一次线路保护拒动（共3篇）
一次线路保护拒动 篇1
一、故障简介
2011年12月31日11时15分50秒, 110k V长南II线 (134-116) 发生B相接地故障, 长西站1号主变中压侧零序过流I段1时限1825m s跳母联130开关, 2号主变中压侧零序过压保护2369m s跳2号主变三侧开关, 长西站110k V北母全停。与此同时长中站2号主变、八义站2号主变零序过压保护跳开主变各侧开关。故障时运行方式简图如下:
二、保护动作分析
(一) 故障情况简述
根据录波图分析, 故障性质为134线路B相经过渡电阻接地故障, 故障发生至1825ms时, 1号主变中压侧零序过流I段I时限跳130开关。至此, 1号主变及110k V南母与故障点隔离, 恢复正常运行。2号主变带接地故障点运行, 由于110k V北母为不接地系统, 中性点零序电压升高。二次电压为3UO:199V (定值为180V, 0.5秒跳主变三侧, 长中站、八义站定值相同) 持续500ms后, 长西站2号主变中压侧零序过压保护动作跳三侧断路器。110k V长中站的2号主变和八义站的2号主变均由过压保护正确跳闸。
(二) 保护动作情况分析
对于本次事故, 起因线路发生高阻接地故障, 而134保护拒动则是本事故扩大的直接原因。事后, 保护人员对134保护装置及其相关回路进行了检查、试验。134保护由比相式距离保护和四段式零序方向过流保护组成的微机保护。检查结果显示、在发生故障时, 保护装置运行正常, 但保护只有启动报告, 而没有动作报告。而对启动报告进行打印后, 发现保护采集的电流、电压相量、持续时间均与故障时相吻合。随即模拟故障时的电流、电压量对保护进行试验, 发现保护加入故障量时, 接地距离I、II、III段均不动作, 而零序III、IV段保护于2.9S正确动作 (零序III、IV段定值均为1A、2.9S) 。后经反复试验、咨询相关技术人员, 得出了134保护拒的原因如下:
134线路发生了B相经高阻接地, 通过录波图可以看出, 故障发生时, 134保护的B相电压大约为51V, B相电流大约为21.5A, 其中B相电压大约超前B相电流15度。在本次故障中, 由于B相是经过渡电阻接地, 故保护的测量阻抗接近于R轴, 而对于距离保护而言, 为防止重负荷时距离保护误动, 保护的动作范围总是要避开接近R轴的区域。134距离保护采用比较工作电压和极化电压相位的原理来实现的:
工作电压:Uopφ=Uφ- (Iφ+K3I0) ZZd
极化电压:Upφ=-U1φ
比向方程:-90°
在本次故障中, 线路发生高阻接地故障, 故障相正序电压基本不变, 但是由于过渡电阻助增的作用, 故障电流与电压之间的夹角远小于线路阻抗角, 因此, 通过比向方程计算出的工作电压的相位发生了较大的变化, 超出了保护的动作区, 从而导致距离保护拒绝动作。134保护定值如下表:
134接地距离继电器测量相量:
后经询问厂家得知, 本次故障是由于故障点的过渡电阻较大, 导致测量阻抗在整定阻抗动作区外所致, 134保护未投入零序过流II段保护, 仅投入了作为系统总后备的零序III、IV段过流保护。由于主变保护的本侧零序后备保护要与系统侧零序后备相配合, 因此, 1号主变零序后备保护先于线路的零序最后一段后备保护动作跳开母联断路器, 导致110k V北母及其相关系统变成不接地的系统, 小系统内变压器中性点电压大幅升高, 达到间隙过压保护定值, 零序过压保护动作切除主变。
三、总结
本次故障发生的直接原因是110k V长南II线发生高阻接地, 比向式的距离保护未能切除故障。众所周知, 比向式距离继电器由于构成灵活, 只需改变不同的极化电压就可以得到不同的工作特性, 但比向式距离继电器在R轴附近的保护范围是由阻抗定值本身决定的, 因此, 比向式的接地距离继电器并不能保护线路区内发生的所有接地故障。
导致事故扩大的主要原因是由于保护配置的不够完善, 线路保护未能及时的切除本线故障。输电线路由于外部运行环境较为复杂, 线路接地故障中只有很小一部分是金属性接地故障, 而对于经较大过渡电阻的接地故障, 不能单纯的增加保护定值来扩大保护范围, 只能辅以近后备段的零序过流保护来进行切除。因此, 除非像220k V线路一样配置了完善的双重保护, 零序过流保护可以仅作为系统的远后备保护。否则, 切不可弱化零序过流保护的近后备功能, 以防止类似的事故再次发生。
