双微机线路保护装置动作行为分析

双微机线路保护装置动作行为分析双微机线路保护装置动作行为分析 湖北电网 220 kv 线路上的主保护双重化的配置现已开始采 用 11 型和 902 型微机线路保护装置 作为不同的研制开发者 11 型和 902 型微机线路保护装置在功能设计上有所不同 本文 以线路上发生区内单相永久性接地故障为例 对这 2 种型号的 微机线路保护装置的功能及动作行为作了详细分析 1 两种微机线路保护功能设计特点两种微机线路保护功能设计特点 1 1pt 断线的检测及对策 11 型微机保护对 pt 断线的判断采用 2 种互相补充的方法 1 每隔 5 3ms 对采样点检查三相电压之和是否同取自 pt 开口三角的电压一致 若持续 60 ms 两者有效值之差大于 7 v 则判为 pt 断线 2 采样得到的三个相电压有效值均低于 8 v 而 a 相电 流大于 0 04ih ct 二次额定电流 则判为 pt 断线 902 型微机保护采用 3 种方法进行 pt 断线的判别 1 三相电压向量之和大于 8v 2 三相电压绝对值之和小于 0 5un 任一相有电流且 大于 0 08 ih 3 三相电压绝对值之和小于 0 5un kk 把手在合后位 置且跳闸位置继电器 twj 不动作 满足上述条件之一 延时 1 25s 报 pt 断线 pt 断线时 11 型和 902 型的距离保护均被闭锁 11 型保 护将用于零序方向判别的 3u0 由自产改为 pt 开口三角形 此时 11 型保护具有高频零序方向 只用于单相接地 及完整的 零序方 向过流保护功能 902 型保护的零序方向保护功能全部退出 此时 902 型保护有非断线相的工频变化量距离保护 z 复合阻 抗高频保护 f 不带方向的零序三段和新增的零序和相电 流过流保护 若 pt 断线时 线路发生故障 对于接地故障 可由 11 型 保护的零序方向保护切除故障 非断线相的故障可由 902 型 z 和 f 保护切除故障 1 2 转换性故障的对策 11 型保护在进行故障处理时 先选相 根据所选出的故障 相进行计算 为了防止选相后线路的故障发生了转换 从而造 成因选相错误影响保护对故障的测量 11 型保护在选相结果为 单相故障时 采用健全两相之间相电流差突变量作为监视转换 故障发生的起动元件 用阻抗把关的方法切除转换性故障 线 路突然发生单相故障时 保护起动元件动作 经选相判别为单 相故障后 立即投入一个监视健全两相之间相电流差突变量元 件 该元件动作后则投入包括两健全相在内的三种阻抗测量元 件 在保护收回单跳令前 任一种阻抗测量值在保护范围内 高 频插件为阻抗停信定值 距离插件为 段定值 即确认为故障 已转换 保护改跳三相 11 型保护只是在故障发生到保护出口 跳闸这段时间内 考虑了转换性故障的发生 在线路非全相运 行时只有零序不灵敏 段作为转换性故障发生的保护 故障发生时 902 型保护的主保护 cpu1 先选相 然后对故 障相进行测量 后备保护 cpu2 先对各相和相间进行测量 判 为区内故障时才选相跳闸 因此在任何复杂的故障形式下 902 型保护均不会因选相的错误而导致保护的测量错误 为了保护 在线路非全相运行时发生转换性故障 902 型保护也采用健全 两相之间相电流差突变量作为监视转换性故障发生的起动元件 用健全相的工频变化量距离保护 复合阻抗高频保护和距离保 护来切除转换性故障 单相故障切除后 线路处于非全相运行 状态 由 902 型保护动作造成的非全相状态时 装置内的三跳 固定继电器 tgabc 不动作 而跳开相的单跳固定继电器动作 对应相的电流元件返回 非 902 型保护动作造成的非全相状态 时 操作箱中跳位继电器 twj 开入量应变位 902 型保护判断 线路处于非全相运行状态时 延时 80 ms 投入健全两相之间相 电流差突变量起动元件 起动元件动作后加用相应的保护用以 切除转换性故障 1 3 重合闸及后加速的实现 两种型号保护的重合闸均有保护跳闸固定起动和不对应起 动两种方式 11 型保护在线路发生故障起动元件动作 或者是有不对应起 动开入量变位 防止在轻载时 断路器偷跳 后 加用重合闸功能 在加用期间 起动重合闸的开入量变位累计 20 次 20 个采样间 隔 后才确认起动有效 重合闸插件中的阻抗选相元件都返回 判断 故障已切除 开始重合闸计时 在 11 型保护装置中设置 了一个断路器三跳位置开入量 对于保护单跳固定或不对应起 动重合闸来说 均需要经三跳位置把关 目的是为了防止在单 重方式下 本装置在单相故障时正确单跳 但本线路其他保护 装置误跳三相 而且该外部保护又未连接到 11 的重合闸回路中 而使得重合闸非同期误合三相 902 型保护只在线路发生故障起动元件动作后 加用重合 闸功能 在加用期间 起动重合闸的开入量变位后 通过电流 元件来判断故障是否已经切除 在故障切除以后才开始重合闸 的计时 单重方式下 若装置测量到三相中至少有一相有电流 或有一相无电流 则表明单相故障已经切除 