故障錄波測距裝置判相失敗的原因

張樹培，熊紅英

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司保山供電局，云南 保山 678000)

0 前言

相比行波測距裝置，故錄對故障測距的準(zhǔn)確性從原理上存在劣勢，但考慮到經(jīng)濟性和運維成熟度，故障錄波裝置仍然是一些新建變電站的首選。故障錄波裝置的現(xiàn)場選相測距，目前所采用的模型和算法有一些局限性，典型故障的時候還好，但對于一些復(fù)雜情況，如同塔雙回線同時發(fā)生不對稱故障的故障分析上多次出現(xiàn)故障錄波裝置的相別判斷與保護裝置不一致的情況，因此，提高故障分析準(zhǔn)確性是故障錄波裝置廠家修正與升級的方向之一。

1 故障錄波裝置的主要功能

故障錄波裝置的主要功能有兩個，一個是對線路運行參數(shù)和電氣量進(jìn)行實時監(jiān)測，另外一個是對線路故障時的故障量波形進(jìn)行記錄并基于記錄數(shù)據(jù)對故障進(jìn)行分析，在故障分析結(jié)果中，故障測距可以為線路人員查找故障點提供參考，而正確的選相是保證測距結(jié)果正確的前提。

2 故障錄波裝置選相的基本原理

故障錄波裝置實際上采用了一個比較復(fù)雜的綜合邏輯進(jìn)行選相，是以電流選相原理為主，當(dāng)電流邏輯不成立的時候，再去找電壓邏輯。多次與廠家交流故障分析經(jīng)驗得出，國電武儀的錄波裝置最核心的選相方式為相電流差工頻變化量選相，而深圳雙合的錄波裝置最核心的選相方式為電流序分量選相。

相電流差工頻變化量選相流程如圖1 所示:首先計算各相突變量和相電流差突變量:ΔIab，ΔIbc，ΔIca，再根據(jù)故障特征:單相接地——兩非故障相電流差幾乎為0;兩相短路——兩故障相電流差最大;兩相接地——與兩相短路相同，可通過比較零序變化量判斷是否接地;三相短路——三個相電流差變化量幾乎相等進(jìn)行判相。

其中ΔIab≈ΔIca≈ΔIbc的判定條件為:

(ΔIbc＜＜ΔIab) ＆＆ (ΔIbc＜＜ΔIca) 的判斷條件為:

是否接地的判斷條件為:

即零序突變量電流大于定值。選相的邏輯、公式均是以其中的一種故障情況為例，其余故障情況類似推倒。

電流序分量選相的基本流程如圖2:先對故障點前后電氣量進(jìn)行采樣，利用式(3)判斷有無零序電流，若有零序電流則明確是接地故障，再根據(jù)零序電流和負(fù)序電流的夾角以及正序電流和負(fù)序電流的夾角判斷是屬于哪一類型的接地故障(夾角范圍與故障類型對應(yīng)情況詳見圖3［1］:零負(fù)序電流與正負(fù)序電流比相劃分圖與表1 零負(fù)序電流與正負(fù)序電流比相劃分表;若無零序電流

圖2 故障錄波裝置非對稱故障選相邏輯圖

則對有無負(fù)序電流進(jìn)行判斷，有負(fù)序電流時通過對正序電流和負(fù)序電流的夾角判斷出是哪種相間故障，無負(fù)序電流時通過對三相電流電壓的幅值判斷出屬于三相短路故障還是無故障。

圖3 零負(fù)序電流與正負(fù)序電流比相劃分圖

表1 零負(fù)序電流與正負(fù)序電流比相劃分表

3 雙回線故障的故障錄波分析

2015 年1 月18 日03 時28 分29 秒，220 kV保騰Ⅰ、Ⅱ回線同時發(fā)生故障兩側(cè)斷路器跳閘，其中220 kV 保騰Ⅰ回發(fā)生B 相接地故障，220 kV保騰Ⅱ回發(fā)生AB 兩相接地故障。而故障錄波裝置對保騰I 回線的判相結(jié)果與保護裝置不一致:騰沖變側(cè)保騰I 回線采用深圳雙合的故障錄波裝置，判相結(jié)果為BC 相接地短路，保山變側(cè)采用了國電武儀的故障錄波裝置，判相結(jié)果為AB 相接地短路。

裝置在查找故障點的時候，是針對線路的全部數(shù)據(jù)，從前到后遍歷數(shù)據(jù)，查找選相條件成立的點，并以此為參考，確立故障點。利用故障點前后一個周期的電氣量進(jìn)行突變量判斷，在突變量判斷完成后再推半個周期進(jìn)行序分量選相。所以選取故障前一周波、故障后一周波與故障一周波后推半周波的電氣量進(jìn)行分析，為保證與裝置分析數(shù)據(jù)的一致性，故障前后一周波的數(shù)據(jù)選擇與報文顯示的數(shù)據(jù)一致。

1)對比故障前后一個周波的電氣量:保騰Ⅰ回A 相電流由0.041 A 突變?yōu)?.396 A，B 相電流由0.040 A 突變?yōu)?.625 A，C 相電流由0.038 A 突變?yōu)?.160 A，各相電流的突變均大于0.1 倍額定電流，從定值上Iφ＞0.1In滿足電流突變量啟動;

2)零序電流從 0 A 突變?yōu)?0.356 A(126.3°)，從定值上I0＞0.1In判斷為接地故障;

3)故障后一個半周波的arg (I0/I2)=293.7°－ 208.5°=85.2°，在(30°，90°)范圍內(nèi)，故障判相為BC 相短路接地，判相結(jié)束。保山變側(cè)保騰Ⅰ回線故障量，結(jié)合相電流突變量選相方法對其進(jìn)行分析:

