某220kV變電站#3主變及110kV甲乙線保護分析報告

吳少林

摘 要：在某次惡劣天氣強送線路過程中，由于帶著失壓站全站負荷，導(dǎo)致線路主保護未動作，且因線路短路較輕微且復(fù)雜，最終線路后備保護亦未動作，由兩套主變后備保護中的一套動作切開整段母線上的負荷。通過對該站主變保護及線路保護動作行為的分析，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，提出了相關(guān)的建議。接地阻抗保護通常用于變壓器高中壓側(cè)，作為變壓器內(nèi)部及引線、母線、相鄰線路接地故障后備保護。

關(guān)鍵詞：失壓 正確不動作 可靠動作

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（a）-00-04

1 事件經(jīng)過

2018年09月16日11點56分37秒，110kV甲乙線線路故障，110kV甲乙線兩側(cè)保護啟動正確未動作，220kV甲站側(cè)#3主變A套CSC-326D保護裝置變中接地阻抗1時限、相間阻抗1時限、接地阻抗2時限動作將110kV分段1015、110kV母聯(lián)1056、#3主變變中1103開關(guān)跳閘，導(dǎo)致甲站110kV 5M及110kV丙站2M失壓。

故障前，運行方式如圖1所示，其中110kV乙站1M處于失壓狀態(tài)。

2 保護配置

保護配置如表1所示。

3 110kV甲乙線1111兩側(cè)開關(guān)保護啟動情況分析

3.1 甲站合上110kV甲乙線1111兩側(cè)開關(guān)

2018年09月16日11時56分30秒調(diào)度合上220kV甲站側(cè)110kV甲乙線1111開關(guān)后正常運行。

3.2 甲乙線乙站側(cè)保護行為分析

2018年9月16日11時56分37秒左右，系統(tǒng)發(fā)生擾動，導(dǎo)致保護裝置RCS-941B啟動，約5200ms左右發(fā)生區(qū)內(nèi)A相接地故障，5410ms左右轉(zhuǎn)為AB兩相接地故障，5780ms左右轉(zhuǎn)為ABC三相故障。110kV甲乙線兩側(cè)RCS-941B保護未動作。

2018年9月16日11時56分30秒前，由于乙站1M失壓，甲乙線乙站側(cè)保護裝置發(fā)PT斷線信號，甲站合上110kV甲乙線1111開關(guān)，雖然乙站三相電壓正常，但需經(jīng)10s延時保護裝置PT斷線信號才會復(fù)歸，因此11時56分37秒兩側(cè)保護啟動時，乙站側(cè)PT斷線信號還未復(fù)歸，此時按照保護邏輯退出縱聯(lián)距離、縱聯(lián)零序和距離保護，自動投入兩段PT斷線相過流保護。由于相過流未達到保護定值，導(dǎo)致乙站側(cè)兩段PT斷線相過流保護未動作。因此乙站側(cè)甲乙線1111開關(guān)保護按照保護邏輯正確不動作。

3.3 甲乙線甲側(cè)保護行為分析

故障發(fā)生時故障錄波器數(shù)據(jù)如圖2所示，當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿喙收蠒r，系統(tǒng)三相電壓和電流并非完全對稱，有一定的零序分量。

根據(jù)保護裝置相關(guān)定值設(shè)置：接地/相間距離Ⅰ段定值1.47Ω、接地/相間距離Ⅱ段定值16.36Ω、零序補償系數(shù)0.67、正序靈敏角79°、零序靈敏角79°，離線計算距離I段的測量阻抗如圖3所示（接地距離Ⅰ段以A相接地時為例，相間距離Ⅰ段以轉(zhuǎn)為三相故障時為例），可見測量阻抗未落入距離Ⅰ段范圍內(nèi)，因此距離Ⅰ段未動作。

