一起500 kV線路高抗保護跳閘故障分析

夏 武

(南方電網超高壓輸電公司柳州局，廣西 柳州 545006)

0 引 言

高壓并聯電抗器(高抗)是高壓輸電線路中的關鍵設備，對電力系統的穩定運行有至關重要的作用，而在電力系統實際運行中線路高抗會經常發生跳閘，由保護裝置將故障點迅速切除。錄波裝置和保護裝置記錄了故障時電流電壓的變化情況，結合保護報文、錄波波形可以分析電力系統發生的故障類型，判斷保護裝置的動作行為是否正確，確定故障點[1]。

1 故障前的運行情況及保護配置

500 kV MN線配置二套集成式線路保護，其中主一集成輔A保護采用PCS931N雙光纖差動保護，主二集成輔B保護采用CSC-103雙光纖差動保護。電氣一次接線為3/2接線方式，500 kV第二串聯絡5022斷路器保護為RCS-921A，500 kV MN線5021斷路器保護為RCS-921A，500kV MN線5021DK高抗電氣量保護為SGR-751，非電量保護為FST-BT500。故障前，MN線處于運行狀態，兩側變電站的單相重合閘投入。

圖1 系統接線方式圖Fig.1 System wiring diagram

2 保護動作分析

20時58分，500 kV MN線B相跳閘后三跳，重合閘不動作，以獨立故障錄波啟動時間對保護動作時序進行分析，動作時序如圖2所示。

2.1 線路保護動作情況分析

故障開始時刻，從錄波波形圖(見圖3)可以看到B相故障電流增大，并出現零序電流，B相故障電壓急劇降低，同時根據保護波形可以發現3U0與3I0的角度關系為3I0超前3U0100°左右，符合故障在保護區范圍內且為站側近區故障特征。

圖2 保護動作時序圖Fig.2 Timing diagram of protection action

圖3 故障錄波波形圖Fig.3 Waveform diagram of fault recording

保護判斷為區內故障，主一集成輔A保護縱聯差動、分相差動保護、接地距離I段分別動作跳B相，主二集成輔B工頻變化率阻抗保護、縱聯差動保護、接地距離I段分別相繼動作跳B相(見圖4)，保護正確動作。

圖4 主保護波形Fig.4 Waveforms of main protection

2.2 高抗保護動作情況分析

2.2.1 差動保護

高抗差動保護是取主電抗各相首端和尾端之間的差流作為動作判據的保護(如圖5所示)，主要是在電抗器差動區內發生故障時快速切除電抗器，以確保電抗器的安全，其動作判據為：

Id≥Id，set

其中：Id為電抗器差動電流；Id，set為差動電流門檻值。

高抗差動保護取高壓側、低壓側套管TA，根據圖6錄波圖分析，B相差動電流為0，故障電流呈現穿越電流特征，說明故障點在區外，故兩套高抗差動保護不動作。

2.2.2 匝間保護

高抗一般都是分相式結構，主要是單相接地和匝間短路故障，相間故障一般發生在高抗引線上。匝間故障在高抗故障中占有較大比率，且由于發生匝間故障的電流是穿越性的，差動保護對匝間保護不反映，使得故障要靠單獨匝間保護元件來切除。因此，匝間短路保護也是電抗器的主保護[2]。

圖5 保護功能與TA回路關系圖Fig.5 Relationship between protection function and TA loop

SGR-751匝間保護是由電抗器高壓零序電流、零序電壓組成的零序阻抗繼電器，彌補了阻抗補償原理存在過補償和欠補償，補償度難整定的不足[3]。

內部單相接地故障。在電抗器內部發生單相接地故障時，零序電源在電抗器內部，零序電壓、零序電流關系如圖7所示。此時系統U0=-I0jXs，零序電流超前零序電壓，測量到的是系統的零序阻抗[4]。

圖6 高抗保護波形Fig.6 Waveform of high resistance protection

圖7 內部接地短路時U0和I0Fig.7 U0 and I0 for internal grounding short circuit

外部單相接地故障。電抗器外部發生單相接地故障時，零序電源在電抗器外部，零序電壓及零序電流的關系如圖8所示。這時系統U0=I0jXL0，零序電流滯后零序電壓，測量到的是電抗器的零序阻抗[5]。電抗器發生故障時，可以由系統零序回路中零序電源的位置來決定故障位置所在位置(是在電抗器內部還是在系統中)[6]。結合故障錄波圖6分析，故障時高抗保護零序電流滯后高抗保護零序電壓，判別為區外故障，故匝間保護不動作。

圖8 外部接地短路時U0和I0Fig.8 U0 and I0 for external grounding short circuit

2.2.3 非電量保護

根據《南方電網500 kV變壓器保護及并聯電抗器保護技術規范》《中國南方電網公司繼電保護反事故措施匯編釋義》技術要求非電量應有一路經非電量保護裝置延時出口，其余跳閘型非電量保護和失靈聯跳均采用直跳。并聯電抗器非電量保護除重瓦斯投跳閘以外，其他均投信號，不出口跳閘[7]。非電量保護包括主電抗器的輕瓦斯、重瓦斯、壓力釋放、冷卻器故障、油溫、繞組溫度等保護，均由電抗器引入相應的接點構成。

此次非電量保護16 ms壓力釋放動作發告警，32 ms重瓦斯動作跳ABC三相，并向主一集成輔A、主二集成輔B保護發送遠跳命令，跳對側開關，保護動作正確。

3 結 語

根據保護動作情況分析，高抗電氣量保護為區外故障，線路保護區內故障，故障測距為站內，結合現場外觀檢查情況，定位為MN線高抗B相套管故障。

對于500 kV帶高抗的輸電線路，一旦出現線路跳閘，為正確分析故障原因以及定位故障點，應采取如下積極的防范措施：

1)對于線路兩端配置有行波測距裝置，一旦發現線路保護跳閘現象，應結合故障測距結果對線路保護進行分析。如果測距結果顯示為變電站近距離故障，應對站內設備，特別是高抗進行特殊巡視，快速定位故障點。

2)線路保護動作后，對高抗保護的波形分析，不能簡單的通過差動、匝間和非電量等高抗主保護未動作，而判定高抗設備本體無故障。這是因為高抗保護的保護范圍是通過高抗套管電流互感器的安裝位置來確定的，對于套管電流互感器以外的范圍(例如，套管與線路的連接部分)，高抗保護根本無法動作跳閘。

3)對于高抗與輸電線路的連接部分，積極推進聯線差動保護的可行性研究，通過配置聯線差動保護來識別高抗套管與變電站站內輸電線路連接部分的接地或相間故障，實現故障點的快速定位。