500kv超高壓線路高阻接地差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作可靠性分析

500kv超高壓線路高阻接地差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作可靠性分析

電力線路的故障不僅降低了供電電網(wǎng)的可靠性，而且嚴(yán)重影響了供電的安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成了重大損失。大多數(shù)電力線路的錯(cuò)誤都會(huì)導(dǎo)致故障點(diǎn)附近的電流增加。在過去的幾年里，傳統(tǒng)的過載電流保護(hù)被證明可以成功地檢測和防御這種“低阻誤差”。然而，高阻誤差不能導(dǎo)致很大的電流突變，傳統(tǒng)的保護(hù)可能是不可靠的。南方電氣東輸線路距離長，橫截面復(fù)雜。根據(jù)目前的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，很容易出現(xiàn)高阻接地故障。500kv線路通常由主保護(hù)裝置組成，配備了電流位移差異、縱向保護(hù)和縱向保護(hù)。支撐裝置應(yīng)保護(hù)三段式接地距離、相位距離和兩段式零序電流。在高阻接觸條件下，初始級(jí)故障電流的突變量較小，可以拒絕垂直電流位移和水平方向的保護(hù)。隨著故障的發(fā)展，接觸電阻減少后，故障電流的增加可以從輔助保護(hù)裝置中移除。由于長期維護(hù)和故障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，高阻接地期間線路保護(hù)的快速實(shí)施對整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行起著非常重要的作用。筆者以一起500kV超高壓線路高阻接地時(shí)差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)事件為例,討論差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)的原因,分析不同運(yùn)行方式下對線路兩側(cè)故障電氣量的影響,指出現(xiàn)有差動(dòng)保護(hù)存在的缺陷,并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施.150分析0kv線路差的動(dòng)態(tài)保護(hù)1.1零序iii段動(dòng)作切除故障特征2011年7月10日500kV花博甲線發(fā)生A相故障,線路差動(dòng)保護(hù)未能動(dòng)作,故障線路由主一保護(hù)(PSL-603G)和主二保護(hù)(RCS-931DMM)的零序II段動(dòng)作切除.依據(jù)現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù),可知此次故障特征:(1)故障是發(fā)生在接近博羅站側(cè)的高阻接地故障;(2)初始階段故障電流較小;(3)近故障側(cè)故障電流、電壓大于遠(yuǎn)故障側(cè)故障電流、電壓.1.2抗差動(dòng)保護(hù)分析1.2.1高阻接地故障下的rps-331RCS-931DMM差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況:近故障側(cè)(博羅站側(cè)),故障開始為高阻接地但靠近故障端,保護(hù)感受到的故障電流較大(根據(jù)錄波器的數(shù)據(jù)計(jì)算出博羅側(cè)3I0=0.489A,3U0=2.899V,如圖1,2虛線表示,零序電壓是慢慢發(fā)展變大的,Δ3U0只有0.4V左右),零序電流大于啟動(dòng)定值,博羅側(cè)保護(hù)裝置立即啟動(dòng);遠(yuǎn)故障側(cè)(花都側(cè)),故障開始時(shí)由于高阻接地且遠(yuǎn)離故障端,感受到的故障電流突變量非常小,電壓變化量也非常小(根據(jù)錄波器的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出3I0=0.04A,花都側(cè)差動(dòng)保護(hù)跳閘前沒有錄到3U0,如圖3,4所示),均小于保護(hù)裝置啟動(dòng)定值,故在故障發(fā)生約2340ms后,花都側(cè)差動(dòng)保護(hù)未能啟動(dòng).