由于投入了振蕩閉鎖，距離Ⅰ段和距離II段需要經(jīng)振蕩閉鎖元件開放才能動作。

RCS-941B振蕩閉鎖元件共分為以下3種。

（1）啟動開放元件。

本次故障中，發(fā)生A相接地故障時保護已啟動5200ms左右，已超過啟動開放元件的160ms開放時間，因此啟動開放元件不動作。

（2）不對稱故障開放元件。

在A相接地故障以及AB兩相接地故障時，不對稱故障開放元件滿足條件，但僅持續(xù)了580ms便轉(zhuǎn)變成ABC三相故障，此后不對稱故障開放元件返回，未達到距離II段延時600ms，因此此階段距離II段無法動作。

（3）對稱故障開放元件。

轉(zhuǎn)成ABC三相故障后，只能依靠對稱故障元件開放，其測量振蕩中心電壓Uos=UcosΦ，動作判據(jù)分兩部分，滿足任一個即可開放：①-0.03Un

離線計算故障發(fā)展過程中UcosΦ，如圖4所示，橫坐標為時間，以A相接地故障發(fā)生時刻為0時刻，縱坐標為實際計算的UcosΦ，其中Uos1與Uos2之間為判據(jù)①動作區(qū)，Uos3與Uos4之間為判據(jù)②動作區(qū)?？梢奤cosΦ在A相接地故障發(fā)生后150ms左右滿足判據(jù)②的范圍，經(jīng)500ms延時后判據(jù)②動作（此時已進入三相故障，不對稱故障開放元件已返回），至800ms偏離動作區(qū)范圍，對稱振閉開放元件的判據(jù)②動作了150ms左右，未達到距離II段延時定值600ms，因此此階段距離II段也無法動作。

因此甲站110kV甲乙線1111開關(guān)保護符合保護邏輯正確不動作。

3.4 110kV甲乙線1111開關(guān)保護動作結(jié)論

綜上所述，110kV甲乙線1111開關(guān)兩側(cè)保護動作行為符合保護邏輯，保護正確不動作。

4 220kV甲站#3主變保護動作情況分析

4.1 #3主變保護A套保護動作分析

4.1.1 中壓側(cè)接地阻抗保護動作分析

220kV甲站#3主變保護A套使用北京四方的CSC-326D主變保護裝置，2018年9月16日11時56分42秒，當(dāng)中壓側(cè)出現(xiàn)區(qū)外單相接地轉(zhuǎn)相間故障時，四方保護的CSC-326D中后備保護動作，裝置整定定值及具體動作報文見表2。

阻抗保護通常作為變壓器短路故障的后備保護，由保護啟動、阻抗測量、延時、電壓回路斷線閉鎖元件等部分組成。

保護啟動元件：有突變量啟動和負序電流啟動，其中突變量啟動同主保護，負序電流啟動元件如下[2]：I2>Iqd2，Iqd2=0.2Ie。

其中：I2為負序電流的有效值，IQd2為固定門檻，Ie為變壓器的額定電流。

說明：因分析軟件不支持指向母線的阻抗邊界圖，特將中壓側(cè)電流事先取反后按照指向主變進行分析。

根據(jù)圖6接地阻抗計算數(shù)值表可得出故障時出口時刻接地阻抗已落入保護動作區(qū)，保護可靠動作。

4.1.2 中壓側(cè)相間阻抗保護動作分析

根據(jù)圖7相間阻抗計算數(shù)值表可得出故障時出口時刻相間阻抗已落入保護動作區(qū)，保護可靠動作。

4.1.3 220kV甲站#3主變A套保保護動作結(jié)論

需要說明的是，北京四方保護裝置錄波的存儲方式是采用保護啟動時刻之前的2個周波以及啟動之后6個周波，保護出口時刻之前的2個周波以及出口之后的6個周波，中間的數(shù)據(jù)不存儲。因此綜合分析北京四方保護出口正確。

