電機電子間的同期屏接地，造成TV二次電壓中性線兩點接地。

最終判斷該發電廠TV二次回路兩點接地導致第二套保護裝置拒動，該保護裝置判斷的故障類型為系統同時發生區內、區外故障，為避免保護裝置誤動，裝置以區外故障優先閉鎖保護致使第二套保護在線路故障時未動作。

1.2 變電站TV二次回路兩點接地導致保護誤動

某變電站線路保護雙重化配置：第一套為縱聯差動保護、距離保護、零序保護；第二套為縱聯距離保護、縱聯零序保護、距離保護、零序保護。該變電站線路1發生區內近距離B相單相接地故障，線路1縱聯差動、縱聯距離、縱聯零序等主保護均正確動作，但線路2縱聯零序保護誤動，縱聯差動、縱聯距離保護未動作。

圖2 某變電站線路2第二套保護錄波圖

查找線路2第二套保護裝置誤動的原因，查看線路2第二套保護的錄波圖，如圖2所示。可以看出，線路2第二套保護裝置采集到的零序電壓發生了畸變，3次諧波含量明顯，B相接地故障期間B相電壓異常升高，且超過額定值較多，自產零序電壓滯后零序電流約165°，零序功率方向落入正向動作區，保護裝置判為線路區內故障，誤發跳閘命令。根據現場處理事故的經驗分析，初步判斷該現象為變電站線路2第二套保護的零序電壓因TV二次回路多點接地發生畸變。

現場檢查TV二次回路接地點，發現現場TV中性線電流為1.15A，站內TV二次回路中性線存在多點接地情況。根據現場的檢查結果，最終判斷該變電站TV二次回路多點接地導致線路2第二套保護裝置誤動，TV二次中性線的多個接地點間流經故障電流，導致各接地點的電位出現差異，由此中性線上產生了一個寄生電壓，該寄生電壓與B相電壓疊加后引起保護裝置處B相電壓異常升高，導致線路2縱聯零序保護誤動作。

2 TV二次回路多點接地導致縱聯零序保護誤動作機理

2.1 故障時TV二次回路中性線偏移電壓

TV二次回路只允許一點接地，二次回路在控制室一點接地后，保護裝置采集到的電壓能夠正確反映線路二次電壓，如圖3所示。圖中Ua為保護裝置采到的電壓，U′a為TV二次側電壓。

圖3 TV接線示意

當TV二次中性線兩點接地后，故障時一次電流通過TV二次回路分流，在TV兩接地點中產生壓降ΔU，該壓降與TV二次側電壓U′a疊加，造成保護裝置處電壓中性點電位發生偏移，如圖4所示。

圖4 TV二次中性線兩點接地示意

當保護裝置采集到的零序電壓 3U0與零序電流3I0相角φ滿足-192°≤φ≤-12°時，縱聯零序保護判為正方向故障，向對側保護發出允許跳閘指令。

當TV中性線有兩個接地點時，以A相為例，保護裝置采到的電壓為Ua=U′a+ΔU，其中ΔU為TV兩點接地時系統發生故障情況下二次回路中性線上產生的偏移電壓。由于系統接地故障時接地阻抗具有不確定性，可能表現為感性或者容性，因此ΔU同樣可能表現為感性或者容性。如果現場TV二次回路中性線兩點接地時的感應電壓較大，則ΔU還應計及現場二次回路的感應電壓。TV中性線有兩個接地點時系統電壓如圖5所示。

圖5 TV中性線有兩個接地點時系統電壓

2.2 TV中性線偏移電壓對縱聯保護動作影響分析

2.2.1 TV中性線偏移電壓為容性時的分析

假設ΔU表現為容性，則當系統發生A相接地故障時，視TV二次回路兩接地點接地位置的不同，其中性線偏移電壓ΔU可能超前A相故障前電壓60°～80°，也可能滯后A相故障前電壓100°～120°。如圖6所示為ΔU超前A相故障前電壓60°和80°的相量分析，圖中：UA為故障后的A相電壓；U′A、U′B、U′C為疊加中性線偏移電壓后裝置采集到的A相、B相、C相電壓；3U0為裝置自產零序電壓；3I0為自產零序電流，若忽略系統負荷電流，可近似認為3I0相位與ΔU相位相同。

