一起断线加单相接地故障的保护动作分析.pdf

上 海 电力 2 0 0 8 年第4 期 一 起断线加单相接地故障的保护动作分析 王 薇 ， 叶 远 波 。 ( 1 安徽省合肥供 电公 司， 安徽合 肥2 3 0 0 2 2 ， 2 安徽省 电力公司 调 度通信 中心， 安徽合肥2 3 0 0 2 2 ) 摘要 ： 2 2 0 k V洛振线 路故障是 一起 线路 断线 加单 相接地短路 的复杂故障 ， 故障时保护全部正确动作 。文章 分析 了保护的整个动作逻辑行为 ， 并从 系统运行 的角度 出发 ， 对 在单 相断线特殊 状态下 的保 护动作行为作 了 探索和研究 。 关键词 ： 高频保 护 ； 纵联保护 ； 距离 阻抗 ； 重合闸 中圈分类号 ： TM7 7 3 文献标识码 ： B 2 0 0 8年 2月 2 7日 1 9 ： 7 ： 4 1 ， 2 2 0 k V 洛 振 线 2 2 4号 塔 至 2 2 5号 塔 之 间 发 生 B相 导线 断 线 故 障 ， 距振 宁变 电站 3 9 0 5 8 k m， 故 障点距 洛 河 电厂 8 2 2 8 2 k m。振 宁变 电站 ( 以下 简 称振 宁 变 ) 侧 洛 振线 路 B相 导线 首 先 跌 落 ， 发 生 接 地 故 障 ， 产 生 约为 4 8 0 A的故障电流， 线路保护于 4 4 6 ms 动作 切除故障； 洛河 电厂侧洛振线路 B相导线 随后跌 落 ， 发生 接地故 障 ， 产生 约 为 5 3 5 A 的故 障 电流 ， 洛河 电厂侧线路保护于 7 7 6 ms 动作切除故障。 这 是一起 断线 加 单 相 接 地 的复 杂 故 障 ， 在 电 力 系统 中较 为罕 见 ， 由于故 障时 保 护 全部 正 确 动 作 ， 因此 对其保 护动 作行 为进行 详 细分析 ， 具有 重 要 意义 。 1 振 宁变电站侧保护动作分析 振 宁 变 侧 配 置 的 是 为 L F P 一 9 0 1 A 和 L F P 一 9 0 2 A 双高频 保护 。 L F P 一 9 0 1 A保 护 ： C P U1元 件 中 5 3 4 ms 工 频 变化量阻抗 、 纵联变化 量方 向、 纵联零序方 向动 作 ， C P U2元 件 中 4 1 6 ms 距 离 一 段 动 作 选 跳 B 相 ， 1 0 4 3 ms重 合 闸 动 作 ， 1 1 7 6 ms 重 合 闸重 合 不成 ， 后备保 护加 速三 跳 。 LF P 一 9 0 2 A 保护 ： C PU1元 件 中 4 4 6 mS工 频 变化量 阻抗 动作 ， C P U2元件 中 4 0 5 ms 距 离 一段 动作跳 闸， 1 0 3 5 ms 重合闸动作 ， 1 1 6 6 ms 重合闸 重合不 成 ， 后 备保 护加 速 三跳 。 1 1距 离阻抗 元件动 作分 析 I F P 一 9 0 1 A 9 0 2 A保 护 距 离 元 件 由工 频 变 化 量距离 和传 统 的距离 阻抗元 件所 构成 。 振 宁变 侧 2 2 0 k V 洛 振 线路 B相 线 路 断 线 ， 随后线路跌落接地 ， 发生 B相接地故障 ， 测量 阻 392 抗 Z 落在工频变化量阻抗圆内， 距离阻抗 I 段元 件范围之 内， L F P 一 9 0 1 A 和 L F P 一 9 0 2 A 中工频变 化 量保 护 距 离保 护 ( D Z ) 和 距 离 I 段 ( Z 1 ) 均 正 确 动 作 ， B相 开关 跳 闸 。 