一起較為特殊的線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作行為分析

蔡振華 陳志光 張弛

廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600

1. 保護(hù)動(dòng)作情況簡(jiǎn)述

2009年2月13日22:30，某線(xiàn)路（該線(xiàn)路一側(cè)為電廠，一側(cè)為變電站）A相發(fā)生經(jīng)高阻接地故障。線(xiàn)路主I保護(hù)兩側(cè)高頻零序保護(hù)正確動(dòng)作跳開(kāi)A相，并重合成功，主II保護(hù)兩側(cè)高頻零序保護(hù)保護(hù)均有停信而無(wú)動(dòng)作出口。

2. 保護(hù)動(dòng)作情況示意圖

圖1 保護(hù)動(dòng)作情況示意圖

3. 主二保護(hù)動(dòng)作情況分析

3.1 主二保護(hù)中高頻保護(hù)的動(dòng)作過(guò)程

圖2 主二保護(hù)動(dòng)作邏輯圖

如圖2，發(fā)生高阻接地故障時(shí)，該裝置的高頻保護(hù)動(dòng)作過(guò)程是：高頻保護(hù)啟動(dòng)，選相元件判為單相故障，先投入接地距離元件，因是高阻接地故障，接地距離元件未動(dòng)作，則再投入零序方向元件。零序方向保護(hù)投入后，有50ms內(nèi)保護(hù)動(dòng)作出口和50ms內(nèi)保護(hù)未動(dòng)作出口兩種情況。

（1）50ms內(nèi)有動(dòng)作出口

零序保護(hù)投入后，判為正方向故障后本側(cè)停信，保護(hù)元件不再判斷方向，始終保持停信狀態(tài)，等待對(duì)側(cè)停信，當(dāng)兩側(cè)均停信時(shí)間達(dá)到8ms時(shí)保護(hù)出口。

（2）50ms內(nèi)無(wú)動(dòng)作出口

若50ms內(nèi)保護(hù)未出口，則重新發(fā)信，再投入零序方向元件來(lái)判斷方向（每隔10ms判斷一次），判為正方向時(shí)停信，兩側(cè)均停信時(shí)間達(dá)到20ms時(shí)保護(hù)出口。若方向元件從反方向動(dòng)作轉(zhuǎn)為正方向動(dòng)作將帶60ms延時(shí)（40ms延時(shí)停信，再加20ms延時(shí)確認(rèn)兩側(cè)都停信才跳閘）。

（3）50ms內(nèi)保護(hù)無(wú)動(dòng)作出口則取消停信的原因

裝置設(shè)計(jì)為50ms內(nèi)保護(hù)未出口將取消停信，繼續(xù)發(fā)信，這是為防止發(fā)生功率倒向時(shí)保護(hù)誤動(dòng)，具體分析如下。

a. 功率倒向及其對(duì)保護(hù)動(dòng)作的影響

功率倒向是指平行雙回線(xiàn)或環(huán)網(wǎng)中其中一回線(xiàn)路出現(xiàn)內(nèi)部故障時(shí)，若兩側(cè)開(kāi)關(guān)切除不同時(shí),故障被切除期間另一回非故障線(xiàn)路的故障電流可能出現(xiàn)倒換方向的現(xiàn)象。如圖3，假如開(kāi)始時(shí)短路功率由A站流向B站（虛線(xiàn)箭頭方向）,如斷路器DL2比斷路器DL1先跳閘，在DL2跳閘后DL1跳閘前這段時(shí)間內(nèi)，乙線(xiàn)的功率發(fā)生倒向（實(shí)線(xiàn)箭頭方向）。

