500 kV線路單相永久性故障兩側(cè)重合閘動作不一致的分析

鄧潔清 ，劉一丹，喬星金，高 磊

(1.江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京210036；2.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103)

500 kV變電站多采用3/2斷路器接線方式。在這種接線方式下，重合閘配置在開關(guān)保護上，且線路保護與開關(guān)保護可能是不同廠家生產(chǎn)，原理也不盡相同。這就使開關(guān)的重合閘及其配合顯得比較復(fù)雜。本文針對一條500 kV線路發(fā)生的單相永久性接地故障，通過分析故障錄波圖和裝置動作邏輯，闡述了線路兩側(cè)動作行為不同的原因，并在此基礎(chǔ)上對保護動作行為作出評價，并提出值得思考的地方。

1故障概述

1.1故障情況

故障前，系統(tǒng)運行情況如圖1所示。線路A側(cè)5041開關(guān)、5042開關(guān)合環(huán)運行，B側(cè)5043單開關(guān)運行。線路兩側(cè)的保護配置如下：A側(cè)兩套線路保護為ABB公司的REL561裝置（光纖差動保護）、開關(guān)保護為南瑞繼保的RCS921A裝置；B側(cè)兩套線路保護為ABB公司的REL561裝置，開關(guān)保護為ABB公司的REB551裝置。線路兩側(cè)差動保護的差動門檻值為0.3In，開關(guān)保護重合閘時間為邊開關(guān)0.7 s、中開關(guān)1.2 s，重合閘方式為單相重合閘。

圖1故障前系統(tǒng)運行圖

故障時，線路C相在K處接地（距離B側(cè)較近，并以此記為0 ms），則A側(cè)故障電流為4.12In、B側(cè)故障電流為3.12In。兩側(cè)開關(guān)在53 ms跳開C相切除故障電流；B側(cè)5043開關(guān)C相在824 ms重合，此時故障并未消除，隨后在864 ms時5043開關(guān)三相跳開；A側(cè)5041開關(guān)、5042開關(guān)C相一直沒有重合，在901 ms時5041開關(guān)、5042開關(guān)三相跳開。兩側(cè)故障波形如圖2所示。

圖2線路兩側(cè)故障波形圖

（1）從兩側(cè)故障波形可以看出。線路C相發(fā)生永久性接地故障，后經(jīng)巡線發(fā)現(xiàn)是由于線路附近不安全施工造成的。（2）B側(cè)的開關(guān)動作情況基本符合單相永久性接地故障的特征，C相跳開，重合于故障，緊接著三相跳開；A側(cè)的開關(guān)C相跳開沒有重合直接三相跳開。

下面對保護動作情況進行分析，查找A側(cè)開關(guān)沒有重合直接三跳的原因。

1.2保護動作情況

通過比對兩側(cè)的故障錄波圖，確定兩側(cè)線路保護動作時間相同，這和兩側(cè)線路保護采用ABB公司的REL561裝置有關(guān)。以故障發(fā)生時刻為0 ms，其他事件量變位時刻皆為相對時間。兩側(cè)事件量變位信息如表1所示。

表1兩側(cè)事件量變位信息表

（1）當線路發(fā)生單相接地故障時，B側(cè)線路保護動作跳單相，727 ms時5043開關(guān)保護重合閘動作，由于故障沒有消失，開關(guān)合上后線路保護又感受到故障，隨后加速跳開三相。所以使得B側(cè)5043開關(guān)單跳、單重、加速三跳。（2）當線路發(fā)生單相接地故障時，A側(cè)線路保護動作跳單相，850 ms時線路保護再次動作跳單相，879 ms時5041開關(guān)、5042開關(guān)保護溝通跳三相。所以A側(cè)5041開關(guān)、5042開關(guān)先單跳再三跳而沒有重合的原因是開關(guān)保護重合閘沒有動作，且開關(guān)三跳不是因為線路保護動作造成的，而是由于開關(guān)保護發(fā)出了三跳命令。

2故障分析

2.1相關(guān)保護邏輯分析

REL561裝置的單相跳閘邏輯如圖3所示 （以C相分析，其他相類似）。當保護動作后，發(fā)出展寬150 ms的跳閘脈沖信號。該信號一方面去開關(guān)保護啟動重合閘，另一方面去自保持邏輯形成最終的跳閘出口信號到操作屏。而國產(chǎn)保護的跳閘信號是故障消失后收回，而沒有固定展寬，同時自保持邏輯是通過操作屏的自保持回路實現(xiàn)的[1]。

圖3 REL561跳閘邏輯圖

開關(guān)保護REB551在重合閘條件滿足的前提下，收到線路保護的跳閘信號即開始計時，達到重合閘動作延時，則發(fā)出合閘命令。與此不同的是，開關(guān)保護RCS921A在重合閘條件滿足的前提下，在線路保護的跳閘信號返回后開始計時。

（1）RCS921A的重合閘開始計時方式是基于國產(chǎn)線路保護的跳閘邏輯，故障消失后跳令即收回。而REB551的重合閘開始計時方式是基于ABB公司線路保護的跳閘邏輯，不管故障是否消失跳令，固定展寬150 ms。目前國內(nèi)主流保護廠家的開關(guān)保護重合閘開始計時方式均與RCS921A相同。