在三重方式下 装置测量到三相都没有电流 则表明三相故障已经切除 在线 路轻负荷运行时 线路的负荷电流有可能小于无电流判别定值 在单重方式下 此时就不能通过电流值来判断开关的状态 902 型保护在正常运行时检查到线路处于轻负荷运行状态置 pl 标志 在加用重合闸时 若有 pl 标志 合闸时需查询断路器三跳位置 开入量 以防止在单重方式下 非同期误合三相开关 11 型保护在发出跳令并将开关跳开或通过不对应开入量变 位判断其他保护跳开开关时 程序转至跳闸后 在此不停地通 过采样值计算断开相的电流值并与无电流判别整定值 iwj 相比 较来判断重合闸是否动作 若断开相电流计算值大于 iwj 则 表明重合闸已动作 加用重合闸后加速功能 902 型保护在跳位继电器 twj 开入量变位或跳闸固定继电 器动作且对应相无电流 开关跳开 后 查询到跳开相又出现有电 流或者跳位继电器 twj 开入量返回 判为重合闸已动作 投入 后加速功能 从上述分析中可以看出 两套保护装置的重合闸后加速均 不需要外部提供后加速接点 1 4 出口逻辑的选择 11 型和 902 型保护的跳闸不仅与选相结果有关 还与重合 闸的选择方式和指定及用户整定选择有关 重合闸方式选择为 单重或综重时 11 型和 902 型保护在单相故障时跳单相 此时 若重合闸充电回路未充满电 重合闸不能合闸 为了防止线路 处于长期非全相运行状态 11 型保护可通过整定选择 由综重 插件发三跳令 902 型保护则延时 2 s 后跳三相 11 型保护在发单跳令 0 25s 后还未将开关跳开 故障相电 流大于无电流整定值 iwi 则转发三跳令 在发三跳令 0 25s 后还未将开关跳开 则发永跳令 902 型保护在测量元件动作而选相元件不动作 延时 150 ms 跳三相 线路无论因任何原因切除两相时 由后备跳闸切除 第三相 2 单相永久故障时保护动作行为分析单相永久故障时保护动作行为分析 线路区内 段范围内发生 a 相永久性故障时 保护的正确 动作过程应为瞬时跳开故障相 重合故障相 瞬时加速跳开三 相 3 个动作过程 2 1 保护瞬时跳开故障相的动作过程 线路突然发生 a 相故障 11 型和 902 型保护装置中各保护 插件的起动元件动作后加用各自的保护 两套装置中高频发信 机由于起动元件动作开始发信 11 型高频保护选相结果为单相故障 采用高频闭锁零序方 向保护 并加用健全两相之间相电流差突变量起动元件 本侧 高频保护在连续收到 5 7ms 高频信号后 其对应标志字 sxb 被置为 1 由于是区内故障 线路两侧高频保护测量结果均为 正方向停信 高频保护收不到高频闭锁信号 满足跳闸条件 进入选跳部分 902 型高频保护在连续收到 10 ms 高频信号后 投入方向测量元件 正方向测量元件 o 和 z 动作后停信 在连续 5 ms 收不到高频闭锁信号后 进入跳闸部分 11 型和 902 型距离保护中接地距离 段动作 另外 902 型 保护中的工频变化量距离保护也应动作 保护均进入跳闸部分 11 型零序保护在起动元件动作后 加用 3u0 元件 故障 时产生的 3u0 2v 故障在零序保护 段范围内 进入选跳部 分 902 型零序保护只有 段 因延时未到不能出口跳闸 两套保护装置在起动元件动作后 均加用重合闸功能 因 保护此时未出口跳闸 保护跳闸固定及不对应起动重合闸开入 量均未变位 重合闸处于等待起动状态 11 型和 902 型保护的选跳部分原理相同 由选相结果和屏 上所选择的重合方式来决定保护出口的跳闸方式 选相为单相 故障且屏上重合方式选择为综重或单重时 则只跳单相 否则 跳三相 保护插件发出跳 a 相令后 计算 a 相电流值并与无电 流判别整定值 iwj 相比较 若小于 iwj 表明开关已跳开 保护 插件收回跳闸令 此时故障相 a 相的开关已被跳开 线路处于 非全相运行状态 2 2 重合闸过程 a 相开关跳开后 线路处于非全相运行状态 11 型高频 距离 零序保护插件此时处于等待合闸状态 902 型两个保护 插件依据三跳固定继电器 tgabc 不动作 单跳固定继电器 tga 动作 而 a 相电流元件不动作 判断为线路处于非全相运行状 态 闭锁零序方向保护 延时 80ms 投入健全相复合阻抗方向 和阻抗保护 用以切除转换性故障的发生 a 相开关跳开后 保护跳闸固定及不对应起动重合闸开入 量均变位 重合闸被起动 11 型综重插件的阻抗选相元件返回 其单重计时开始 902 型距离保护插件感受到 a 相无电流 而 其他两相有电流 开始单重计时 重合闸延时到后 发出合闸 令 合上 a 相开关 2 3 后加速过程 11 型高频 距离 零序保护插件 在 a 相开关合上后测量 到的 a 相电流值大于无电流判别整定值 iwj 判断重合闸已经 动作 转入后加速功能 由于故障是永久性的 高频插件测量 到的故障相阻抗在停信范围内 瞬时发出永跳令 距离插件按 整定选择电抗 x 相近或加速 段 瞬时发出永跳令 零序插件 中的零序电流后加速要带 0