遼寧電網(wǎng)零序電流反時(shí)限保護(hù)速動(dòng)性分析

陶 冶，田鵬飛

(遼寧省電力有限公司調(diào)度控制中心，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

為落實(shí)《國(guó)家電網(wǎng)繼電保護(hù)整定計(jì)算技術(shù)規(guī)范》 (Q/GDW422—2010)，根據(jù)《東北電網(wǎng)500 kV系統(tǒng)繼電保護(hù)整定計(jì)算原則》的要求，遼寧電網(wǎng)500 kV系統(tǒng)零序后備保護(hù)由兩段定時(shí)限方向過流保護(hù)改為反時(shí)限方向過流保護(hù)。采用反時(shí)限零序電流保護(hù)，能在保證零序電流保護(hù)選擇性前提下有效簡(jiǎn)化零序電流保護(hù)整定的計(jì)算量，縮短了繼電保護(hù)整定計(jì)算時(shí)間，減少了繼電保護(hù)整定計(jì)算人員誤整定幾率［1－4］。

1 遼寧電網(wǎng)反、定時(shí)限動(dòng)作特性

1.1 遼寧電網(wǎng)反時(shí)限動(dòng)作特性及整定原則

遼寧電網(wǎng)500 kV反時(shí)限零序電流保護(hù)選用IEC標(biāo)準(zhǔn)反時(shí)限特性曲線，零序啟動(dòng)電流Ip整定為300 A，時(shí)間系數(shù)Tp整定為0.8 s。為實(shí)現(xiàn)反時(shí)限零序電流保護(hù)與相鄰線路接地距離保護(hù)及主變零序電流保護(hù)的配合關(guān)系，對(duì)反時(shí)限零序電流保護(hù)增加一固定延時(shí) 0.5 s［5－7］。

遼寧電網(wǎng)反時(shí)限零序過電流保護(hù)特性方程為

式中 Tp——時(shí)間系數(shù);

Ip——零序電流反時(shí)限啟動(dòng)定值。

1.2 遼寧電網(wǎng)原定時(shí)限整定原則

遼寧電網(wǎng)原配備兩段定時(shí)限方向過流零序電流保護(hù)，即四段式零序電流保護(hù)中的零序三段、零序四段。零序三段保護(hù)為金屬性接地故障的后備保護(hù)，與接地距離二段保護(hù)作用相同，保證本線路末端接地故障有靈敏度，并為零序四段提供配合。零序三段與上級(jí)線路的零序三段配合，與接地距離二段時(shí)間相配合。零序四段一般固定為300 A，作為零序保護(hù)的最后一段，主要用于反映輸電線路高阻接地故障，短路電流較小時(shí)，零序四段可靠切除此類故障。該段與上級(jí)線路的零序三段、四段相配合。

2 金屬性故障不相繼動(dòng)作時(shí)間

遼寧南部電網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 遼寧南部500 kV電網(wǎng)拓?fù)鋱D

如圖1所示，選取遼寧南部電網(wǎng)瓦房店變、金家變、南關(guān)嶺變、雁水變、黃海變?yōu)樗憷?。系統(tǒng)方式為大方式，即以上5站所有出線不斷線，系統(tǒng)所連機(jī)組全部運(yùn)行。故障類型選取單相金屬性接地。反時(shí)限及定時(shí)限保護(hù)動(dòng)作特性均不考慮相繼動(dòng)作。其動(dòng)作特性如表1所示。

由表1可見，反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作時(shí)間在流過本保護(hù)的零序電流較小 (1 500～3 000 A)時(shí)其動(dòng)作時(shí)間對(duì)故障電流比較敏感，變化也相對(duì)劇烈，流過保護(hù)的數(shù)百安培的故障電流改變就可能帶來(lái)秒級(jí)的動(dòng)作時(shí)間改變;反時(shí)限零序保護(hù)發(fā)生保護(hù)遠(yuǎn)端故障時(shí)，其動(dòng)作時(shí)間略小于原零序定時(shí)限時(shí)間或與之相同。以金瓦線為例，當(dāng)金瓦線金家變側(cè)故障時(shí)，線路中流過的零序電流為885 A，對(duì)側(cè)瓦房店變側(cè)的反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為3.01 s，而原定時(shí)限保護(hù)時(shí)間定值為3.2 s，兩者相差僅0.19 s。當(dāng)故障發(fā)生在反時(shí)限保護(hù)近端時(shí)，其動(dòng)作速度多在2 s以內(nèi)，明顯快于定時(shí)限保護(hù)，接近于距離保護(hù)。同樣以金瓦線為例，當(dāng)金家變側(cè)發(fā)生故障時(shí)，線路中流過的零序電流為6 144 A，本側(cè)的反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為1.89 s，原定時(shí)限保護(hù)定值為5.3 s，兩者相差3.41 s。