（2）當 REL561和 RCS921A，REB551配合時，理論上RCS921A的重合閘出口時間將比REB551的重合閘出口時間慢150 ms。

2.2動作原因分析

從表1得知，故障發(fā)生后24 ms兩側(cè)線路保護動作發(fā)出C相跳令，53 ms時兩側(cè)開關(guān)C相跳開。B側(cè)5043開關(guān)保護裝置REB551收到線路保護的跳閘信號后，立即開始計時；而A側(cè)5041開關(guān)、5042開關(guān)保護RCS921A在線路保護跳令復(fù)歸后才開始計時。727 ms時B側(cè)5043開關(guān)保護REB551發(fā)出重合命令 （重合閘動作時間整定為0.7 s），而此時A側(cè)的開關(guān)保護重合閘延時還沒走完。824 ms時B側(cè)5043開關(guān)C相合上，因此時故障沒消失，則兩側(cè)的線路保護感受到差流，保護必然動作[2]，但兩側(cè)保護動作行為并不一樣。

（1）B側(cè)保護動作行為。由于5043開關(guān)保護發(fā)出重合命令的同時，也發(fā)出合于故障的信號給線路保護，當5043開關(guān)C相合上，而故障依然存在時，線路保護啟動合于故障邏輯，加速跳開5043開關(guān)三相。

（2）A側(cè)保護動作行為。對側(cè)5043開關(guān)在824 ms時重合C相于故障，因此線路保護感受到差流，而此時由于5041開關(guān)、5042開關(guān)保護重合閘動作延時未到，所以重合閘不會動作，線路保護也就沒有啟動合于故障邏輯，而是認為C相再次發(fā)生故障，故而動作再次發(fā)出C相跳閘命令到5041開關(guān)、5042開關(guān)保護和其操作屏。這里需要說明的是RCS921A的溝通三跳邏輯，如圖4所示。在重合閘啟動200 ms后，如果有跳閘開入則重合閘放電，所以當5041開關(guān)、5042開關(guān)保護再次收到線路保護的跳閘信號時，重合閘立即放電，啟動溝通三跳邏輯，于879 ms時，發(fā)出三相跳閘命令，跳開5041開關(guān)、5042開關(guān)三相。

通過以上分析，得出動作原因是由于兩側(cè)開關(guān)保護重合閘邏輯不同，導(dǎo)致B側(cè)開關(guān)保護重合閘先動作，而此時故障未消失，A側(cè)線路保護感受到差流，再次發(fā)出單相跳閘信號給本側(cè)的開關(guān)保護，使其重合閘放電不重合，進入溝通三跳邏輯[3]。

圖4 RCS921A溝通三跳邏輯圖

3保護動作評價及思考

（1）由于線路兩側(cè)開關(guān)保護重合閘開始計時方式的差異，是導(dǎo)致一側(cè)重合閘沒有動作，無意中使得其開關(guān)免受短路故障沖擊，對開關(guān)本身以及系統(tǒng)穩(wěn)定都有好處。如線路的一側(cè)是弱電源，則沒有單相重合再三相跳開的過程對于系統(tǒng)穩(wěn)定意義重大。其實在3/2接線方式中，邊開關(guān)和中開關(guān)采用順序重合閘就是考慮到當線路發(fā)生單相永久性接地故障時，邊開關(guān)先重合，發(fā)現(xiàn)故障未消除由線路保護加速跳開邊開關(guān)和中開關(guān)，使得中開關(guān)免受一次短路故障沖擊，保持系統(tǒng)穩(wěn)定[4]。（2）對于3/2接線方式的系統(tǒng),如果某條線路的邊開關(guān)與中開關(guān)保護配置不一致時,就需要考慮到其重合閘時間的設(shè)定問題，以避免出現(xiàn)2個開關(guān)幾乎同時重合于故障。（3）通過分析發(fā)現(xiàn)，線路保護裝置REL561在沒有收到合于故障信號的前提下，短時間內(nèi)感受到同一相兩次故障，只是發(fā)出兩次故障相的跳閘命令而不發(fā)出三跳命令。這也是A側(cè)開關(guān)三跳是由開關(guān)保護實現(xiàn)而非線路保護實現(xiàn)的原因之一。而對于短時間內(nèi)感受到同一相兩次故障，國產(chǎn)保護則是采用先單跳再三跳的邏輯。兩種設(shè)計并無優(yōu)劣之分，只是專業(yè)人員在分析故障時需要加以注意[5]。（4）如果線路主保護配置縱聯(lián)距離或者縱聯(lián)方向保護，當線路發(fā)生單相永久性接地故障，兩側(cè)開關(guān)跳開故障相后，一側(cè)開關(guān)重合故障時，由于另外一側(cè)開關(guān)還沒有重合，所以縱聯(lián)距離保護或者縱聯(lián)方向保護感受不到故障電流 （而差動保護卻可以感受到差流），故而不會動作，其開關(guān)保護重合閘繼續(xù)計時，開關(guān)依然可以重合[6]。

4結(jié)束語

通過對上述故障中保護動作情況的深入分析，知道國外開關(guān)保護和國內(nèi)開關(guān)保護的重合閘邏輯不同，在進行配合時，導(dǎo)致線路兩側(cè)不同的動作行為，同時也發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外線路保護的跳閘邏輯也是不同的。這些不同之處基于不同的設(shè)計理念，在保護設(shè)備選型時要加以注意。當然目前500 kV保護逐步國產(chǎn)化，也就不存在這些問題，但是充分理解國內(nèi)外保護裝置邏輯的差異，在適當?shù)膱龊霞右岳?，可以收到很好效果，這是保護專業(yè)人員值得注意的。

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