繼電保護(hù)中低壓距離繼電器相關(guān)問題的分析與研究

國(guó)家電網(wǎng)福建省檢修公司 田傳鋒 徐育福 孫健

0 引言

繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,防止事故發(fā)生和擴(kuò)大起到關(guān)鍵性的決定作用，由于電力系統(tǒng)的特殊性，電氣故障的發(fā)生是不可避免的，一旦發(fā)生局部電網(wǎng)和設(shè)備事故，而得不到有效控制,就會(huì)造成對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的破壞和大面積停電事故，現(xiàn)代化大電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的依賴性更強(qiáng),對(duì)其動(dòng)作正確率的要求更高。本文以福建省某的220kV某電站由于區(qū)外故障而造成220kV線路間隔201開關(guān)與202開關(guān)三跳的典型事故為背景，分析了距離III段出口動(dòng)作的原因，以資交流。

1 基本原理

RCS-900系列保護(hù)裝置設(shè)置了低壓距離繼電器，當(dāng)正序電壓小于10%Un時(shí)時(shí)進(jìn)入低壓距離程序模塊，此時(shí)只可能有三相短路和系統(tǒng)振蕩二種情況,本文主要考慮在近區(qū)發(fā)生三相短路時(shí)解決它穩(wěn)態(tài)特性中的一些問題。該保護(hù)的距離保護(hù)元件是以正序電壓為極化量的阻抗繼電器，在故障發(fā)生40ms之內(nèi)采用帶記憶的正序電壓作極化量，所以僅考慮極化電壓消失前后，其對(duì)三段式距離保護(hù)動(dòng)作的影響以及該系列保護(hù)裝置消除死區(qū)所采取的措施。

1.1 RCS-900系列線路保護(hù)Ⅰ、Ⅱ段接地阻抗繼電器的構(gòu)成方法

根據(jù)文獻(xiàn)[6]的相關(guān)理論分析可知，阻抗繼電器暫態(tài)動(dòng)作特性可保證正、反向出口短路時(shí)繼電器正確動(dòng)作。進(jìn)入短路穩(wěn)態(tài)階段時(shí)記憶作用已消失，繼電器按穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性工作，如果正序極化電壓又是零，將可能出現(xiàn)正方向出口拒動(dòng)，反向出口短路誤動(dòng)的情況，因此RCS-900系列保護(hù)裝置采取了消除出口短路的死區(qū)措施。具體方法為：在其極化電壓中另外加入一個(gè)插入電壓Uins（門檻電壓），使極化電壓不為零。相當(dāng)使其正向短路時(shí)的穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性向第Ⅲ象限偏移以繼續(xù)消除正向出口短路的死區(qū)；使其反向短路時(shí)的穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性向第Ⅰ象限上拋以解決反向短路時(shí)的誤動(dòng)。Uins一般為0.06倍的額定電壓。極化電壓加入插入電壓后正向和反向三相短路時(shí)，測(cè)量阻抗ZK在阻抗復(fù)數(shù)平面的動(dòng)作特性分別如圖6a、b所示。

圖1 極化電壓加入插入電壓后正向和反向三相短路的穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性

從圖1可以看出，正方向三相短路時(shí)，其動(dòng)作特性包括原點(diǎn)，能保證距離保護(hù)不拒動(dòng)，反方向三相短路時(shí)，保護(hù)不誤動(dòng)。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試插入電壓

1.2 RCS-900系列線路保護(hù)Ⅲ段接地阻抗繼電器的構(gòu)成方法

對(duì)于低壓距離第Ⅲ段主要希望起到后備作用，所以使用的插入電壓不再采用切換的方法，而固定采用倒置的插入電壓。這樣它的正方向或反方向三相短路的穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性都是如圖1a所示。正方向出口發(fā)生三相短路時(shí)在暫態(tài)動(dòng)作特性和穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性里繼電器都處于動(dòng)作狀態(tài)，消除了出口短路的死區(qū)。使第Ⅲ段保護(hù)起到了后備保護(hù)的作用。當(dāng)反方向出口發(fā)生三相短路時(shí)，雖然在暫態(tài)動(dòng)作特性中繼電器不動(dòng)作，但是到了穩(wěn)態(tài)動(dòng)作特性時(shí)繼電器將誤動(dòng)。

2 案例分析

2.1 事故經(jīng)過

當(dāng)日某變電站附近區(qū)域出現(xiàn)雷雨天氣。故障前站內(nèi)為正常運(yùn)行方式，沒有檢修工作。故障時(shí)，站內(nèi)設(shè)備的動(dòng)作情況如下：

1）18:35:05.280 110kV系統(tǒng)側(cè)101開關(guān)雷擊三相近區(qū)故障，相間距離I段出口，重合閘成功。

2）18:35 #1站變400V側(cè)401開關(guān)、#2站變400V側(cè)402開關(guān)跳閘，400V系統(tǒng)失電；#1直流電源消失。

