220 kV 線路保護雙重化關于單相接地故障相關保護的配合

武博

（大唐山西發電有限公司太原第二熱電廠電氣工程部，山西 太原 030041）

目前電網系統中220 kV 線路保護普遍采用保護裝置雙重化的配置，此種方式提高了電網運行的安全性和可靠性，但是也增加了兩套保護裝置間原理和相關接線的配合，而繼電保護人員往往針對單套保護裝置的模擬試驗較多，而對于兩套保護裝置間的配合研究較缺乏，本文以線路保護單相接地故障為例，分析了兩套保護之間的相關配合。

1 瞬時性單相接地故障重合閘

電力系統中，輸電線路的故障多數為瞬時性故障，大約占到故障總數的80%及以上，而這些瞬時性的故障普遍由雷電襲擊造成絕緣子表面的閃絡、樹枝觸碰引起線路的放電、絕緣子表面的污垢或者鳥類停留導線等原因造成的瞬間單相接地。此時，保護裝置只需將故障相別兩側斷路器斷開，致使故障相失電，從而切斷故障電流，然后再對故障相進行重合閘，由于非故障相在保護動作到重合閘周期內正常運行，單相重合閘后重新恢復系統三相運行狀態，此種方式縮短了保護動作的停電時間，縮小了停電范圍，大大提高了電力系統運行的可靠性和穩定性。

由于線路瞬間單相故障，致使保護裝置動作跳開故障相后，非故障的兩相正常運行，通過相間以及對地電容向故障點提供電容電流。與此同時，非故障相通過相間互感在故障相產生感應電勢，從而對故障點提供了感性電流，由此所產生的容性和感性分量共同向故障點提供的電流稱為潛供電流。由于潛供電流的存在，增加了故障點熄弧的時間，所以單相故障重合閘時間需大于潛供電流熄弧的時間，同時小于非全相保護動作的時間，重合閘才能順利成功。

隨著微機保護裝置的廣泛運用，兩套保護裝置間的誤差逐漸減小，對于重合閘保護，兩套保護裝置是可以同時投入運行，尤其對于單相重合閘方式，兩套保護裝置可以不設置閉鎖回路。案例一：山西某風電場220 kV 線路保護A、B柜分別配置為保護A 柜北京四方CSC-103 線路保護裝置加JZF-12F 操作箱、B 柜南瑞PCS-931 線路保護裝置，兩套保護裝置均設置重合閘方式為單相重合閘，重合閘設置時間為0.5 s，非全相保護設置時間為2 s。某日雷雨天氣，線路A相突然遭受雷擊，保護動作，斷開A 相開關后，重合A 相開關成功，線路重新恢復運行。檢查保護A 柜保護裝置動作記錄為14 ms 縱聯差動保護動作跳A 相，71 ms 單跳啟動重合閘，571 ms 重合閘動作；保護B 柜動作記錄為15 ms 縱聯差動保護動作跳A 相，560 ms 重合閘動作。兩套保護裝置雖然重合閘均動作，但是開關只重合一次，不會重復合閘。因為對于被保護的線路，如果發生瞬時單相故障時，對于微機保護而言，兩套保護動作到重合閘的時間非常接近，基本小于合閘指令發出到機構完成合閘的時間。即使兩套保護裝置重合閘時間存在很大的差異，斷路器都不可能出現重復合閘，因為如果一套保護裝置先發出重合指令并且開關重合成功后，第二套保護裝置再發出重合指令，此時斷路器的輔助接點斷開，從而重合閘控制回路斷開，所以此時即使再有合閘指令，斷路器不會發生再次合閘的情況。

2 單相接地故障重合閘失敗保護永跳的配合

若被保護線路發生單相故障，保護裝置動作斷開故障相斷路器后，故障相仍然有電流存在，此時兩套保護裝置均不應該發出重合閘指令，而是應該將斷路器三相迅速斷開。

例如案例一中被保護線路雙側斷路器，本側斷路器單相跳閘切斷故障電流重合閘成功，而對側斷路器單相跳閘后故障電流依然存在，斷路器未重合直接三相跳閘；對側所使用保護裝置與本側相同，均為A 柜北京四方CSC-103 線路保護裝置加JZF-12F 操作箱、B 柜南瑞PCS-931 線路保護裝置，兩套保護裝置重合閘方式也與本側相同，均為單相重合閘，重合閘設置時間為0.5 s，非全相保護設置時間為2 s。保護裝置動作記錄分別為：A 柜13 ms 縱聯差動保護動作跳A 相，動作記錄及出口只有A 相跳閘；B 柜7 ms 縱聯差動保護動作，159 ms 單相跳閘失敗，162 ms 三跳閉鎖重合閘。線路兩側斷路器相同的保護配置，定值相同，而在同一故障時，本側保護單相跳閘重合閘成功，而對側單相跳閘失敗，最終開關三相跳閘。繼電保護人員分析檢查后發現對側線路保護操作箱至GIS 斷路器匯控柜跳閘回路A 相和C 相接反，導致線路A 相接地故障時，保護雖正確選相出口，但實際A相斷路器未跳而C 相斷路器跳閘，A 相故障未切除，永跳三相。