圖3 功率倒向示意圖

如果發(fā)生功率倒向現(xiàn)象，一側(cè)的短路功率由正方向轉(zhuǎn)為反方向時(shí)，保護(hù)的零序方向元件有個(gè)判斷時(shí)間，從停信狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)信狀態(tài)也需要一段時(shí)間，另一側(cè)短路功率由反方向轉(zhuǎn)正方向時(shí)，如果發(fā)信狀態(tài)轉(zhuǎn)為停信狀態(tài)速度比較快，會(huì)造成兩側(cè)出現(xiàn)短時(shí)的均處于停信的狀態(tài)，保護(hù)會(huì)誤動(dòng)。

b. 根據(jù)“四統(tǒng)一”設(shè)計(jì)的高頻收發(fā)信機(jī)所采取的防誤動(dòng)措施

為防止功率倒向發(fā)生時(shí)閉鎖信號(hào)中斷導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，以前根據(jù)“四統(tǒng)一”設(shè)計(jì)用于高頻閉鎖保護(hù)的收發(fā)信機(jī)，在收信延續(xù)時(shí)間超過(guò)50ms后，當(dāng)一側(cè)的短路功率由反方向轉(zhuǎn)為正方向時(shí)，不會(huì)立即停信，而是繼續(xù)發(fā)30ms閉鎖信號(hào)后才復(fù)歸，來(lái)保證方向倒換過(guò)程中閉鎖信號(hào)不中斷。目前的高頻收發(fā)信機(jī)都只單純靠保護(hù)觸發(fā)來(lái)收發(fā)信，其他功能均由保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，

c. 該線(xiàn)路保護(hù)裝置所采取的防誤動(dòng)措施

該線(xiàn)路保護(hù)裝置對(duì)功率倒向可能引發(fā)誤動(dòng)所采取的措施是：若故障50ms內(nèi)高頻保護(hù)若未出口，則收回停信令，由方向元件重新判斷方向，此后保護(hù)方向元件從反向轉(zhuǎn)為正向動(dòng)作將帶60ms延時(shí)（40ms延時(shí)停信，再加20ms延時(shí)確認(rèn)兩側(cè)都停信才跳閘）。取50ms為分界時(shí)間的原因是對(duì)于區(qū)內(nèi)一般性故障，保護(hù)在50ms內(nèi)能出口，若50ms內(nèi)未出口則考慮可能為外部故障；另外，考慮外部故障切除所需時(shí)間等因素，功率倒向現(xiàn)象只能在50ms后發(fā)生。

3.2 主二保護(hù)收發(fā)信情況

（1）主二保護(hù)發(fā)信情況

a. 電廠側(cè)

由主二保護(hù)動(dòng)作報(bào)告（圖4）可見(jiàn)，0采樣點(diǎn)時(shí)，零序電流發(fā)生突變，可知故障發(fā)生時(shí)刻與動(dòng)作報(bào)告上的0采樣點(diǎn)時(shí)刻幾乎為同一時(shí)刻，故可認(rèn)為：從故障發(fā)生時(shí)刻起，12ms后高頻啟動(dòng)，此時(shí)裝置開(kāi)始發(fā)信，30ms后高頻零序保護(hù)停信，到50ms時(shí)高頻保護(hù)一直未出口,因此50ms后裝置取消停信繼續(xù)發(fā)信,77ms后高頻零序保護(hù)停信。

圖4 電廠側(cè)主二保護(hù)動(dòng)作報(bào)告

b. 變電站側(cè)

通過(guò)比對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，保護(hù)動(dòng)作報(bào)告（圖5）中－11采樣點(diǎn)時(shí)刻與保護(hù)錄波圖（圖6）故障發(fā)生時(shí)刻幾乎為同一時(shí)刻，即高頻保護(hù)動(dòng)作報(bào)告上0采樣點(diǎn)時(shí)刻滯后故障發(fā)生時(shí)刻11*5/3ms=18.4ms（每周波12點(diǎn)采樣，每?jī)刹蓸狱c(diǎn)間隔是5/3ms）。故可認(rèn)為，從故障發(fā)生時(shí)刻起，25.4ms后高頻啟動(dòng)，此時(shí)裝置開(kāi)始發(fā)信，48.4ms后高頻零序保護(hù)停信，68.4ms時(shí)裝置取消停信繼續(xù)發(fā)信，96.4ms后高頻零序保護(hù)停信。

圖5 變電站側(cè)主二保護(hù)動(dòng)作報(bào)告

圖6 變電站側(cè)主二保護(hù)電流錄波圖

據(jù)以上分析，畫(huà)出電廠側(cè)和變電站側(cè)保護(hù)自身發(fā)信情況示意圖（見(jiàn)圖7、圖8，圖中橫坐標(biāo)0表示故障發(fā)生時(shí)刻，下同）。對(duì)比兩圖可見(jiàn)變電站側(cè)高頻啟動(dòng)比電廠側(cè)延遲13.4ms。