3）18:35:05.784 220kV某線路201開關(guān)跳閘，保護(hù)屏跳A、跳B、跳C燈亮，開關(guān)三跳不重合。保護(hù)行為：WXH-803線路保護(hù)2818毫秒相間距離III段出口跳三相，2912毫秒縱差遠(yuǎn)跳出口。902線路保護(hù)沒有保護(hù)動(dòng)作報(bào)文，有故障波形。 同時(shí)，另一回220kV線路202開關(guān)跳閘，保護(hù)屏跳A、跳B、跳C燈亮，開關(guān)三跳不重合。由于直流系統(tǒng)失電，RCS-931保護(hù)及LFP-902A保護(hù)報(bào)告丟失。因220kV故障錄波裝置掛在#1直流系統(tǒng)，只錄到900毫秒左右的波形。

4）18:41兩臺(tái)站變恢復(fù)運(yùn)行，18:43 #1直流電源恢復(fù)運(yùn)行。

2.2 事故原因

事故發(fā)生時(shí)，220kV某線路保護(hù)RCS-902裝置保護(hù)的故障錄波如圖2所示。

圖2 220kV某間隔故障錄波波形

根據(jù)故障錄波資料分析，在110kV系統(tǒng)三相近區(qū)故障期間，造成系統(tǒng)電壓下降（其中220kV母線電壓下降到65%），站用變400V側(cè)低壓脫扣動(dòng)作，2臺(tái)站變失電，因此時(shí)＃1蓄電池組失效，造成掛在＃1直流母線上的負(fù)荷失電，使得220kV電壓公用回路中電壓切換繼電器失磁，220kV保護(hù)電壓回路失壓。

110kV系統(tǒng)遭雷擊后，220kV兩間隔的202開關(guān)與201開關(guān)線路保護(hù)裝置已起動(dòng)，不再進(jìn)入PT斷線閉鎖程序，此時(shí)220kV母線電壓二次失壓相當(dāng)于發(fā)生母線三相故障，進(jìn)入低壓距離程序，由于距離保護(hù)要?jiǎng)幼鞯某隹诘碾娏鳁l件必須滿足I1＞0.06In。從錄波圖上可知，當(dāng)保護(hù)裝置跳閘時(shí)三相負(fù)荷電流約1.6A，即I1＞0.06×5＝0.3A，所以滿足電流條件，由前面分析可知，低壓距離I、II段由于啟動(dòng)后判為反方向上拋，測(cè)量阻抗為零時(shí)不會(huì)落入動(dòng)作區(qū)，因此RCS-902的低壓距離I、II段沒有動(dòng)作，距離Ⅲ段固定反偏包原點(diǎn)，測(cè)量阻抗為零時(shí)落入保護(hù)動(dòng)作區(qū)，達(dá)到其延時(shí)后即可動(dòng)作，造成220kV線路間隔201開關(guān)與202開關(guān)三跳。

2.3 整改措施

1）改進(jìn)站用變低壓側(cè)開關(guān)保護(hù)，取消低壓瞬時(shí)脫扣或增加延時(shí)功能；

2）對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)排查，逐個(gè)檢查蓄電池組單體電壓和內(nèi)阻，請(qǐng)專家與蓄電池廠家共同對(duì)失效蓄電池組解體研究，進(jìn)一步分析蓄電池開路的故障原因；

3） 目前各個(gè)廠家的微機(jī)保護(hù)中電壓互感器斷線閉鎖原理大致相同，即在起動(dòng)元件不起動(dòng)的情況下，判別Ua+Ub+Uc＜8V,U1＜30V是否滿足閉鎖要求，如滿足要求，經(jīng)過1.25s后發(fā)告警或二次回路異常信號(hào)并閉鎖距離保護(hù)，對(duì)于低壓距離繼電器，可以和廠家溝通，在保護(hù)起動(dòng)元件起動(dòng)的條件下，如出現(xiàn)類似TV斷線（直流系統(tǒng)失負(fù)荷）是否需要閉鎖距離保護(hù)值得進(jìn)一步討論。

3 結(jié)束語

本文分析了三相故障時(shí)，低壓繼電器的保護(hù)原理、動(dòng)作方程、內(nèi)部邏輯，以及RCS-902系列采取的消除出口短路的死區(qū)措施。以某省一座220kV變電站由于雷擊造成110kV線路三相近區(qū)故障，引起220kV兩線路間隔開關(guān)三跳的一起典型事故為背景，結(jié)合故障錄波分析了實(shí)際運(yùn)行中存在的問題。提出了解決問題的具體方法和改進(jìn)措施，對(duì)今后各發(fā)供電單位預(yù)防與分析此類事故的發(fā)生有一定的借鑒作用。

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[7]RCS-902A(B/C/D)型超高壓線路成套保護(hù)裝置技術(shù)說明[Z]書.南京南瑞繼保電氣有限公司.