受变压器中性点绝缘水平的限制, 高压主变保护均配备有防止中性点过电压的零序过压 (0.5S总出口) 和间隙过流保护 (0.3S出口本侧) , 但从实际的运行情况来看, 系统发生接地故障时, 由于故障点零序电压最高, 受电端的主变不接地, 从而没有零序压降, 间隙过流保护很可能先于线路II段保护动作, 提前切除受端主变。为此, 宜为110k V线路保护配置成熟的光纤纵联差动保护作为线路的主保护, 辅以三段式距离保护和近后备的零序过渡保护作为110k V线路保护的标准配置, 从而保证线路保护的可靠性和速动性, 避免类似的事故重现于电网。
一次线路保护拒动 篇2
由于零序电流保护具有原理简单、动作可靠、正确动作率高等优点,在我国大电流接地系统各电压等级的线路上,都装设了零序电流保护做基本保护。微机保护普遍采用自产零序电流、电压工作,但这并不意味着微机保护完全不需要外接零序。本文介绍了一起因外接零序电流未接而造成的保护拒动。
1 故障及检查概况
2008年4月某变电站扩建工程,施工完毕,在对新上的一条110 kV线路保护进行零序保护测试时,发现无论怎么加量,保护根本不启动,发生拒动。由于尚未投运,未造成任何损失。
1.1 二次回路检查情况
由于该间隔是新建间隔,首先怀疑二次回路施工存在问题。按照设计的施工图纸经现场仔细认真检查,保护二次装置接线、保护端子排、装置背板二次线排列整齐、接线正确,无螺丝、线头松动现象;PT、CT变比接线极性均正确;各项反措执行到位。二次回路施工符合要求,不存在问题。
1.2 保护测试仪检查情况
换来另一套正常的测试仪进行测试,结果仍然拒动。被换走的测试仪对其他设备做保护测试,可以正常使用。保护测试仪正常。
1.3 保护装置检查情况
甩开所有的二次回路,按照保护装置说明书[1]的说明直接接试验线,直接加量到装置进行测试,零序保护正常启动,正确动作。装置工作正常。但是发现,施工设计的二次图纸二次回路接线与说明书显示的典型接线有所不同。在施工设计图纸中,保护装置交流电流回路中的外接零序电流端子没有任何接线,如图1[2];而典型接线则是保护装置交流电流回路中的外接零序电流端子串接在CT中线上,如图2。
2 保护拒动原因分析
根据检查情况,初步判断:外接零序电流没有接入是保护拒动原因。询问设计人员得知,没有按厂家典型接线设计的原因是:做设计时,尚未收到完整的厂家资料,但是已知该保护使用自产零序电压电流作为动作判据,故外接零序端子没有接线,没有其他特殊原因。随后,按照说明书所示的接线更改了二次回路,再次进行测试,保护正确动作,证实了初步判断。
通过仔细阅读说明书发现:虽然保护中零序方向、零序过流元件均采用自产的零序电流计算,但是零序电流的启动元件仍由外部的输入零序电流计算,不接零序电流,所有与零序电流相关的保护均不能动作。进一步证实了拒动原因。
3 使用自产与外接零序电流的原因
由于微机保护具有很强的运算能力,由保护装置软件计算产生(自产)零序电流、电压,能够满足对保护性能的要求,同时这样做还可以避免因零序回路极性接错而造成的不正确动作,所以微机线路保护普遍采用自产零序电压、电流工作。
按照说明书的典型接线,接入保护装置的外接零序电流与保护装置自产的零序电流在二次回路及保护装置正常时是一致的,仅存在很小的误差。采用外接零序电流启动保护,不会影响保护的动作行为。如果外接零序电流与保护装置自产的零序电流之间的差异超出了一定范围,则说明二次回路等存在问题,从而可采取一定措施防止保护发生不正确动作。举个例子,正常运行时,零序电流仅是很小的不平衡电流,假设装置内A相小CT出现问题,装置感受不到正确的A相电流,将出现较大的自产零序电流,如果仅用自产零序电流就可能误动。由于保护装置采用外接零序电流启动,而此时流入装置的外接零序电流端子的电流仅是很小的不平衡电流,保护不会启动,从而避免了可能发生的误动。
4 结论
在二次回路设计过程中,设计人员在根据实际情况调整典型设计方案时,一定要做深入细致的分析,必要时要和厂家技术人员共同确定,避免由于对保护原理及保护装置的了解不够深入而造成的失误或事故。
参考文献
[1]RCS-941系列高压输电线路成套保护装置技术和使用说明书[Z].南京:南京南瑞继保电气有限公司.