（2）主二保護(hù)收信情況（包括接收本側(cè)和對(duì)側(cè)的發(fā)信）

圖7 電廠側(cè)保護(hù)自身發(fā)行情況示意圖

圖8 變電站側(cè)保護(hù)自身發(fā)行情況示意圖

由圖7、圖8，可知兩側(cè)主二保護(hù)投入第二次高頻保護(hù)后，在故障被切除前，兩側(cè)均為收信狀態(tài)，主二保護(hù)不會(huì)動(dòng)作出口，故以下主要分析兩側(cè)在第一次高頻保護(hù)投入后，第二次高頻保護(hù)投入前的收信情況。

為更精確推算出兩側(cè)收發(fā)信情況，現(xiàn)調(diào)出線(xiàn)路兩側(cè)收發(fā)信機(jī)裝置內(nèi)部的事件報(bào)文，如圖9、圖10。

圖9 電廠側(cè)收發(fā)信機(jī)事件報(bào)文

圖10 變電站側(cè)收發(fā)信機(jī)事件報(bào)文

a. 電廠側(cè)

電廠側(cè)第一次發(fā)信時(shí)間為12ms（相對(duì)于故障發(fā)生時(shí)刻，見(jiàn)圖7），對(duì)應(yīng)事件報(bào)文里的第一次啟信時(shí)間01:44:07:433（見(jiàn)圖9，略去報(bào)文時(shí)間前的年、月、日，下同），其收到自發(fā)信號(hào)（此時(shí)對(duì)側(cè)還未開(kāi)始發(fā)信）的報(bào)文時(shí)間為01:44:07:437，則電廠側(cè)第一次收信時(shí)刻相對(duì)故障發(fā)生時(shí)刻為16ms。30ms后本側(cè)停信（見(jiàn)圖7），只接收對(duì)側(cè)信號(hào)，48.4ms時(shí)對(duì)側(cè)也停信，此時(shí)電廠側(cè)收信返回的報(bào)文時(shí)間為01:44:07:472，相對(duì)故障發(fā)生時(shí)刻為51ms，同時(shí)本側(cè)又開(kāi)始第二次發(fā)信（報(bào)文時(shí)間也是01:44:07:472），本側(cè)收到自發(fā)信號(hào)（此時(shí)對(duì)側(cè)還未發(fā)信）的報(bào)文時(shí)間為01:44:07:476，則電廠側(cè)第二次收信時(shí)刻相對(duì)故障發(fā)生時(shí)刻是55ms。

畫(huà)出電廠側(cè)主二保護(hù)收信情況示意圖（見(jiàn)圖11）。

圖11 電廠側(cè)收信（接收本側(cè)與對(duì)側(cè)信號(hào)）情況示意圖

b. 變電站側(cè)

變電站側(cè)主二第一次發(fā)信時(shí)間25.4ms（相對(duì)故障發(fā)生時(shí)刻，見(jiàn)圖8）對(duì)應(yīng)報(bào)文里的第一次啟信時(shí)間22:38:44:886（見(jiàn)圖10，下同），變電站側(cè)第一次收到電廠側(cè)信號(hào)的事件報(bào)文時(shí)間為22:38:44:880，其相對(duì)故障發(fā)生時(shí)刻為19.4ms。變電站側(cè)第一次停信時(shí)間是48.4ms（見(jiàn)圖8），其對(duì)應(yīng)報(bào)文里的第一次停信時(shí)間22:38:44:910，變電站側(cè)收信返回的時(shí)間為22:38:44:916，其相對(duì)故障發(fā)生時(shí)刻是54.4ms。50ms時(shí)電廠側(cè)第二次發(fā)信（如圖8），變電站側(cè)收到電廠側(cè)信號(hào)的報(bào)文時(shí)間為22:38:44:918，其相對(duì)故障發(fā)生時(shí)刻為56.4ms。

