一起500 kV線路高抗保護(hù)跳閘故障分析

夏 武

(南方電網(wǎng)超高壓輸電公司柳州局，廣西 柳州 545006)

0 引 言

高壓并聯(lián)電抗器(高抗)是高壓輸電線路中的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有至關(guān)重要的作用，而在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中線路高抗會(huì)經(jīng)常發(fā)生跳閘，由保護(hù)裝置將故障點(diǎn)迅速切除。錄波裝置和保護(hù)裝置記錄了故障時(shí)電流電壓的變化情況，結(jié)合保護(hù)報(bào)文、錄波波形可以分析電力系統(tǒng)發(fā)生的故障類型，判斷保護(hù)裝置的動(dòng)作行為是否正確，確定故障點(diǎn)[1]。

1 故障前的運(yùn)行情況及保護(hù)配置

500 kV MN線配置二套集成式線路保護(hù)，其中主一集成輔A保護(hù)采用PCS931N雙光纖差動(dòng)保護(hù)，主二集成輔B保護(hù)采用CSC-103雙光纖差動(dòng)保護(hù)。電氣一次接線為3/2接線方式，500 kV第二串聯(lián)絡(luò)5022斷路器保護(hù)為RCS-921A，500 kV MN線5021斷路器保護(hù)為RCS-921A，500kV MN線5021DK高抗電氣量保護(hù)為SGR-751，非電量保護(hù)為FST-BT500。故障前，MN線處于運(yùn)行狀態(tài)，兩側(cè)變電站的單相重合閘投入。

圖1 系統(tǒng)接線方式圖Fig.1 System wiring diagram

2 保護(hù)動(dòng)作分析

20時(shí)58分，500 kV MN線B相跳閘后三跳，重合閘不動(dòng)作，以獨(dú)立故障錄波啟動(dòng)時(shí)間對(duì)保護(hù)動(dòng)作時(shí)序進(jìn)行分析，動(dòng)作時(shí)序如圖2所示。

2.1 線路保護(hù)動(dòng)作情況分析

故障開始時(shí)刻，從錄波波形圖(見圖3)可以看到B相故障電流增大，并出現(xiàn)零序電流，B相故障電壓急劇降低，同時(shí)根據(jù)保護(hù)波形可以發(fā)現(xiàn)3U0與3I0的角度關(guān)系為3I0超前3U0100°左右，符合故障在保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)且為站側(cè)近區(qū)故障特征。

圖2 保護(hù)動(dòng)作時(shí)序圖Fig.2 Timing diagram of protection action

圖3 故障錄波波形圖Fig.3 Waveform diagram of fault recording

保護(hù)判斷為區(qū)內(nèi)故障，主一集成輔A保護(hù)縱聯(lián)差動(dòng)、分相差動(dòng)保護(hù)、接地距離I段分別動(dòng)作跳B相，主二集成輔B工頻變化率阻抗保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、接地距離I段分別相繼動(dòng)作跳B相(見圖4)，保護(hù)正確動(dòng)作。

圖4 主保護(hù)波形Fig.4 Waveforms of main protection

2.2 高抗保護(hù)動(dòng)作情況分析

2.2.1 差動(dòng)保護(hù)

高抗差動(dòng)保護(hù)是取主電抗各相首端和尾端之間的差流作為動(dòng)作判據(jù)的保護(hù)(如圖5所示)，主要是在電抗器差動(dòng)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)快速切除電抗器，以確保電抗器的安全，其動(dòng)作判據(jù)為：

Id≥Id，set

其中：Id為電抗器差動(dòng)電流；Id，set為差動(dòng)電流門檻值。

高抗差動(dòng)保護(hù)取高壓側(cè)、低壓側(cè)套管TA，根據(jù)圖6錄波圖分析，B相差動(dòng)電流為0，故障電流呈現(xiàn)穿越電流特征，說明故障點(diǎn)在區(qū)外，故兩套高抗差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。

2.2.2 匝間保護(hù)

高抗一般都是分相式結(jié)構(gòu)，主要是單相接地和匝間短路故障，相間故障一般發(fā)生在高抗引線上。匝間故障在高抗故障中占有較大比率，且由于發(fā)生匝間故障的電流是穿越性的，差動(dòng)保護(hù)對(duì)匝間保護(hù)不反映，使得故障要靠單獨(dú)匝間保護(hù)元件來切除。因此，匝間短路保護(hù)也是電抗器的主保護(hù)[2]。

圖5 保護(hù)功能與TA回路關(guān)系圖Fig.5 Relationship between protection function and TA loop