一次线路保护拒动 篇3
电流差动保护已经完全取代纵联方向(距离) 保护,成为线路纵联保护配置的首选。为了防止CT断线的影响,电流差动保护要求线路两侧的保护元件均启动动作才能出口[1,2,3]。基于暂态的电流突变量启动元件和基于稳态的零序电流启动元件配合应用,是高压线路保护最常用的保护启动元件,理论分析和工程实践表明在系统故障时能有效启动保护。
高压线路发生高阻接地故障时,基于双端电流信息的电流差动保护的保护性能要强于其他类型的保护[4,5,6,7,8,9,10]。在超高压和特高压线路上,保护灵敏度应允许更大的过渡电阻,如500 k V线路要求300 Ω、 1 000 k V线路甚至要求600 Ω,这对电流差动保护在高阻故障时的动作性能提出了更高的要求。高阻故障的故障点位置、系统运行方式、接地电阻大小会影响线路两侧故障电流的分配,高阻故障的发生发展形态会影响不同算法原理的保护继电器灵敏度(如故障突变量元件对逐渐发展的高阻故障无能为力)[11,12]。如若某些情况下线路区内高阻故障时, 造成线路一侧的保护元件无法启动动作,将会导致电流差动保护拒动。
本文结合一起实际运行系统线路中发生的高阻接地故障,分析电流差动保护拒动的原因,并提出改进措施,通过RTDS(实时数字仿真系统)仿真试验证明了改进措施的有效性。
1事故经过及分析
某地500 k V某线路发生A相故障,M侧保护装置的零序II段于2.3 s后动作跳闸,M侧开关跳开后,N侧故障电流助增,两侧的差动保护动作跳闸。
M侧故障时故障电流突变相对较小,故障电流逐渐变大,故障相电压变化不明显,故障相电压超前电流的角度较小。N侧故障相电压基本无变化, 故障电流非常小,保护装置和故障录波器甚至无法启动。由此故障特征可以判断是线路上发生了高阻接地故障,两侧的故障电流电压波形见图1、图2。
N侧零序电流3I0仅0.04 A(二次值,下同) 小于启动定值,零序电压3U0仅0.1 V,保护没有启动;M侧3I0为0.49 A大于启动值可以启动保护, 3U0虽然有3 V,但由于故障过程中故障电流是逐渐增大的,所以零序电压突变量Δ3U0仅0.4 V,零序电压的变化量不足以强制启动N侧,导致电流差动保护无法动作。随着高阻接地故障的持续发展, M侧故障电流逐渐增大,达到零序II段动作定值并在满足延时条件后于2.3 s动作跳闸,见图1。
当M侧开关跳开后,故障电流全部从N侧流入故障点,电流助增突变使得N侧保护启动,差动电流元件满足动作条件,由于此时M侧保护仍然处于启动过程中,所以N侧电流差动保护可以动作出口,见图2。
通过对两侧故障录波数据进行计算分析,故障跳闸前M侧A相电流为0.69 A、零序电流为0.66 A, N侧A相电流为0.03 A、零序电流为0.04 A,由此计算A相差动电流为0.66 A,制动系数为0.9满足动作条件;零序差动电流为0.62 A,制动系数为0.88也满足动作条件。由于N侧故障电流远小于M侧, 因此推断,如果故障初始时刻N侧保护能启动,则线路两侧电流差动保护能较早地切除故障。
此次高阻接地故障的特点归纳起来有两点:一是两侧故障电流分配相差极大,其中一侧故障电流太小;二是故障缓慢发展故障电流逐渐增强。前者与故障点位置有关,后者则是由故障性质决定。
2电流差动保护在高阻接地故障时的启动及动作逻辑现状的分析
考虑到CT断线等异常状况可能造成电流差动保护误动作,因此在保护设计规范中明确提出,电流差动保护在两侧启动元件和本侧差动元件同时动作时才允许差动保护出口,且差动电流元件不能单独作为保护的启动元件。