畫(huà)出變電站側(cè)主二保護(hù)收信情況示意圖（見(jiàn)圖12，橫坐標(biāo)0表示故障發(fā)生時(shí)刻）。圖12與變電站側(cè)主二保護(hù)收信情況的錄波圖（見(jiàn)圖13）基本相同。

圖12 變電站側(cè)收信（接收本側(cè)與對(duì)側(cè)信號(hào)）情況示意圖

由圖12、圖13可知，兩側(cè)主二保護(hù)投入第一次高頻保護(hù)后，兩側(cè)均停信的時(shí)間為2ms或4ms。

4. 主二保護(hù)動(dòng)作行為分析

主二保護(hù)無(wú)動(dòng)作出口的直接原因是兩側(cè)均停信持續(xù)時(shí)間僅為2ms和4ms，比裝置判停信確認(rèn)時(shí)間8ms短，不滿(mǎn)足高頻保護(hù)出口條件，故主二高頻保護(hù)沒(méi)能在第一時(shí)間動(dòng)作出口，之后故障被主一保護(hù)快速切除，造成主二高頻保護(hù)仍沒(méi)能動(dòng)作。

造成兩側(cè)均停信持續(xù)時(shí)間短的原因主要有兩點(diǎn)：

圖13 變電站側(cè)主二保護(hù)收信錄波圖

圖14 線(xiàn)路變電站側(cè)A相故障電流錄波圖

圖15 線(xiàn)路電廠側(cè)A相故障電流錄波圖

（1）變電站側(cè)高頻保護(hù)啟動(dòng)比電廠側(cè)延遲十多個(gè)毫秒，電廠已經(jīng)停信時(shí)變電站側(cè)還未停信。變電站側(cè)啟動(dòng)比電廠側(cè)慢的原因?yàn)椋?/p>

a.兩側(cè)保護(hù)啟動(dòng)元件用采樣點(diǎn)計(jì)算，具有離散性，使得兩側(cè)保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間也會(huì)有離散性而存在時(shí)差。

b.此次故障是經(jīng)高阻接地。對(duì)變電站側(cè)，由圖14可知，A相電流故障前約為0.8A，故障后逐漸降低接近到0,后又逐漸增大，而突變量電流啟動(dòng)的整定值是0.75A，現(xiàn)場(chǎng)電流變化量正好接近其整定值，又考慮到采樣點(diǎn)計(jì)算會(huì)存在誤差,結(jié)果造成突變量電流啟動(dòng)條件不滿(mǎn)足，高頻保護(hù)沒(méi)有啟動(dòng),直到故障發(fā)生后二十多毫秒A相電流增大到一定程度時(shí)高頻保護(hù)才啟動(dòng)。而對(duì)電廠側(cè)，由圖15可見(jiàn)，A相電流在故障后一直逐漸增大，高頻保護(hù)啟動(dòng)相對(duì)較快。

（2）保護(hù)裝置設(shè)計(jì)為高頻保護(hù)50ms內(nèi)未動(dòng)作出口則取消停信。投入第一次高頻保護(hù)后，電廠側(cè)高頻保護(hù)先啟動(dòng)開(kāi)始停信，待變電站側(cè)剛開(kāi)始停信時(shí)，電廠側(cè)因?yàn)?0ms內(nèi)保護(hù)未動(dòng)作出口而將停信令收回重新發(fā)信，導(dǎo)致兩側(cè)均停信的時(shí)間很短。

5. 結(jié)語(yǔ)

線(xiàn)路發(fā)生高阻接地故障時(shí)，變電站側(cè)高頻保護(hù)啟動(dòng)比電廠側(cè)慢，造成主二保護(hù)投入第一次高頻保護(hù)后，電廠側(cè)停信時(shí)，變電站側(cè)還未啟動(dòng)，當(dāng)變電站側(cè)剛啟動(dòng)時(shí)，電廠側(cè)因?yàn)?0ms內(nèi)保護(hù)未動(dòng)作出口重新發(fā)信，使得兩側(cè)均停信持續(xù)時(shí)間比裝置判停信確認(rèn)時(shí)間短，主二保護(hù)沒(méi)能第一時(shí)間出口，接著主一保護(hù)快速出口切除了故障，使主二保護(hù)不再有機(jī)會(huì)出口。

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