1 2纵联保 护元 件动作 分析 振宁变洛振线路保护 L F P 一 9 0 1保护 中动作 元 件为 ： 突变 电方 向纵 联 元 件 ( D+ +) 和 零 序 方 向纵联元 件 ( 0 + +) 。 ( 1 )突 变电量方 向纵联 元件 动作 分析 D+十通过测量电压、 电流故 障分量 的相位， 进 行正 向和 反 向故 障 的判别 。 正 方 向元 件相 角 ： g ( 1 ) 反方向元件相角 ： _a r g ) 式 中A Ul 2一 A U1 +M A U 2 ， I l 2= AI 1 +M AI 2 由控制字设置投入的补偿阻抗 ； 模拟阻抗 ； M 系数 。 动作 判 据 为 ： 当 方 向元 件 相 角 为 1 8 0 。 时 动 作 ， 0 。 时则 不 动作 。 当洛 振 线 路 发 生 B 相 接 地 故 障 时 ， 一 a r g ( Z s 一 )一 1 8 0 。 ， 一 a r g ( Z s Z d)一 0 。 因此 ， 突变量正方向元件正确动作 。 ( 2 )零序 方 向纵联 元件动 作分 析 零序正反方 向元件 ( F 0 +、 F 0 一) ， 判别系统故 障时 的流 过 的 零 序 功 率 P 0决 定 ， 纵 联 零 序保 护 的正 方 向元件 由零序 方 向 比较 过流 元件 和 F 0 + 的 与 门输 出 ， 而纵 联 零 序保 护 的反 方 向元 件 由零 序 起动过流元件和 F O +的与门输 出， 而纵联零序保 2 0 0 8 年第4 期 上 海 电力 护的反方向元件 由零序起动过流元件和 F 0 一 的与 门输出， 在本次洛振线路发生正向 B相接地故 障 时 ， 零序 正 方 向元 件 正确 动作 。 ( 3 )L F P 一 9 0 1 A 纵联保 护 动作 分析 洛振线路断线后发生 B相接地故障 ， 此时振 宁变侧 L F P 一 9 0 1 A保护起动元件动作 ， 进入故障 程序， L F P 一 9 0 1 A 9 O 2 A高频闭锁纵联保护原理如 图 1 所示 。逻辑门 M1 4打开 ， 收发信机即被起动 发出高频闭锁 信号 ， 收到洛河 电厂侧信号 8 ms 后 ， 逻辑 门 M2打开 ， 正方 向元 件投 入 工 作 。此 由 于线路发生 B相接地故障， 此时零序正方 向元件 动作 ， 突 变 量 正 方 向 元 件 动 作 、 反 方 向元 件 不 动 作 ， 逻辑门 M7 、 M8打开 ， 并停 信； 洛河 电厂侧洛 振线路保护由于断线后检测到零序电流 ， 幅值达 到零序保 护定值 ， 零 序正方 向元件动作 ， 立刻停 信 ， 振宁变侧 保护收不到 闭锁信 号 ， 逻 辑 门 M3 、 M5打开， 纵联零序保护 ( 0 +) 、 纵联突变量方 向保 护 ( D+ +) 正确 动作 ， 出 口跳 闸 。 ( 4 )L FP 一 9 0 2 A 纵联 保 护动 作分 析 洛河电厂侧线 路 B相断线 ， 产生零 序电流 ， 由于故 障 初 始 未 接 地 ， L F P 一 9 0 2 A 保 护 因 仅 仅 低 定值元件启动 ， 高定值元件未动作 ， 发 出高频闭锁 信号 ， 因此纵联保护未动 。随后 B相导线跌落接 地 ， 保护正方 向元件动作， 高定 值元件动作 ， 保护 停止发信， 期 间信 护持续发 出闭锁信 号长达 8 5 6 ms 。L F P 9 0 2 A高频 通道是 以 B相 为通道 传播 ( 如 图 2 ) ， 虽然 洛振 线路 B相断 线 ， 导 致 高频 通 道 中断 。