高压线路保护装置一般采用电流突变量启动元件、零序过流启动元件等,对于弱馈线路故障或高阻接地故障,由于会出现一侧故障电流太小(本文对线路故障后故障电流很小的一侧统称为弱故障侧)而无法启动,还辅之以弱故障侧电压降低或零序电压有突变的条件,这对弱馈线路故障及部分高阻接地故障可以取得保护效果。但当发生如本文所述类似发展性高阻接地故障时,仍会因为启动元件灵敏度不足而造成电流差动保护无法动作。如图3所示。
忽略线路分布电容等影响,根据零序网络图可求出流入故障点总的零序电流为式(1)。
按照分布系数的定义,两侧零序故障电流分别为
所以,两侧母线处零序电压为
由式(1)、式(2)可以看出,虽然流入故障点的零序电流大小与过渡电阻及故障点两侧零序阻抗有关,但分配到线路两侧的零序电流分配关系与过渡电阻无关,仅与故障点两侧零序阻抗分配情况有关。
当Zsn0+Zln0>>Zsm0+Zlm0时,即故障点靠近M侧时,Im0>>In0,此结论与金属性接地故障时一样。此时若过渡电阻Zf较大,则总零序电流很小, N侧零序电流就更加小,达不到启动元件动作灵敏度的要求。
而对于线路两侧母线处的零序电压,其大小是流经本侧的零序电流与背后系统零序阻抗的乘积, 若背后的系统零序阻抗趋于0时,在零序电流不可能无穷大的情况下,零序电压值也会趋于0。虽然实际运行系统中系统等效零序阻抗不会为0,但在高阻故障时由于零序电流很小,所以母线处零序电压也会很小。另外,零序电流逐渐增大时零序电压也会变大,但电压突变量相对很小,这与故障发展性质有关。
通过以上分析,高阻故障的故障点位置、系统零序阻抗、过渡电阻大小会影响线路两侧零序电流的分配,可能会出现两侧零序电流均很小的情况, 也可能会出现一侧大一侧小的情况,那么故障电流小的一侧电流量启动元件无法动作;高阻故障的发生发展形态会影响不同算法原理的保护继电器灵敏度,基于突变量算法的元件对逐渐发展的高阻故障无能为力。
从故障对系统稳定和设备安全的影响来看,如果说一侧在故障后的故障电流非常小,允许带延时的切除故障,那么另一侧的故障电流较大却没有快速切除,则是存在一定风险的。因此有必要深入研究电流差动保护的相关逻辑,并提出有效的改进方法。
3高阻接地故障时电流差动保护启动逻辑改进方法
电流差动保护针对弱馈系统故障、高阻故障等情况专门设立的各种辅助启动元件,总结其特点就是利用双端信息的本侧电流、本侧电压、对侧电流、对侧电压中的至少两个信息,其出发点也是为了避免CT断线等异常状况造成电流差动保护启动并动作。
因此,提出电流差动保护在高阻故障时的启动逻辑改进思路:1充分挖掘双端信息,如双端信息的组合可以是同一侧的电流和电压信息;2当双端信息仍然无法解决弱故障侧的启动灵敏度时,可仅用强故障侧电流信息,但需要能区别于CT断线特征。
具体方法是,在现有电流量启动元件基础上, 增加如下辅助启动条件。如果故障后弱故障侧电流量启动元件灵敏度不足无法动作,则依靠新增辅助启动条件使得电流差动保护启动。
1)双端零序电压辅助启动条件
任一侧零序电压满足式(6)或式(7)。
其中:3U0是保护采集的零序电压;Δ3U0是零序电压突变量;固定门槛U0set可取0.5~1 V(二次值);U0fdmk为零序电压浮动门槛,即正常运行期间的不平衡零序电压;可靠系数k1可取1.2~1.5。
根据图3零序故障网络,区内故障时保护测量到的零序电压是背后系统零序阻抗上的电压,一般情况下即使线路正常运行时有不平衡零序电压,但出现零序电压的突变肯定是系统中发生了故障或者运行方式的突然变化,就算是区外扰动满足上述条件使得电流差动保护启动,电流差动继电器也不会误动作。
式(7)所用零序电压突变量在部分高阻故障时有效,但在类似本文提到的发展性高阻故障时会无法动作,而此时式(6)所用的稳态零序电压是有效补充。
2)双端零序电流辅助启动条件