從圖6中可以看出：若不考慮TV二次兩點接地時感應電壓對保護用電壓的疊加作用，當故障相電壓幅值下降較大，3U0相位將超前3I0相位，如圖6（a）所示，此時保護裝置零序功率方向元件將可能判為反方向故障；而當故障相電壓幅值下降較小，3U0相位將滯后3I0相位，如圖6（b）所示，此時保護裝置零序功率方向元件將可能判為正方向故障。

圖6 ΔU超前A相故障前電壓60°和80°相量分析

若考慮TV二次兩點接地時感應電壓對保護用電壓的疊加作用，則ΔU將更加具有不確定性。當TV二次電纜附近有高壓電纜或周圍電纜有大電流時，TV二次電纜在兩接地點處將產生感應電壓，該感應電壓疊加到保護裝置處，使得保護裝置采集到的TV二次電壓的幅值、相位更加不確定。若此時線路發生接地故障，則保護裝置的零序功率方向元件極有可能誤判。

如圖7所示為TV二次中性線偏移電壓ΔU滯后A相故障前電壓100°和120°的相量分析，保護裝置零序功率方向判別也將具有不確定性。

圖7 ΔU滯后A相故障前電壓100°和120°相量分析

2.2.2 TV中性線偏移電壓為感性時的分析

假設ΔU表現為感性，當系統發生A相接地故障，TV二次中性線偏移電壓ΔU可能滯后A相故障前電壓60°～80°，也有可能超前A相故障前電壓100°～120°。如圖8所示為ΔU滯后A相故障前電壓60°和80°的相量分析，如圖9所示為ΔU超前A相故障前電壓100°和120°的相量分析。TV中性線偏移電壓為感性時的分析與TV中性線偏移電壓為容性時的分析類似。

圖8 ΔU超前A相故障前電壓60°和80°相量分析

圖9 ΔU滯后A相故障前電壓100°和120°相量分析

3 結語

在分析兩起由TV二次回路多點接地引起縱聯保護誤動作案例的基礎上，研究了縱聯保護誤動的機理。當TV二次回路存在多個接地點時，接地故障時TV兩接地點間的偏壓電壓是造成縱聯零序、縱聯距離保護不正確動作的根本原因，當TV二次回路存在多個接地點時，方向元件極有可能誤判，導致保護不正確動作。現場TV二次回路應嚴格按照《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》相關規定執行，防止多點接地。

［1］國家電網公司.國家電網公司十八項電網重大反事故措施［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［2］國家電網公司人力資源部.二次回路［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［3］趙曼勇，舒雙焰，趙有鋮.高壓電網防護保護死區電流互感器保護繞組的配置及反措［J］.電力系統保護與控制，2010，38（5）：132-134.

［4］DL／T 866—2004 電流互感器和電壓互感器選擇及計算導則［S］.

［5］袁季修，盛和樂，吳聚業.保護用電流互感器應用指南［M］.北京：中國電力出版社，2004.

Pilot Protection Malfunction Analysis Caused by TV Secondary Circuit Multi-point Earthing

ZHANG Guohui，WANG Xin，WANG Jun，ZHAO Binchao，HUANG Bingqing
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

The mechanism of the pilot protection malfunction is studied based on the analysis of two pilot protection malfunctions caused by TV secondary circuit multi-point earthing.Offset voltage characteristics of the secondary circuit neutral line is analyzed when there are several ground points in the TV secondary circuit，and it is find that the cause of incorrect action of pilot protection is the direction element misjudgment.

TV secondary circuit；multi-point earthing；pilot protection malfunction；mechanism analysis

TM77

A

1007－9904（2017）01－0032－04

2016-08-02

張國輝（1977），男，高級工程師 ，從事繼電保護相關工作。