此故障類型符合單相跳閘失敗情況，保護A 柜北京四方CSC-103 裝置判斷單相跳閘失敗判據為：在保護裝置發出單相跳閘命令后，若跳閘相無電流，保護裝置判斷為該相斷開；若跳閘相持續有電流且電流大于無電流門檻0.1In 時，保護裝置判斷為單相跳閘失敗，經250 ms 延時后，保護發三跳指令。保護B 柜南瑞931 裝置判斷單相跳閘失敗判據為：保護裝置發出單相跳閘指令后若跳閘相持續有電流且電流大于0.06In，保護裝置判斷為單相跳閘失敗，經150 ms 延時后，保護發三跳指令。所以該案例保護B 柜在A 相斷開后，仍有故障電流，經150 ms 后由于故障電流仍然存在，保護裝置發三跳指令將開關三相跳閘，而保護A 柜由于判斷單相跳閘失敗時間為250 ms，此時保護B 柜已將開關三相跳開，且保護裝置收到TWJ 信號，重合閘在單重方式時，保護動作三跳，或斷路器斷開三相，重合閘放電，保護只會發出單相跳閘指令且閉鎖重合閘。

由此可見，被保護線路發生單相接地故障且斷開相持續有電流時，保護裝置應判斷為單相跳閘失敗，若A、B 兩套保護裝置原理相近，并且計算單相接地故障時間相近時，兩套保護裝置均應發出單跳失敗，三相跳閘指令；若A、B 兩套保護裝置原理不同，計算單相接地故障時間差異較大時，其中較快的一套保護裝置應能發出單跳失敗，三相跳閘指令，而另一套保護裝置在收到開關三相TWJ 反饋后，閉鎖重合閘，保護動作結束。所以，當被保護線路發生單相故障并且判斷單相跳閘失敗時，兩套保護裝置不會發出重合閘指令，而是單相跳閘后，迅速發出三跳指令，閉鎖重合閘，將開關三相斷開。

3 永久性單相接地故障時重合閘后加速動作的配合

若被保護線路發生永久性單相接地故障，保護裝置在第一次斷開故障相時，故障電流切除，滿足重合閘條件，斷路器在重合閘后，故障電流又重新存在，此時保護裝置應快速斷開斷路器三相且閉鎖重合閘。

依舊以北京四方CSC-103線路保護裝置及南瑞PCS-931線路保護裝置為例，可以將此故障類型分成兩步，首先當發生接地故障至斷路器重合階段，此過程可等同于情況一瞬時性單相接地故障重合閘類型，由以上結論可得，在此過程中不管任何情況下斷路器都只會重合一次，不會重復合閘；接下來重合于故障保護后加速永跳階段：北京四方CSC-103線路保護在單重方式下，若重合于故障，零序加速動作經60 ms 延時保護永跳出口；南瑞PCS-931 線路保護單相重合閘時，若重合于故障零序過流加速延時60 ms 永跳出口；兩套保護裝置原理及保護出口時間基本相同，若在上一階段兩套裝置重合閘出口時間相近，此時兩套保護裝置均應加速永跳出口；若在上一階段兩套裝置重合閘出口時間差距較大，較快重合閘動作的裝置后加速永跳出口，而另一套保護裝置收到三相TWJ 信號，閉鎖本裝置重合閘出口，斷路器不會重合閘。所以線路發生永久性單相接地故障時，被保護斷路器斷開故障相后，只會重合一次，由于重合于故障，保護后加速永跳出口，斷路器三相斷開保護動作結束。

4 結論

隨著微機保護的廣泛應用，保護精度高、誤差小，220 kV線路保護雙重化配置中，兩套保護裝置均可以投入單相重合閘功能，且兩套重合閘保護之間不需要設置閉鎖。線路中發生任何形式的單相接地故障時，兩套保護裝置在重合閘出口配合時，斷路器最多只會重合一次，不會出現重復合閘，使故障擴大并且損壞斷路器的現象。