但由于高频通道相相耦合关 系， 导致高频信 号通过从 A 相 、 C相 线 路 以及 两 相母 线 的对 地 电 容 ， 即以地 返波 的形 式 在 高频 通 道 中流 通 ， 因此 振 宁变的 L F P - 9 0 2 A保护继续收到高频闭锁信号。 A BC A BC 图 2线 路 高 频 通 遭 不 惹 图 振宁变侧 L F P 一 9 0 2 A 保护起 动元件动作 ， 进 入故障程序。如 图 1所示 ： 逻辑 门 M1 4开放 ， 收 发信机 即被起动发 出高频 闭锁信号 ； 经 8 ms后 ， 逻辑门 M2开放， 正方向元件投入工作 ； 振宁变侧 保护感受到发生正 向 B相接地故障， 零序正方 向 元件动作 ， 反方 向元件不动作 ， 逻辑门 M7 、 M8打 开 ， 并停信 ； 振宁变的 L F P - 9 0 2 A保护继续收到洛 河电厂侧保护发出的高 频闭锁信号 ， 收信不能返 回 ， 逻 辑 门 M7 、 M7被 闭 锁 ， 故 振 宁 变 侧 I F P 一 9 0 2 A保护纵联保护被闭锁 ， 不能动作 。 1 3 振 宁 变重 合 闸后加 速保 护 动作 分析 由于 L F P 一 9 0 1 A的 C P U1 加速元件零序加速 需经 6 0 ms 延时方能动作 出口， 从波形可以看 ， 由 于开关动作速度较快 ， 重合 于故 障时故障持续时 图 1 L F P 一 9 0 1 A 9 0 2 A高频 闭锁纵 联保护原理 间约 6 0 ms ， 所 以 C P U1的加 速 保护未 来得 及 动作 ； L F P 一 9 0 2 A 的 C P U1加速元件 是 四边形距 离 经 短 延 时 出 口， 所 以L F P - 9 0 2 A动作 报 告 中 的加 速 保 护 C F 1 经 四边 形 距 离 加 速 正 确 动 作 ， 出 口三相 跳 闸 。 2 洛 河 电 厂 侧 保 护 动 作 分 析 洛 河 电 厂 侧 配 置 的 是 为 L F P - 9 0 1 A 和 L F P 一 9 0 2 A 双高 频 保 护 。 L F P 一 9 0 1 A 保 护 ： 7 9 3 ms 距 离 I段 动 作 选 跳 B 相 ； L F P 一 9 0 2 A 保护 ： 7 7 6 ms 距 离 I 段 动 作 选 跳 B 相 ， 选 相 跳 B相 断 路 3 9 3 上 海 电力 2 0 0 8 年第4 期 器 。 由于振宁 变 侧 已经 三相 跳 闸 ， 洛河 电厂侧 开 关三相不一致保护 2 S 动作跳开洛振线路开关 。 2 1纵联保 护元 件动 作分析 洛振线 路断 线后 产生 零 序 电 流 ， 但 洛河 电 厂 侧 尚未 发生故 障 ， 选相元 件 未动作 ， 所 以纵联 保护 不能出口跳闸 ； 待本侧 B相线路也 发生接地故 障 时， 由于对侧保护跳闸后已再次发信 ， 本侧收信不 返 回 ， 故纵联 保护 也不 能动作 跳 闸 。 洛振线 路断 线后 发 生 B相 接 地 故 障 ， 此 时 洛 河 电厂侧保 护起 动元 件动作 ， 进入 故障 程序 ， 如 图 1 所示。逻辑门 M1 4打开 ， 收发信机 即被起动发 出高频闭锁信号 ， 收到振宁变侧信号 8 ms 后 ， 逻 辑门 M2打开 ， 正方向元件投入工作 。