电流量启动元件无法动作的弱故障侧零序电流满足式(8),或电流量启动元件动作的强故障侧零序电流满足式(9)。
3I0是保护采集的零序电流,弱故障侧判据式(8)中的固定门槛I0set可取装置精工电流值,其小于保护的零序电流启动定值,而零序电流浮动门槛I0fdmk即为正常运行期间的不平衡零序电流,可靠系数k2可取1.2~1.5。在多数高阻故障情况下线路两侧均有零序电流流过,但受分配关系影响,弱故障侧的零序电流往往会小于整定的零序电流启动值而无法启动保护,因此本判据采用较低的固定门槛,在弱故障侧有明显的区别于不平衡运行的零序故障电流时,即可作为保护辅助启动条件。
强故障侧判据式(9)是考虑到在高阻故障极端情况下,弱故障侧基本没有零序电流和零序电压, 而强故障侧又因为背后系统零序阻抗小的原因使得零序电压辅助启动条件不能动作,而设置的最后一道启动开放条件。判据中的Ifh是指线路正常运行时的负荷电流,设置1.2~1.5的可靠系数k3,就是为了能可靠躲过CT断线产生的零序电流。
3)双端零序电流电压辅助启动逻辑
当满足上述条件1或条件2时,再结合强故障侧电流启动信息,可启动弱故障侧电流差动保护, 逻辑如图4所示。
4仿真试验
利用RTDS仿真试验对改进后的电流差动保护辅助启动元件的适应性进行了测试。选用了如图3所示的理想双电源单回线模型,M侧电源正序阻抗0.21+j12.4 Ω,零序阻抗0.43+j35.1 Ω,N侧电源正序阻抗1.45+j83.2 Ω,零序阻抗2.7+j199.8 Ω。500 k V线路长度400 km,正序阻抗0.022+j0.28 Ω/km,正序容抗0.241×106Ω/km,零序阻抗0.183+j0.86Ω/km,零序容抗0.579×106Ω km。在区内高阻接地故障测试项目中,设置K1(M侧出口)、K2(线路中点)、K3(N侧出口)三个故障点,过渡电阻从1 000 Ω 起以50 Ω 一档逐步减小。不同负荷工况反映在两侧电源电势相角差,分别试验了在重负荷(两侧系统电势差30°)、轻负荷(两侧系统电势差10°)下,不同过渡电阻和故障点时,改进前后的电流差动保护启动动作性能,结果见表1、表2。
表中“√”表示保护动作,“×”表示保护不动作。结果表明,改进后的电流差动保护,在线路两侧K1、K3点发生高阻接地故障时动作性能提高明显,这与理论分析结果一致。在线路中间K2点故障时,由于分配到两侧的零序故障电流相近,可能两侧都无法启动保护,保护性能最差,但考虑到此种情况下两侧零序电流一般较小,对系统危害影响较小。而负荷电流对高阻接地故障的保护性能的影响是,重负荷运行时制动电流增大会降低分相差动继电器性能,零序差动继电器性能不变,但较大的负荷电流会使得本文提出的双端零序电流辅助启动条件的灵敏度降低,从而影响电流差动保护的动作性能。
5结论
本文提出了一种改进的电流差动保护双端零序电流电压辅助启动方法,借助线路两侧电流或电压中的故障分量信息,大大提高了在靠近线路一侧故障而远故障侧仅感受到很小故障量时的电流差动保护动作性能。采用新方案的保护逻辑在通过仿真及动模试验验证后,将实施于电网已运行保护设备, 可有效解决部分高阻接地故障时电流差动保护无法动作的实际问题。
摘要：通过对一起线路高阻接地故障时电流差动保护拒动的分析,得出是由于弱故障侧电流启动元件灵敏度不足使得线路两侧差动保护启动元件没有同时动作的原因。因此提出了一种改进的电流差动保护双端零序电流电压辅助启动方法。改进后的辅助启动元件借助线路两侧电流或电压中的故障分量信息,提高了弱故障侧电流差动保护启动性能。现场故障录波数据回放以及RTDS仿真结果显示,改进后的电流差动保护在高阻接地故障,尤其是对于在靠近线路一侧故障而远故障侧仅感受到很小的故障量时,动作性能有明显提升。