220 kV 線路保護雙重化關(guān)于單相接地故障相關(guān)保護的配合

武博

（大唐山西發(fā)電有限公司太原第二熱電廠電氣工程部，山西 太原 030041）

目前電網(wǎng)系統(tǒng)中220 kV 線路保護普遍采用保護裝置雙重化的配置，此種方式提高了電網(wǎng)運行的安全性和可靠性，但是也增加了兩套保護裝置間原理和相關(guān)接線的配合，而繼電保護人員往往針對單套保護裝置的模擬試驗較多，而對于兩套保護裝置間的配合研究較缺乏，本文以線路保護單相接地故障為例，分析了兩套保護之間的相關(guān)配合。

1 瞬時性單相接地故障重合閘

電力系統(tǒng)中，輸電線路的故障多數(shù)為瞬時性故障，大約占到故障總數(shù)的80%及以上，而這些瞬時性的故障普遍由雷電襲擊造成絕緣子表面的閃絡(luò)、樹枝觸碰引起線路的放電、絕緣子表面的污垢或者鳥類停留導(dǎo)線等原因造成的瞬間單相接地。此時，保護裝置只需將故障相別兩側(cè)斷路器斷開，致使故障相失電，從而切斷故障電流，然后再對故障相進行重合閘，由于非故障相在保護動作到重合閘周期內(nèi)正常運行，單相重合閘后重新恢復(fù)系統(tǒng)三相運行狀態(tài)，此種方式縮短了保護動作的停電時間，縮小了停電范圍，大大提高了電力系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。

由于線路瞬間單相故障，致使保護裝置動作跳開故障相后，非故障的兩相正常運行，通過相間以及對地電容向故障點提供電容電流。與此同時，非故障相通過相間互感在故障相產(chǎn)生感應(yīng)電勢，從而對故障點提供了感性電流，由此所產(chǎn)生的容性和感性分量共同向故障點提供的電流稱為潛供電流。由于潛供電流的存在，增加了故障點熄弧的時間，所以單相故障重合閘時間需大于潛供電流熄弧的時間，同時小于非全相保護動作的時間，重合閘才能順利成功。

隨著微機保護裝置的廣泛運用，兩套保護裝置間的誤差逐漸減小，對于重合閘保護，兩套保護裝置是可以同時投入運行，尤其對于單相重合閘方式，兩套保護裝置可以不設(shè)置閉鎖回路。案例一：山西某風(fēng)電場220 kV 線路保護A、B柜分別配置為保護A 柜北京四方CSC-103 線路保護裝置加JZF-12F 操作箱、B 柜南瑞PCS-931 線路保護裝置，兩套保護裝置均設(shè)置重合閘方式為單相重合閘，重合閘設(shè)置時間為0.5 s，非全相保護設(shè)置時間為2 s。某日雷雨天氣，線路A相突然遭受雷擊，保護動作，斷開A 相開關(guān)后，重合A 相開關(guān)成功，線路重新恢復(fù)運行。檢查保護A 柜保護裝置動作記錄為14 ms 縱聯(lián)差動保護動作跳A 相，71 ms 單跳啟動重合閘，571 ms 重合閘動作；保護B 柜動作記錄為15 ms 縱聯(lián)差動保護動作跳A 相，560 ms 重合閘動作。兩套保護裝置雖然重合閘均動作，但是開關(guān)只重合一次，不會重復(fù)合閘。因為對于被保護的線路，如果發(fā)生瞬時單相故障時，對于微機保護而言，兩套保護動作到重合閘的時間非常接近，基本小于合閘指令發(fā)出到機構(gòu)完成合閘的時間。即使兩套保護裝置重合閘時間存在很大的差異，斷路器都不可能出現(xiàn)重復(fù)合閘，因為如果一套保護裝置先發(fā)出重合指令并且開關(guān)重合成功后，第二套保護裝置再發(fā)出重合指令，此時斷路器的輔助接點斷開，從而重合閘控制回路斷開，所以此時即使再有合閘指令，斷路器不會發(fā)生再次合閘的情況。

2 單相接地故障重合閘失敗保護永跳的配合

若被保護線路發(fā)生單相故障，保護裝置動作斷開故障相斷路器后，故障相仍然有電流存在，此時兩套保護裝置均不應(yīng)該發(fā)出重合閘指令，而是應(yīng)該將斷路器三相迅速斷開。

例如案例一中被保護線路雙側(cè)斷路器，本側(cè)斷路器單相跳閘切斷故障電流重合閘成功，而對側(cè)斷路器單相跳閘后故障電流依然存在，斷路器未重合直接三相跳閘；對側(cè)所使用保護裝置與本側(cè)相同，均為A 柜北京四方CSC-103 線路保護裝置加JZF-12F 操作箱、B 柜南瑞PCS-931 線路保護裝置，兩套保護裝置重合閘方式也與本側(cè)相同，均為單相重合閘，重合閘設(shè)置時間為0.5 s，非全相保護設(shè)置時間為2 s。保護裝置動作記錄分別為：A 柜13 ms 縱聯(lián)差動保護動作跳A 相，動作記錄及出口只有A 相跳閘；B 柜7 ms 縱聯(lián)差動保護動作，159 ms 單相跳閘失敗，162 ms 三跳閉鎖重合閘。線路兩側(cè)斷路器相同的保護配置，定值相同，而在同一故障時，本側(cè)保護單相跳閘重合閘成功，而對側(cè)單相跳閘失敗，最終開關(guān)三相跳閘。繼電保護人員分析檢查后發(fā)現(xiàn)對側(cè)線路保護操作箱至GIS 斷路器匯控柜跳閘回路A 相和C 相接反，導(dǎo)致線路A 相接地故障時，保護雖正確選相出口，但實際A相斷路器未跳而C 相斷路器跳閘，A 相故障未切除，永跳三相。