1)對相電流變化量進(jìn)行計算:

ΔIca=1.972 20 A 最小，ΔIab=7.856 11 A最大。

2)計算式(2)不滿足，即ΔIab≈ΔIca≈ΔIbc的判定條件不滿足，所以不是三相短路;

3)最小，計算

不滿足，即(ΔIca＜＜ΔIab)＆＆(ΔIca＜＜ΔIbc)的判定條件不滿足，所以不是B相接地;

4)ΔIab最大，同時零序電流由0.04 A 突變至1.202 A，I0＞Iset0，滿足接地故障的判定條件，故障錄波裝置判斷為AB 短路接地，判相結(jié)束。

本次的故障現(xiàn)象較為復(fù)雜，不僅受另外一條線路故障的影響，也受本線路對側(cè)保護動作的影響，通過兩臺錄波裝置按照各自的選相邏輯均選相失敗可以看出，目前故障錄波裝置利用單端電氣量選相的方法在判別復(fù)雜故障時準(zhǔn)確性還有待加強。為了提出更好的解決辦法，做了以下幾點分析:

1)利用電壓選相方法帶入兩側(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算不能得出B 相接地的判相結(jié)果。雖然電壓選相方式不能更好的改進(jìn)該問題，但為了解決某些大電阻故障時，電流變化很小的情況，電壓選相的邏輯建議保留。

2)根據(jù)角度的計算，騰沖變側(cè)故障錄波數(shù)據(jù)中在判相邊界值“90°”附近，利用選擇更多的點進(jìn)行分析，分別能得到AB 相接地短路、B相接地短路和BC 相接地短路的判相結(jié)果。繼續(xù)運用電流序分量選相的方法對保山變側(cè)數(shù)據(jù)分析，也能找有符合B 相接地短路的點。所以故障錄波裝置的選相邏輯應(yīng)該將相電流突變量選相和電流序分量選相結(jié)合。

3)本次故障雖然復(fù)雜，但兩側(cè)保護(北京四方的CSC－103 系列保護裝置)均判斷為B 相接地短路并單跳單重，正確動作。光差保護，在GPS 定位系統(tǒng)的輔助下采用具備絕對同步的雙端數(shù)據(jù)進(jìn)行判相和測距，其精確度高于故障錄波裝置。我們將兩側(cè)廠家的錄波文件轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)格式，利用山大電力的波形分析軟件進(jìn)行雙端測距，得出AB 相接地短路，也不能選擇出B 相接地短路的結(jié)果，且測距結(jié)果并不理想。

4)廠家的分析軟件中手動測距菜單可以手動選擇B 相接地短路從而得出更加準(zhǔn)確的測距結(jié)果，啟用“手動測距”是目前面對此類問題比較好的一種應(yīng)對方法。

4 改進(jìn)意見

根據(jù)分析結(jié)果，認(rèn)為故障錄波裝置對于220 kV 及以上線路的選相可以從兩個方面來完善，一方面是完善邏輯，將使用較為普遍的相電流突變選相、電流序分量選相和電壓選相用或邏輯整合使用。另一方面是借鑒保護裝置的判相結(jié)果，從開關(guān)量上對單相短路故障進(jìn)行判斷，判斷方式如圖4 所示(以A 相為例其他類似)。

圖4 開關(guān)量選相邏輯圖

在確立故障點前后5 個周期內(nèi)保護動作完成，在該段時間內(nèi)，單相接地故障若正確動作必然帶來保護單跳和跳閘相動作的開關(guān)量至“1”，而保護三跳的開關(guān)量動作為“0”。將保護單跳、對應(yīng)相動作與保護三跳取反用“與”邏輯聯(lián)系起來，判斷出具體相的單向短路故障，同時由于開關(guān)量取自主一和主二保護，可以用主二保護相同開關(guān)量與主一保護用“或”邏輯相連，提高保護開關(guān)量選相的準(zhǔn)確性。

加入開關(guān)量選相后的選相邏輯如圖5 所示:

圖5 綜合選相流程

在發(fā)生故障后，先根據(jù)開關(guān)量選相判斷是否為單相接地故障，若不滿足條件或選相失敗，再進(jìn)入傳統(tǒng)的電氣量選相。一方面運用保護裝置選相的準(zhǔn)確性可靠的完成單相接地故障的判斷，另一方面即使開關(guān)量選相失敗，通過完善傳統(tǒng)電氣量選相的功能也能提高選相正確的概率。

5 結(jié)束語

［2］中提出了基于六序分量法提升單端測距的準(zhǔn)確性，但是單端測距無論算法和邏輯如何完善，選相的可靠性也不能超過基于絕對同步的雙端電氣量選相。運用保護裝置啟動的開關(guān)量完成選相雖然打破了故障錄波裝置選相的獨立性，但是隨著2014 年開展的大量雙光差改造項目，220 kV 線路保護幾乎都是兩套光差保護互為備用，故障錄波裝置若不能以更高的選相精度完成選相何不如利用保護裝置的選相結(jié)果進(jìn)行測距，畢竟故障錄波裝置的選相結(jié)果改變不了斷路器的動作行為，而更準(zhǔn)確的測距值才能為事故分析帶來更好的幫助。

參考文獻(xiàn):

［1］鄭濤，劉萬順，楊奇遜，等.一種基于電流電壓序分量的模糊選相元件［J］.中國電力，2003，36 (2):37－41.

［2］張海.同桿雙回線故障穩(wěn)態(tài)分析及其單端量選相的研究［D］.華北:華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，2013.

［3］姚金雄.電力輸電線路故障錄波裝置研究［D］.西安:西安理工大學(xué)水利水電工程學(xué)院，2005.