博羅側(cè)和花都側(cè)差動(dòng)保護(hù)未能動(dòng)作邏輯示意分別如圖5,6所示.同時(shí),為應(yīng)對高阻接地故障時(shí)的側(cè)保護(hù)拒動(dòng)情況,RCS-931DMM設(shè)置了可不經(jīng)對側(cè)允許信號(hào)的零序差動(dòng)元件,其動(dòng)作條件為本側(cè)保護(hù)啟動(dòng)(本側(cè)3I0>定值);零序差流>定值;本側(cè)3U0>3V或3U2>3V,且須3個(gè)條件同時(shí)滿足.零序差動(dòng)元件動(dòng)作,同時(shí)將跳閘命令發(fā)到對側(cè)聯(lián)跳對側(cè),達(dá)到兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)相繼跳閘的目的.博羅站側(cè)—故障發(fā)生后,保護(hù)裝置感受到的3U0=2.899V和3U2沒有達(dá)到定值,零差保護(hù)也未能動(dòng)作.博羅側(cè)和花都側(cè)零差保護(hù)未能動(dòng)作邏輯,如圖7,8所示.1.2.2并允許啟動(dòng)并允許信號(hào)到另一側(cè)PSL-603G高阻接地差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件為(1)本側(cè)保護(hù)啟動(dòng)(本側(cè)3I0>400A)或另一側(cè)啟動(dòng)本側(cè)(另一側(cè)3I0>400A或另一側(cè)Δ3U0>2V),本側(cè)保護(hù)啟動(dòng)并發(fā)允許信號(hào)到另一側(cè);(2)差流>定值.博羅側(cè)和花都側(cè)差動(dòng)保護(hù)未能動(dòng)作邏輯分別如圖9,10所示.從以上保護(hù)動(dòng)作分析可知,此次高阻接地故障差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)的主要原因?yàn)檫h(yuǎn)故障側(cè)零序電流或近故障側(cè)零序電壓啟動(dòng)條件不滿足,導(dǎo)致保護(hù)未能啟動(dòng),造成差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作.因此,高阻接地時(shí),分析各廠家現(xiàn)有差動(dòng)保護(hù)邏輯缺陷和提出改進(jìn)措施是很有必要.2分析高干擾接觸故障兩側(cè)的零序和負(fù)序故障的性質(zhì)2.1零序電流的計(jì)算當(dāng)綜合正、負(fù)序阻抗相等時(shí),即ZΣ1=ZΣ2,故障點(diǎn)處I0為式中ZΣ1=ZS1//ZR1+ZL1,ZΣ0=ZS0//ZR0+ZL0.一側(cè)高阻單相接地時(shí),零序序網(wǎng)如圖11所示,根據(jù)序網(wǎng)圖可以列出近端和遠(yuǎn)端零序電流分別為由可知:1)零序電流的大小與接地電阻Rg有關(guān),接地電阻越大零序電流越小,計(jì)算時(shí)Rg取值確定且數(shù)值很大;2)零序電流的大小與綜合正序、零序阻抗有關(guān),綜合序阻抗越大零序電流越小,大、小方式綜合正序、零序阻抗遠(yuǎn)小于接地電阻,因此故障點(diǎn)零序電流大小主要由接地電阻決定;3)線路兩側(cè)零序電流大小與零序電流分配系數(shù)C有關(guān),C與送受端機(jī)組開機(jī)臺(tái)數(shù)、中性點(diǎn)接地變壓器臺(tái)數(shù)有關(guān),受端系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組(發(fā)電機(jī)、變壓器)啟動(dòng)越多,ZΣ1,ZΣ0越小,短路點(diǎn)越大,流過保護(hù)也越大,但受端機(jī)組啟動(dòng)越多會(huì)影響零序電流分配系數(shù),使C減小,流過保護(hù)的又可能減小,因此,不同運(yùn)行方式時(shí)線路兩端零序電流變化不確定.2.2大、小方式部分線路零序、負(fù)序電壓仿真結(jié)果采用整定軟件仿真計(jì)算500kV線路首或末端發(fā)生單相高阻(R=300Ω)接地時(shí),測量線路兩端的零序電流(3I0)、零序電壓(3U0)、負(fù)序電壓(3U2).