4.2 #3主變保護B套保護動作分析

4.2.1 中壓側(cè)接地阻抗保護不動作分析

220kV甲站#3主變保護B套使用國電南自的SGT756主變保護裝置，2018年9月16日11時56分42秒，當(dāng)中壓側(cè)出現(xiàn)區(qū)外單相接地轉(zhuǎn)相間故障時，A套保護的中壓側(cè)接地阻抗I段1時限、2時限動作，相間阻抗I段1時限動作。B套保護僅啟動未動作。

接地阻抗保護通常用于變壓器高中壓側(cè)，作為變壓器內(nèi)部及引線、母線、相鄰線路接地故障后備保護。阻抗特性為具有偏移特性的阻抗圓，并經(jīng)零序電流閉鎖[3]。PT斷線時，接地阻抗保護被閉鎖，PT斷線后若電壓恢復(fù)正常，接地阻抗保護也隨之恢復(fù)正常。

由于#3主變中性點無接地，因而不管是 A相故障還是AB相故障，#3主變本體變中零序電流均是0，此時自產(chǎn)零序電流3I0也為0，故接地阻抗不滿足動作條件。

4.2.2 中壓側(cè)相間阻抗保護不動作分析

中壓側(cè)相間阻抗定值是57.60Ω，相間阻抗1時限0.90s，相間阻抗2時限1.20s，相間阻抗3時限是1.50s。

其中：IA100、IB100、IC100分別為3#主變變中1103開關(guān)電流Ia、Ib、Ic的反向電流。

由圖11可知，當(dāng)啟動240ms左右時，此時的Zab=57.44 Ω∠67.83°，計算阻抗值剛好在定值范圍內(nèi)，記為時間T2。

由圖9可知，當(dāng)啟動后1140ms時，此時的Zab=56.24Ω∠64.06°，計算阻抗值剛好在定值范圍內(nèi)，記為時間T1。

由于TI與T2的相對時間差值為900ms左右，幾乎與相間阻抗I段1時限延時相等，且保護裝置采樣存在誤差，裝置延時未到，故相間阻抗I段1時限不動作。

4.2.3 220kV甲站#3主變B套保保護動作結(jié)論

此次區(qū)外故障，由于變壓器中壓側(cè)中性點不接地，故中壓側(cè)沒有零序電流故接地阻抗保護不動作；相間阻抗保護由于延時不滿足，故相間阻抗也不動作；#3主變B套保護裝置的動作行為正確。

4.3 220kV甲站#3主變保護動作結(jié)論

#3主變A套CSC-326D保護接地距離滿足保護裝置動作設(shè)計要求，而B套SGT 756保護接地距離由于增加零序電流閉鎖，在發(fā)生不管是A相故障還是AB相故障，#3主變本體變中零序電流均是0，此時自產(chǎn)零序電流3I0也為0，故接地阻抗不滿足動作條件。

#3主變A套CSC-326D保護相間距離滿足保護裝置動作設(shè)計要求，而B套SGT 756保護由于裝置采樣存在誤差，相間距離計算阻抗值剛好落在阻抗圓邊界，裝置延時未到，故相間阻抗不滿足動作條件。

5 保護綜合結(jié)論

綜合各保護廠家報告及以上分析，此次220kV甲站#3主變及110kV甲乙線保護動作行為正確?；诖舜尉€路主保護正確未動作的原因，若保護采用縱聯(lián)方向保護，建議在強送線路時不要帶負荷強送，避免出現(xiàn)類似擴大停電范圍的情況。

參考文獻

[1] 張軍昌.對某220kV變電站主變差動保護動作跳閘的原因分析[J].硅谷，2014，7（6）：176，184.

[2] 高三冰.某220kV變電站2#主變誤動分析[J].太原大學(xué)學(xué)報，2011，12（3）：138-140.

[3] 羅賢舉.某220kV變電站主變重瓦斯保護動作分析[J].電工技術(shù)，2010（7）：10，19.