一起400kV線路故障繼電保護動作案例分析

李剛

（大亞灣核電運營管理有限責(zé)任公司，廣東深圳518124）

1 引言

電流差動保護和縱聯(lián)距離保護是目前220kV及以上線路應(yīng)用最為廣泛的兩種主保護，單相接地故障是輸電線路最為常見的故障，因此，準(zhǔn)確地分析和評價單相接地故障情況下，電流差動保護和縱聯(lián)距離保護的動作行為顯得尤為重要。

在電力系統(tǒng)中，輸電線路的短路往往都是經(jīng)過過渡電阻的，過渡電阻的存在使得阻抗繼電器的測量阻抗在幅值和相位上都發(fā)生了變化，從而對阻抗繼電器的動作行為產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時可造成阻抗繼電器在區(qū)內(nèi)故障時拒動，或者在區(qū)外故障時誤動。

2 保護動作情況介紹

2.1 線路保護配置

該線路是連接大亞灣核電站與香港大埔站的一條400kV輸電線路，其線路保護配置為主一保護采用日本東芝生產(chǎn)的GRL100型號光纖分相電流差動保護，主二保護采用南瑞繼保生產(chǎn)的RCS-902H型號縱聯(lián)距離保護，后備保護采用AREVA生產(chǎn)的P122型號過流保護，兩個斷路器失靈保護及重合閘裝置采用南瑞繼保生產(chǎn)的RCS-921H型號保護，此外，與國內(nèi)常規(guī)保護配置不同的是，該線路并沒有配置獨立的遠方跳閘裝置，其遠方跳閘功能是通過特殊的收發(fā)信繼電器回路實現(xiàn)的。

2.2 故障前運行方式及故障經(jīng)過

大亞灣核電站400kV/500kV開關(guān)站為3/2接線方式，故障前線路、母線均處于正常運行狀態(tài)，2010年10月20日18：05：05，該線路發(fā)生C相瞬時接地故障，大亞灣核電站側(cè)主一光纖電流差動保護動作跳開250JA、252JA斷路器，故障切除后19s左右斷路器250JA、252JA自動重合成功，該線路恢復(fù)正常運行。在檢查過程中發(fā)現(xiàn)主二保護RCS-902H縱聯(lián)距離保護啟動但未動作出口跳閘，后了解對側(cè)主二保護RCS902H也未動作出口。

3 保護動作行為分析

3.1 單相接地故障特點

在工程實踐中，通過波形圖可以快速判斷故障類型并進行定性分析，對于單相接地故障，不妨以A相為例，當(dāng)發(fā)生單相接地時，其電流、電壓相量圖如下：

A相單相接地故障時三相電流、電壓相量圖

從相量圖中可以總結(jié)出判斷單相接地故障的幾個要點：

①一相電流增大，一相電壓減小，出現(xiàn)零序電流、零序電壓。

②電流增大、電壓降低為同一相別。

③零序電流與故障相電流同向，零序電壓與故障相電壓反向。

④故障相電壓超前故障相電流約80度左右，零序電流超前零序電壓約110度左右。

同時，需要注意的是南瑞繼保的裝置在保護波形的電流計算中加入了一個78°的補償阻抗，這樣其波形顯示為正向故障時故障相電壓與電流同向，零序電流超前零序電壓約180°左右，反向故障時故障相電壓與電流反向，零序電流與零序電壓同向。

此次線路故障時，保護裝置的波形圖如下：

線路故障時南瑞保護裝置錄波波形圖

從波形圖中可以看出：A/B相電流、電壓正常，C相電流增大，同時C相電壓減小，C相電壓與C相電流相位相同，C相電流與零序電流大小基本相等，零序電流超前零序電壓約170°，從這些信息可以判斷此次故障為線路正方向上C相單相接地故障。

3.2 主一保護動作行為分析

主一保護為日本東芝生產(chǎn)的GRL100型號電流差動保護。其主要功能包括相電流差動保護和零序電流差動保護。其原理與國內(nèi)常用的電流差動保護基本相同，為了防止穿越性故障時誤動，同樣采用了比例制動特性，其動作曲線為：

讀取GRL100裝置的故障時刻數(shù)據(jù)如下表1。

通過計算，可以得出各相的電流動作值及動作結(jié)果，如下表2所示。

表1

表2

計算得出的結(jié)果與實際動作行為一致，可以說明主一保護為正確動作。

3.3 主二保護動作行為分析

主二保護為南瑞繼保生產(chǎn)的RCS-902H型號保護，是以縱聯(lián)距離和零序方向元件為主體的快速主保護。其接地阻抗繼電器的接線形式為

其相關(guān)定值如下：

故障時刻錄波器數(shù)據(jù)，故障相電流IC=7400A，CT變比為3000/1，計算RCS-902H的測量阻抗，一次測量阻抗如下：

折算至二次測量阻抗如下：

從波形圖中可以讀出Uc超前Ic的相位大致在30°左右，因此其相量圖如下：

RCS-902H縱聯(lián)距離保護使用距離二段繼電器作為方向判別元件，其定值為16.67Ω，阻抗靈敏角為85.3°，從計算所得的相量圖中可以看出，本次故障中RCS-902H感受的測量阻抗位于縱聯(lián)距離圓外，因此縱聯(lián)距離保護不動作是正確的。

此次線路故障前持續(xù)向?qū)?cè)輸送功率，因此過渡電阻呈現(xiàn)為阻容性，綜合以上分析結(jié)果，可初步繪出此次故障的相量圖如下：

可見，此次故障發(fā)生在線路遠端，并且經(jīng)過高阻接地，測量阻抗未達到裝置整定值，因此縱聯(lián)距離保護未動作。

3.4 后備保護動作情況分析

后備保護采用AREVA生產(chǎn)的P122型號過流保護，其采用標(biāo)準(zhǔn)反時限動作特性，其中：T=0.8s，Is=1.5In

由于故障發(fā)生后，主保護快速將故障切除，因此后備過流保護啟動但不出口，現(xiàn)場檢查情況與分析相符，為正確動作。

4 結(jié)論

經(jīng)過上述分析和計算，本次線路單相瞬時接地故障發(fā)生后，主一電流差動保護正確動作，主二縱聯(lián)距離保護未達到定值正確不動作，后備保護未達到延時正確不動作。

通過本案例，可以發(fā)現(xiàn)過渡電阻對距離繼電器的測量阻抗影響較大，雖然目前絕大多數(shù)距離繼電器采用正序電壓作為極化電壓后能夠增強測量故障過渡電阻的能力，但當(dāng)過渡電阻較大時，仍然可能存在保護拒動的情況。由于零序方向繼電器抗過渡電阻能力更強，因此，工程實踐中，可將零序方向保護投入，作為防止高阻接地故障的有效補充。