一起220kV线路跳闸行为分析

　　【摘要】：本文对一起220kV线路跳闸后线路两侧保护动作报文不一致，依据保护报文、录波图及保护原理对保护跳闸行为进行了详细分析。
　　【关键词】：保护跳闸，工频变化量距离保护，接地距离保护，纵联零序保护，纵联距离保护
　　2008年8月30日，220kV祥东线保护动作跳闸，相关保护动作信息：
　　220kV东平变：
　　1）、RCS-902A保护装置
　　21：41：26.155纵联距离动作出口
　　纵联零序方向动作出口
　　故障测距：L＝49.4kM
　　故障相别：A
　　故障相电流：2.10A
　　故障零序电流：4.61A
　　2）RCS-931AM保护装置
　　21：41：28.141电流差动保护出口
　　纵联零序方向动作出口
　　故障测距：L＝48.3kM
　　故障相别：A
　　故障相电流：2.14A
　　故障零序电流：4.71A
　　故障差动电流：25.61A
　　220kV祥周变：
　　1）RCS-902A保护装置
　　21：44：17.505工频变化量阻抗保护动作
　　21：44：17.505距离I段保护动作
　　21：44：17.506纵联距离保护动作
　　21：44：17.506纵联零序方向保护动作
　　21：44：19.252重合闸出口动作
　　故障测距：L＝9.9kM
　　故障相别：A
　　故障相电流：23.63A
　　故障零序电流：20.65A
　　2）RCS-931AM保护装置
　　21：44：27.485工频变化量阻抗保护动作
　　21：44：27.490电流差动保护出口
　　21：44：27.504距离I段动作
　　21：44：29.252重合闸出口动作
　　故障测距：L＝10.0kM
　　故障相别：A
　　故障相电流：23.83A
　　故障零序电流：20.68A
　　故障差动电流：25.61A
　　220kV祥东线全长49.77kM，为祥周变送至东平变的220kV线路，也是东平变目前唯一的220kV电源；根据跳闸当时天气情况、祥东线两侧的保护动作信息和故障录波数据分析，初步判断跳闸为雷击线路瞬间故障造成，故障点距祥周变侧约10km左右，属于祥东线内部故障，且在祥周变侧的距离I段保护范围内。因东平变为终端站，按中调安排，220kV祥东线东平变侧线路保护功能投入，出口压板退出，东平变主变220kV、110kV中性点均接地运行；祥东线祥周变侧线路保护功能及出口压板均投入，重合闸方式为三重，长延时（按《2008年广西电网年度运行方式》P134－135页规定，对于220kV纯负荷终端线路送端重合闸采用“三重无压”方式，受端保护和重合闸退出），祥周变站内有一台主变220kV、110kV中性点均接地运行。故障时由祥周变侧开关切除瞬时故障后，开关重合成功。
　　一、东平变侧RCS-902A、RCS-931AM工频变化量距离保护为何不动作？
　　东平变RCS-902A、RCS-931AM工频变化量距离保护，是南瑞继保特有的保护。其工频变化量距离继电器测量工作电压的工频变化量的幅值，动作方程为：
　　︱△Uop︱＞UZ=57.7＞0
　　对接地故障：Uopф＝Uф－（Iф+K×3I0）×ZZD，ф＝A，B，C，
　　其中ZZD为工频变化量整定阻抗，按定值单即为1.4Ω；UZ为动作门坎，取故障前工作电压的记忆量，即正常运行时系统相电压；△Uop为整定阻抗处工频电压量变化量；Uф、Iф为故障时保护安装处电压、电流，对祥东线东平变侧即为9.6V、-1.663A；K为零序补偿系数，按定值单为0.671；3I0为自产零序电流，按故障录波为4.641A。将以上数据代入方程得：Uopф＝9.6－（－1.663+0.671×4.641）×1.4=7.57V，则︱△Uop︱=︱Uop-Uopф︱=︱UZ-Uopф︱<UZ=57.7，故东平变RCS-902A、RCS-931AM工频变化量距离继电器不满足动作条件，不动作。
　　因为祥周变是电源端，东平变是纯负荷端，故祥东线A相接地时，流入东平变的祥东线电流，A相是零序电流（大部分正序电流已在接地点流入大地，还有少量正序电流流入东平变），BC两相是负荷电流外加A相零序电流对BC两相的零序互感电流分量。因此，东平变祥东线RCS-902A、RCS-931AM保护装置只是监测到A相电流发生改变，变为零序电流，但工频变化量距离继电器使用的是正序电流。由于东平变祥东线A相的正序电流为0，其RCS-902A、RCS-931AM工频变化量距离继电器不能进行故障判断，故未动作。
　　二、东平变侧RCS-902A、RCS-931AM接地距离保护为何不动作？
　　与东平变祥东线RCS-902A、RCS-931AM工频变化量距离保护相似，其接地距离继电器也是使用正序电压电流和零序电流进行正反方向故障判断的。流入东平变祥东线RCS-902A、RCS-931AM的A相电流是零序电流，其相位超前零序电压90°，但零序电压与A相正序电压相位相反，故零序电流滞后A相正序电压约90°。这个零序电流是流入东平变母线的，对于接地距离继电器，可看成滞后A相正序电压90°的接地故障“正序”电流，故属于接地距离保护正方向动作范围。