大、小方式部分線路零序、負(fù)序電壓和零序電流值分別如表1,2所示,仿真結(jié)果可知:(1)不同方式時(shí),線路兩側(cè)零序電流變化不確定;(2)大方式線路兩側(cè)3U0,3U2小于小方式線路兩側(cè)3U0,3U2.3基于故障處理的遠(yuǎn)故障側(cè)保護(hù)以高阻接地差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邏輯的5個(gè)方案進(jìn)行分析.1)方案1.判據(jù)缺陷:如圖12所示,隨著系統(tǒng)越來越大,一側(cè)高阻接地時(shí),兩側(cè)零序電壓、負(fù)序電壓故障特征會(huì)越來越小.現(xiàn)有方案1判據(jù)要求近故障側(cè)3U0>3V或3U2>3V的條件,可能越來越不滿足要求,造成保護(hù)拒動(dòng)(此次花博甲線近故障側(cè)3U0=2.899V).2)方案2.判據(jù)缺陷:如圖13所示,(1)遠(yuǎn)故障側(cè)采用近側(cè)零序電壓突變量判據(jù)Δ3U0>2V,如南瑞缺陷分析,隨著系統(tǒng)越來越大,2V的條件可能不滿足要求;(2)采用零序電壓突變量判據(jù)Δ3U0,實(shí)際高阻接地故障時(shí),零序電壓是緩慢變化的,Δ3U0有可能不滿足要求(如此次故障近故障側(cè)Δ3U0=0.4V,遠(yuǎn)故障側(cè)沒有錄到故障數(shù)據(jù)),若只使用Δ3U0判據(jù),保護(hù)有可能拒動(dòng).3)方案3.判據(jù)缺陷:如圖14所示,(1)近故障側(cè)和遠(yuǎn)故障側(cè)均需滿足Δ3U0>1V,保護(hù)才能動(dòng)作,線路遠(yuǎn)故障側(cè)Δ3U0<近故障側(cè)Δ3U0,有可能遠(yuǎn)故障側(cè)Δ3U0較小無法動(dòng)作,如長線路遠(yuǎn)故障側(cè)更難滿足要求;(2)采用零序電壓突變量判據(jù)Δ3U0的缺陷分析與方案2相同.4)方案4.判據(jù)缺陷:如圖15所示,零序電壓3U0定值取5V.保護(hù)有可能因零序電壓突變量判據(jù)Δ3U0未能提取,零序電壓3U0定值較大,保護(hù)拒動(dòng).5)方案5.判據(jù)缺陷:如圖16所示,與方案1相同,要求近故障側(cè)3U0>2V或3U2>2V的條件,隨著系統(tǒng)越來越大,可能不滿足要求.4改進(jìn)措施與討論4.1障側(cè)零序或負(fù)序電壓高阻接地時(shí),零序、負(fù)序電壓也發(fā)生變化,因此有必要采用零序或負(fù)序電壓啟動(dòng)判據(jù),啟動(dòng)差動(dòng)保護(hù).目前,所有保護(hù)廠家的方案均使用了零序、負(fù)序電壓啟動(dòng)判據(jù),方案3采用遠(yuǎn)故障側(cè)零序或負(fù)序電壓,方案1,2采用近故障側(cè)零序或負(fù)序電壓,方案4采用任一側(cè)零序、負(fù)序電壓.仿真計(jì)算結(jié)果表明,通常近端3U0,3U2滿足要求,遠(yuǎn)端3U0,3U2不滿足要求.以硯花甲線為例分析,小方式硯花甲線零序、負(fù)序故障量如表3所示,表明:近故障端3I0>400A,滿足條件;遠(yuǎn)故障端3I0<400A,3U0<2V,近故障端3U0>2V,若采用方案3判據(jù),不滿足啟動(dòng)條件,保護(hù)拒動(dòng);若采用方案2判據(jù),滿足啟動(dòng)條件,保護(hù)啟動(dòng).因此,采用近故障側(cè)零序或負(fù)序判據(jù)防止保護(hù)拒動(dòng)的效果較好.4.2電壓啟動(dòng)保護(hù)方案5與方案2判據(jù)不同之處:是否應(yīng)用對側(cè)負(fù)序電壓啟動(dòng)本側(cè)差動(dòng)保護(hù).如表4所示,線路近端3U0小于定值,3U2大于定值,采用負(fù)序電壓3U2啟動(dòng)可以防止高阻接地時(shí)保護(hù)拒動(dòng)的可能性.4.3降低3u0保護(hù)啟動(dòng)難以表4為例進(jìn)行分析.采用方案5或方案2判據(jù),只要近故障側(cè)3U0降低較少,保護(hù)就能啟動(dòng),降低U0的效果很明顯;采用方案3判據(jù),遠(yuǎn)故障側(cè)3U0距啟動(dòng)值1V較遠(yuǎn),若要使保護(hù)啟動(dòng),改動(dòng)量較大;采用方案1判據(jù),近故障側(cè)3U0距啟動(dòng)值3V最遠(yuǎn),若要使保護(hù)啟動(dòng),改動(dòng)量也較大.5高阻接地時(shí)差動(dòng)保護(hù)