3 金屬性故障保護(hù)相繼動(dòng)作時(shí)間

表1算例未考慮保護(hù)相繼動(dòng)作的影響。若考慮保護(hù)相繼動(dòng)作，定時(shí)限保護(hù)由于在金屬性故障時(shí)線路兩段零序保護(hù)均由零序三段動(dòng)作，故相繼動(dòng)作特性與不相繼動(dòng)作相同。而反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作特性由流經(jīng)保護(hù)的零序電流值決定，故受相繼動(dòng)作影響較大，正常情況下，相繼動(dòng)作將使對(duì)端保護(hù)加速動(dòng)作，以更快的時(shí)間切除故障。根據(jù)遼寧電網(wǎng)反時(shí)限零序過電流保護(hù)特性方程，相繼跳閘過程中對(duì)側(cè)相繼跳閘加速時(shí)間為

式中 t——遠(yuǎn)端保護(hù)相繼跳閘加速時(shí)間;

表1 金屬性故障定、反時(shí)限跳閘時(shí)間

t′——近端保護(hù)動(dòng)作時(shí)間;

I′0、I″0——分別為近端跳閘前遠(yuǎn)端故障電流、近端跳閘后遠(yuǎn)端故障電流。

以南雁線為例，若考慮相繼跳閘，則在近端保護(hù)跳閘后遠(yuǎn)端的保護(hù)出現(xiàn)加速現(xiàn)象，南雁線相繼跳閘下保護(hù)動(dòng)作特性如表2所示。

表2 南雁線相繼跳閘下保護(hù)動(dòng)作特性

由表2可見，當(dāng)南雁線南關(guān)嶺變側(cè)發(fā)生故障時(shí)，若保護(hù)相繼動(dòng)作，則雁水變反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作時(shí)間在首端南關(guān)嶺變側(cè)于2.39 s跳閘，這將比不相繼時(shí)加速0.11 s。當(dāng)南雁線雁水變側(cè)發(fā)生故障時(shí)，相繼時(shí)首末端動(dòng)作時(shí)間相差不超過0.5 s。由于首端保護(hù)在末端保護(hù)0.5 s延時(shí)過程中已經(jīng)保護(hù)動(dòng)作(需0.5 s延時(shí)出口)，在這種情況下雖然首端在終端保護(hù)跳開后故障電流加大，但不會(huì)影響首端保護(hù)的跳閘時(shí)間。因此，若故障線路首末端不相繼情況下反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間相差在0.5 s以下，則在相繼動(dòng)作中不會(huì)出現(xiàn)加速情況;若故障線路首末端不相繼情況下反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間相差在0.5 s以上時(shí)，相繼動(dòng)作中后跳閘的保護(hù)將出現(xiàn)加速現(xiàn)象［8－9］;由于相繼動(dòng)作后故障電流的轉(zhuǎn)移有時(shí)相對(duì)劇烈，這種加速在某些情況下將大幅加快相繼跳閘后保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

由計(jì)算數(shù)據(jù)與分析可總結(jié)出零序保護(hù)由定時(shí)限改反時(shí)限對(duì)遼寧電網(wǎng)繼電保護(hù)帶來(lái)的影響。反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與故障電流成反比例函數(shù)的特性使故障情況下近端的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間短于傳統(tǒng)定時(shí)限保護(hù)，有利于快速切除故障。在相繼動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，遠(yuǎn)端保護(hù)通過加速亦能相對(duì)于原來(lái)的定時(shí)限保護(hù)較快地切除故障。零序反時(shí)限的應(yīng)用一定程度上加快了遼寧電網(wǎng)零序后備保護(hù)的動(dòng)作速度，有利于快速切除部分因故障點(diǎn)阻抗特性導(dǎo)致的測(cè)量阻抗不在距離保護(hù)范圍內(nèi)的高阻故障［10］。

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