SGR-751匝間保護(hù)是由電抗器高壓零序電流、零序電壓組成的零序阻抗繼電器，彌補(bǔ)了阻抗補(bǔ)償原理存在過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償，補(bǔ)償度難整定的不足[3]。

內(nèi)部單相接地故障。在電抗器內(nèi)部發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序電源在電抗器內(nèi)部，零序電壓、零序電流關(guān)系如圖7所示。此時(shí)系統(tǒng)U0=-I0jXs，零序電流超前零序電壓，測(cè)量到的是系統(tǒng)的零序阻抗[4]。

圖6 高抗保護(hù)波形Fig.6 Waveform of high resistance protection

圖7 內(nèi)部接地短路時(shí)U0和I0Fig.7 U0 and I0 for internal grounding short circuit

外部單相接地故障。電抗器外部發(fā)生單相接地故障時(shí)，零序電源在電抗器外部，零序電壓及零序電流的關(guān)系如圖8所示。這時(shí)系統(tǒng)U0=I0jXL0，零序電流滯后零序電壓，測(cè)量到的是電抗器的零序阻抗[5]。電抗器發(fā)生故障時(shí)，可以由系統(tǒng)零序回路中零序電源的位置來決定故障位置所在位置(是在電抗器內(nèi)部還是在系統(tǒng)中)[6]。結(jié)合故障錄波圖6分析，故障時(shí)高抗保護(hù)零序電流滯后高抗保護(hù)零序電壓，判別為區(qū)外故障，故匝間保護(hù)不動(dòng)作。

圖8 外部接地短路時(shí)U0和I0Fig.8 U0 and I0 for external grounding short circuit

2.2.3 非電量保護(hù)

根據(jù)《南方電網(wǎng)500 kV變壓器保護(hù)及并聯(lián)電抗器保護(hù)技術(shù)規(guī)范》《中國(guó)南方電網(wǎng)公司繼電保護(hù)反事故措施匯編釋義》技術(shù)要求非電量應(yīng)有一路經(jīng)非電量保護(hù)裝置延時(shí)出口，其余跳閘型非電量保護(hù)和失靈聯(lián)跳均采用直跳。并聯(lián)電抗器非電量保護(hù)除重瓦斯投跳閘以外，其他均投信號(hào)，不出口跳閘[7]。非電量保護(hù)包括主電抗器的輕瓦斯、重瓦斯、壓力釋放、冷卻器故障、油溫、繞組溫度等保護(hù)，均由電抗器引入相應(yīng)的接點(diǎn)構(gòu)成。

此次非電量保護(hù)16 ms壓力釋放動(dòng)作發(fā)告警，32 ms重瓦斯動(dòng)作跳ABC三相，并向主一集成輔A、主二集成輔B保護(hù)發(fā)送遠(yuǎn)跳命令，跳對(duì)側(cè)開關(guān)，保護(hù)動(dòng)作正確。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)保護(hù)動(dòng)作情況分析，高抗電氣量保護(hù)為區(qū)外故障，線路保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，故障測(cè)距為站內(nèi)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)外觀檢查情況，定位為MN線高抗B相套管故障。

對(duì)于500 kV帶高抗的輸電線路，一旦出現(xiàn)線路跳閘，為正確分析故障原因以及定位故障點(diǎn)，應(yīng)采取如下積極的防范措施：

1)對(duì)于線路兩端配置有行波測(cè)距裝置，一旦發(fā)現(xiàn)線路保護(hù)跳閘現(xiàn)象，應(yīng)結(jié)合故障測(cè)距結(jié)果對(duì)線路保護(hù)進(jìn)行分析。如果測(cè)距結(jié)果顯示為變電站近距離故障，應(yīng)對(duì)站內(nèi)設(shè)備，特別是高抗進(jìn)行特殊巡視，快速定位故障點(diǎn)。

2)線路保護(hù)動(dòng)作后，對(duì)高抗保護(hù)的波形分析，不能簡(jiǎn)單的通過差動(dòng)、匝間和非電量等高抗主保護(hù)未動(dòng)作，而判定高抗設(shè)備本體無故障。這是因?yàn)楦呖贡Ｗo(hù)的保護(hù)范圍是通過高抗套管電流互感器的安裝位置來確定的，對(duì)于套管電流互感器以外的范圍(例如，套管與線路的連接部分)，高抗保護(hù)根本無法動(dòng)作跳閘。

3)對(duì)于高抗與輸電線路的連接部分，積極推進(jìn)聯(lián)線差動(dòng)保護(hù)的可行性研究，通過配置聯(lián)線差動(dòng)保護(hù)來識(shí)別高抗套管與變電站站內(nèi)輸電線路連接部分的接地或相間故障，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的快速定位。