稍后 断线 故障发展为 B相接地故 障， 此时零 序正方向元 件 动作 ， 突 变 量 正 方 向元 件 动 作 、 反方 向元 件 不 动 作 ， 逻 辑 门 M7 、 M8打 开 ， 并 停 信 ； 但 此 时 振 宁 变 侧洛振 线路 保护 已经 跳 闸 ， 持续 发 出高 频 闭锁 信 号， 洛河 电广侧 保护收到 闭锁信号 ， 逻 辑 门 M3 、 M5 被闭锁 ， 纵 洛河 电厂侧纵联保护 不能出 口跳 闸。 2 2距离 阻抗 元件 动作 分析 由于本次故障测量阻抗落在距离保护 I 段的 动 作区 内 因此 洛 河 电 厂距 离 I 段 保 护 正 确 动作 口跳 闸 选 相 跳 B相断 路 器 ， 由 于振 宁变 侧 已 经 =_三 相跳 闸 ， 洛河 电厂侧 保护线 路 三相无 流 。 曩合 闸不满 足动作 条件 ， 没 有 动 作 ， 经 过 2 S 后 ， 开 关 i相不 一致 保护动作 跳 开洛 振线路 开 关 。 3 单相断线状态下保护动作的研究 。9 9 0 k V 洛振线 路故 障足 一次复 杂 故 障 。 其 B 卡 线 路 发生 断 线 锆 近 振 宁 变侧 导 线 先 跌 落 接 地 随 后济河 电 厂侧线 导线冉 跌落 接地 。 根据 GB l 4 2 8 5 2 0 ( ) 6 继 电保护 和安 全 自动 装嚣技 术规 程 第 4 6条规定 ： “ 2 2 ( k V 中性点 直 接接 地 电力网 的线 路 应 按 规定 装 设 反 应 相 问短 路 和接 地短 路 的保 护 ” 。冈 此线 路 断 线 故 障应 该 不在线 路保 护 的动 作 范 闱之 中 ， 但 本 次 故 障带 来 的新 问题 。 仍 需要 重点 关 注 。 3 。 l 线路 中 间单相 断线且 两端 先后 落地 对传统保护而 之 ： 先断线 ， 再发生接地故障 保护 动 作跳 闸 相 重合 闸 动 作 最 台于 故 障 。 加 速 i跳 ， 亘合 。对 系统而 者： 线 路断 线接 地状 态 F， 重 合闸已经 意 义 大 ， 晕 合 闸 只能 增加 - 次 对 系统 的短路 冲击 建 c义在 此种状 态 下 保 护检测 到 一 394 某一 相线路 断线 ， 随后 发 生 的 同名 相 接 地 故 障应 该直接三跳 ， 不重合。 3 2 线路 中 间单 相 断线且 两端 未落地 这 可能是在线路杆塔 反 弓处发生断 线的情 况 。 ( 1 )对 传 统 保 护 而 言 ： 是 发 生 断 线 故 障 。此 时保护会检测到零序电流， 继 电保护零序 段根 据规 程 要 求 ， 按 照 3 0 0 A 整 定 。如 低 于 此定 值 则 不会 动作 跳 闸 ， 如果 线 路 的负 荷 电流 超 过 3 0 0 A， 则会 零序 段 保护动 作 三相跳 闸 。 ( 2 )对线 路 保 护 而 言 ， 是 保 护 系统 设 备 发 生 短路时的保护 ， 对于断线故障， 按照 G B 1 4 2 8 5 2 0 0 6 继 电保护 和安 全 自动装 置技 术 规程 第 4 6 条规定， 保护动作行为应该不做要求。 ( 3 )对系 统而 言 ， 分析 动作 行为 如下 ： 1 )对 于 联 系 较 为 紧 密 的 电 网 系 统 ， 如 双 回 线 ， 对 于系 统 而言 ， 此 时 线路 如果 三 跳 ， 则 将潮 流 转 移 到另外 一条 线路 ， 按 照 N 一1的 原 则 ， 应 该 对 系统影 响不 大 ； 如 果线 路 维 持 二相 运 行 对保 证 系统 供 电有 着 一 定 重要 的 意义 。因此 ： 线