此故障類型符合單相跳閘失敗情況，保護A 柜北京四方CSC-103 裝置判斷單相跳閘失敗判據(jù)為：在保護裝置發(fā)出單相跳閘命令后，若跳閘相無電流，保護裝置判斷為該相斷開；若跳閘相持續(xù)有電流且電流大于無電流門檻0.1In 時，保護裝置判斷為單相跳閘失敗，經(jīng)250 ms 延時后，保護發(fā)三跳指令。保護B 柜南瑞931 裝置判斷單相跳閘失敗判據(jù)為：保護裝置發(fā)出單相跳閘指令后若跳閘相持續(xù)有電流且電流大于0.06In，保護裝置判斷為單相跳閘失敗，經(jīng)150 ms 延時后，保護發(fā)三跳指令。所以該案例保護B 柜在A 相斷開后，仍有故障電流，經(jīng)150 ms 后由于故障電流仍然存在，保護裝置發(fā)三跳指令將開關(guān)三相跳閘，而保護A 柜由于判斷單相跳閘失敗時間為250 ms，此時保護B 柜已將開關(guān)三相跳開，且保護裝置收到TWJ 信號，重合閘在單重方式時，保護動作三跳，或斷路器斷開三相，重合閘放電，保護只會發(fā)出單相跳閘指令且閉鎖重合閘。

由此可見，被保護線路發(fā)生單相接地故障且斷開相持續(xù)有電流時，保護裝置應(yīng)判斷為單相跳閘失敗，若A、B 兩套保護裝置原理相近，并且計算單相接地故障時間相近時，兩套保護裝置均應(yīng)發(fā)出單跳失敗，三相跳閘指令；若A、B 兩套保護裝置原理不同，計算單相接地故障時間差異較大時，其中較快的一套保護裝置應(yīng)能發(fā)出單跳失敗，三相跳閘指令，而另一套保護裝置在收到開關(guān)三相TWJ 反饋后，閉鎖重合閘，保護動作結(jié)束。所以，當(dāng)被保護線路發(fā)生單相故障并且判斷單相跳閘失敗時，兩套保護裝置不會發(fā)出重合閘指令，而是單相跳閘后，迅速發(fā)出三跳指令，閉鎖重合閘，將開關(guān)三相斷開。

3 永久性單相接地故障時重合閘后加速動作的配合

若被保護線路發(fā)生永久性單相接地故障，保護裝置在第一次斷開故障相時，故障電流切除，滿足重合閘條件，斷路器在重合閘后，故障電流又重新存在，此時保護裝置應(yīng)快速斷開斷路器三相且閉鎖重合閘。

依舊以北京四方CSC-103線路保護裝置及南瑞PCS-931線路保護裝置為例，可以將此故障類型分成兩步，首先當(dāng)發(fā)生接地故障至斷路器重合階段，此過程可等同于情況一瞬時性單相接地故障重合閘類型，由以上結(jié)論可得，在此過程中不管任何情況下斷路器都只會重合一次，不會重復(fù)合閘；接下來重合于故障保護后加速永跳階段：北京四方CSC-103線路保護在單重方式下，若重合于故障，零序加速動作經(jīng)60 ms 延時保護永跳出口；南瑞PCS-931 線路保護單相重合閘時，若重合于故障零序過流加速延時60 ms 永跳出口；兩套保護裝置原理及保護出口時間基本相同，若在上一階段兩套裝置重合閘出口時間相近，此時兩套保護裝置均應(yīng)加速永跳出口；若在上一階段兩套裝置重合閘出口時間差距較大，較快重合閘動作的裝置后加速永跳出口，而另一套保護裝置收到三相TWJ 信號，閉鎖本裝置重合閘出口，斷路器不會重合閘。所以線路發(fā)生永久性單相接地故障時，被保護斷路器斷開故障相后，只會重合一次，由于重合于故障，保護后加速永跳出口，斷路器三相斷開保護動作結(jié)束。

4 結(jié)論

隨著微機保護的廣泛應(yīng)用，保護精度高、誤差小，220 kV線路保護雙重化配置中，兩套保護裝置均可以投入單相重合閘功能，且兩套重合閘保護之間不需要設(shè)置閉鎖。線路中發(fā)生任何形式的單相接地故障時，兩套保護裝置在重合閘出口配合時，斷路器最多只會重合一次，不會出現(xiàn)重復(fù)合閘，使故障擴大并且損壞斷路器的現(xiàn)象。