某220kV變電站#3主變及110kV甲乙線保護分析報告

吳少林

摘 要：在某次惡劣天氣強送線路過程中，由于帶著失壓站全站負荷，導致線路主保護未動作，且因線路短路較輕微且復雜，最終線路后備保護亦未動作，由兩套主變后備保護中的一套動作切開整段母線上的負荷。通過對該站主變保護及線路保護動作行為的分析，并結合現場實際情況，提出了相關的建議。接地阻抗保護通常用于變壓器高中壓側，作為變壓器內部及引線、母線、相鄰線路接地故障后備保護。

關鍵詞：失壓 正確不動作 可靠動作

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（a）-00-04

1 事件經過

2018年09月16日11點56分37秒，110kV甲乙線線路故障，110kV甲乙線兩側保護啟動正確未動作，220kV甲站側#3主變A套CSC-326D保護裝置變中接地阻抗1時限、相間阻抗1時限、接地阻抗2時限動作將110kV分段1015、110kV母聯1056、#3主變變中1103開關跳閘，導致甲站110kV 5M及110kV丙站2M失壓。

故障前，運行方式如圖1所示，其中110kV乙站1M處于失壓狀態。

2 保護配置

保護配置如表1所示。

3 110kV甲乙線1111兩側開關保護啟動情況分析

3.1 甲站合上110kV甲乙線1111兩側開關

2018年09月16日11時56分30秒調度合上220kV甲站側110kV甲乙線1111開關后正常運行。

3.2 甲乙線乙站側保護行為分析

2018年9月16日11時56分37秒左右，系統發生擾動，導致保護裝置RCS-941B啟動，約5200ms左右發生區內A相接地故障，5410ms左右轉為AB兩相接地故障，5780ms左右轉為ABC三相故障。110kV甲乙線兩側RCS-941B保護未動作。

2018年9月16日11時56分30秒前，由于乙站1M失壓，甲乙線乙站側保護裝置發PT斷線信號，甲站合上110kV甲乙線1111開關，雖然乙站三相電壓正常，但需經10s延時保護裝置PT斷線信號才會復歸，因此11時56分37秒兩側保護啟動時，乙站側PT斷線信號還未復歸，此時按照保護邏輯退出縱聯距離、縱聯零序和距離保護，自動投入兩段PT斷線相過流保護。由于相過流未達到保護定值，導致乙站側兩段PT斷線相過流保護未動作。因此乙站側甲乙線1111開關保護按照保護邏輯正確不動作。

3.3 甲乙線甲側保護行為分析

故障發生時故障錄波器數據如圖2所示，當轉變為三相故障時，系統三相電壓和電流并非完全對稱，有一定的零序分量。

根據保護裝置相關定值設置：接地/相間距離Ⅰ段定值1.47Ω、接地/相間距離Ⅱ段定值16.36Ω、零序補償系數0.67、正序靈敏角79°、零序靈敏角79°，離線計算距離I段的測量阻抗如圖3所示（接地距離Ⅰ段以A相接地時為例，相間距離Ⅰ段以轉為三相故障時為例），可見測量阻抗未落入距離Ⅰ段范圍內，因此距離Ⅰ段未動作。

由于投入了振蕩閉鎖，距離Ⅰ段和距離II段需要經振蕩閉鎖元件開放才能動作。

RCS-941B振蕩閉鎖元件共分為以下3種。

（1）啟動開放元件。

本次故障中，發生A相接地故障時保護已啟動5200ms左右，已超過啟動開放元件的160ms開放時間，因此啟動開放元件不動作。

（2）不對稱故障開放元件。

在A相接地故障以及AB兩相接地故障時，不對稱故障開放元件滿足條件，但僅持續了580ms便轉變成ABC三相故障，此后不對稱故障開放元件返回，未達到距離II段延時600ms，因此此階段距離II段無法動作。

（3）對稱故障開放元件。

轉成ABC三相故障后，只能依靠對稱故障元件開放，其測量振蕩中心電壓Uos=UcosΦ，動作判據分兩部分，滿足任一個即可開放：①-0.03Un

離線計算故障發展過程中UcosΦ，如圖4所示，橫坐標為時間，以A相接地故障發生時刻為0時刻，縱坐標為實際計算的UcosΦ，其中Uos1與Uos2之間為判據①動作區，Uos3與Uos4之間為判據②動作區。可見UcosΦ在A相接地故障發生后150ms左右滿足判據②的范圍，經500ms延時后判據②動作（此時已進入三相故障，不對稱故障開放元件已返回），至800ms偏離動作區范圍，對稱振閉開放元件的判據②動作了150ms左右，未達到距離II段延時定值600ms，因此此階段距離II段也無法動作。

因此甲站110kV甲乙線1111開關保護符合保護邏輯正確不動作。

3.4 110kV甲乙線1111開關保護動作結論

綜上所述，110kV甲乙線1111開關兩側保護動作行為符合保護邏輯，保護正確不動作。

4 220kV甲站#3主變保護動作情況分析

4.1 #3主變保護A套保護動作分析

4.1.1 中壓側接地阻抗保護動作分析

220kV甲站#3主變保護A套使用北京四方的CSC-326D主變保護裝置，2018年9月16日11時56分42秒，當中壓側出現區外單相接地轉相間故障時，四方保護的CSC-326D中后備保護動作，裝置整定定值及具體動作報文見表2。