　　单相接地故障时:故障电压Uф=m×Iф×Zzdpn×(1+K)，ф＝A，B，C。
　　其中Zzdpn为距离保护整定阻抗，按定值单，接地距离Ⅰ段为1.22Ω、0S，接地距离Ⅱ段为2.62Ω、2.5S，接地距离Ⅲ段为3.51Ω、3S；Iф为故障时保护安装处电流，对祥东线东平变侧即为1.663A，Uф为Iф产生的电压，故障录波实际电压为9.6V，当Uф小于9.6V时，保护应动作，当Uф大于9.6V时，保护不应动作，；K为零序补偿系数，按定值单为0.671；m为可靠系数，m为0.95时应可靠动作，m为1.05时应可靠不动作。将以上数据代入方程得：
　　对于接地距离Ⅰ段，当m为0.95时，Uф＝m×Iф×Zzdpn×(1+K)=0.95×1.663×1.22×(1+0.671)=3.22V<9.6V，当m为1.05时Uф＝3.55V<9.6V。故接地距离Ⅰ段可靠不动作。
　　对于接地距离Ⅱ段，当m为0.95时，Uф＝m×Iф×Zzdpn×(1+K)=0.95×1.663×2.62×(1+0.671)=6.92V<9.6V，当m为1.05时Uф＝7.65V<9.6V。故接地距离Ⅱ段可靠不动作。
　　对于接地距离Ⅲ段，当m为0.95时，Uф＝m×Iф×Zzdpn×(1+K)=0.95×1.663×3.51×(1+0.671)=9.26V<9.6V，当m为1.05时Uф＝10.24V>9.6V。但接地距离Ⅲ段时限为3S，故接地距离Ⅲ段可靠不动作。
　　又因为RCS-902A、RCS-931AM保护装置均无接地距离Ⅳ段，由以上分析，祥东线A相接地故障时，东平变RCS-902A、RCS-931AM装置接地距离保护判为正方向，但故障电流不大且时限不满足动作条件，能可靠不动作。
　　三、东平变侧RCS-902A纵联零序保护为何动作？
　　祥东线跳闸时，故障类型属于区内故障，接地点产生的零序电压最高，祥周变和东平变的主变220kV中性点均接地运行，故零序电流由故障点向两个主变中性点流动。这可以用零序阻抗来解释：东平变可看成纯负荷，祥周变可看成是主电源，故障测距以祥周为准（因东平变无其他电源，不能提供故障电流，流进东平变的祥东线电流为BC两相负荷电流和A相零序电流），祥东线全长49.77公里，祥东线祥东侧故障测距9.9公里。故障点零序电压，等于祥东线祥东侧零序电流乘以故障点至祥东变的零序阻抗，等于祥东线东平侧零序电流乘以故障点至东平变的零序阻抗。故可推算出通过祥周主变220kV中性点的零序电流为20.65A，通过东平220kV主变中性点的零序电流为4.61A。
　　在大电流接地系统中，线路故障时，零序电流是由故障线路流向母线，零序功率方向是也由线路流向母线。RCS-902A的零序方向继电器的正反方向元件（F0+、F0-）由零序功率P0（P0由线路流向母线时为正，由母线流向线路时为负）决定。故祥东线东平变侧RCS-902A零序正方向元件动作。这也可由零序方向判据解释：“P0由3U0和3I0*ZD的乘积获得（3U0和3I0为自产零序电压电流，ZD是幅值为1相角为78゜的相量），P0>0时F0-动作；P0<-1伏安（IN=5A）或P0<-0.2伏安（IN=1A）时F0+动作。纵联零序保护的正方向元件由零序方向比较过流元件和F0+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F0-的与门输出。”因祥东线路故障时，零序电流是由线路流入东平变母线的，故其P0=3U0*（-3I0*ZD）=3U0*（-3I0*1*∠78°）=-3U0*3I0*cos78°=-53.7*4.641*cos78°<-1伏安，且有零序电流大于定值单的0.79A，两条件满足，纵联零序保护的正方向元件动作，则不发闭锁信号，且收不到对侧的闭锁信号，允许纵联零序保护保护动作。
　　四、东平变侧RCS-902A纵联距离保护为何动作？
　　东平变侧RCS-902A已投弱馈功能，纵联距离保护的反方向距离继电器“仅在保护投退控制字‘弱电侧’=1时才投入”，“在弱电侧，当距离方向和零序正反方向元件均不动作时，若反方向距离继电器动作，则判为反方向故障，若反方向距离继电器不动作，则不认为是反方向故障。”由第二大点分析可以知道接地距离继电器判为正方向，由第三大点分析可以知道零序方向继电器也判为正方向，故东平变侧RCS-902A纵联距离保护不发闭锁信号，允许对侧保护动作跳闸。
　　结论：
　　220kV祥东线东平变侧RCS-902A、RCS-931AM装置保护动作正确。因为祥周变为主电源，东平变为纯负荷，祥东线A相接地时，东平变侧不能向故障点提供功率，致使保护测距、故障录波测距与祥东线东平变侧有出入，对于现行东平变220kV运行方式，这是难以避免的。但保护装置和故障录波装置能将故障量记录下来，这些信息和祥周变保护动作情况、故障录波数据一起，对学习分析故障、保护装置特性都有好处的。