阻抗保護通常作為變壓器短路故障的后備保護，由保護啟動、阻抗測量、延時、電壓回路斷線閉鎖元件等部分組成。

保護啟動元件：有突變量啟動和負序電流啟動，其中突變量啟動同主保護，負序電流啟動元件如下[2]：I2>Iqd2，Iqd2=0.2Ie。

其中：I2為負序電流的有效值，IQd2為固定門檻，Ie為變壓器的額定電流。

說明：因分析軟件不支持指向母線的阻抗邊界圖，特將中壓側電流事先取反后按照指向主變進行分析。

根據圖6接地阻抗計算數值表可得出故障時出口時刻接地阻抗已落入保護動作區，保護可靠動作。

4.1.2 中壓側相間阻抗保護動作分析

根據圖7相間阻抗計算數值表可得出故障時出口時刻相間阻抗已落入保護動作區，保護可靠動作。

4.1.3 220kV甲站#3主變A套保保護動作結論

需要說明的是，北京四方保護裝置錄波的存儲方式是采用保護啟動時刻之前的2個周波以及啟動之后6個周波，保護出口時刻之前的2個周波以及出口之后的6個周波，中間的數據不存儲。因此綜合分析北京四方保護出口正確。

4.2 #3主變保護B套保護動作分析

4.2.1 中壓側接地阻抗保護不動作分析

220kV甲站#3主變保護B套使用國電南自的SGT756主變保護裝置，2018年9月16日11時56分42秒，當中壓側出現區外單相接地轉相間故障時，A套保護的中壓側接地阻抗I段1時限、2時限動作，相間阻抗I段1時限動作。B套保護僅啟動未動作。

接地阻抗保護通常用于變壓器高中壓側，作為變壓器內部及引線、母線、相鄰線路接地故障后備保護。阻抗特性為具有偏移特性的阻抗圓，并經零序電流閉鎖[3]。PT斷線時，接地阻抗保護被閉鎖，PT斷線后若電壓恢復正常，接地阻抗保護也隨之恢復正常。

由于#3主變中性點無接地，因而不管是 A相故障還是AB相故障，#3主變本體變中零序電流均是0，此時自產零序電流3I0也為0，故接地阻抗不滿足動作條件。

4.2.2 中壓側相間阻抗保護不動作分析

中壓側相間阻抗定值是57.60Ω，相間阻抗1時限0.90s，相間阻抗2時限1.20s，相間阻抗3時限是1.50s。

其中：IA100、IB100、IC100分別為3#主變變中1103開關電流Ia、Ib、Ic的反向電流。

由圖11可知，當啟動240ms左右時，此時的Zab=57.44 Ω∠67.83°，計算阻抗值剛好在定值范圍內，記為時間T2。

由圖9可知，當啟動后1140ms時，此時的Zab=56.24Ω∠64.06°，計算阻抗值剛好在定值范圍內，記為時間T1。

由于TI與T2的相對時間差值為900ms左右，幾乎與相間阻抗I段1時限延時相等，且保護裝置采樣存在誤差，裝置延時未到，故相間阻抗I段1時限不動作。

4.2.3 220kV甲站#3主變B套保保護動作結論

此次區外故障，由于變壓器中壓側中性點不接地，故中壓側沒有零序電流故接地阻抗保護不動作；相間阻抗保護由于延時不滿足，故相間阻抗也不動作；#3主變B套保護裝置的動作行為正確。

4.3 220kV甲站#3主變保護動作結論

#3主變A套CSC-326D保護接地距離滿足保護裝置動作設計要求，而B套SGT 756保護接地距離由于增加零序電流閉鎖，在發生不管是A相故障還是AB相故障，#3主變本體變中零序電流均是0，此時自產零序電流3I0也為0，故接地阻抗不滿足動作條件。

#3主變A套CSC-326D保護相間距離滿足保護裝置動作設計要求，而B套SGT 756保護由于裝置采樣存在誤差，相間距離計算阻抗值剛好落在阻抗圓邊界，裝置延時未到，故相間阻抗不滿足動作條件。

5 保護綜合結論

綜合各保護廠家報告及以上分析，此次220kV甲站#3主變及110kV甲乙線保護動作行為正確。基于此次線路主保護正確未動作的原因，若保護采用縱聯方向保護，建議在強送線路時不要帶負荷強送，避免出現類似擴大停電范圍的情況。

參考文獻

[1] 張軍昌.對某220kV變電站主變差動保護動作跳閘的原因分析[J].硅谷，2014，7（6）：176，184.

[2] 高三冰.某220kV變電站2#主變誤動分析[J].太原大學學報，2011，12（3）：138-140.

[3] 羅賢舉.某220kV變電站主變重瓦斯保護動作分析[J].電工技術，2010（7）：10，19.