一起距離保護誤動事例分析以及解決方案沈軍;張洪喜;王忠;趙青春;張春合;朱曉彤【摘要】作為后備保護，距離保護廣泛用于各電壓等級的線路及元件保護，為確保方向性,距離保護一般采用正序電壓作為極化電壓，但正序極化電壓在系統(tǒng)非全相運行工況下可能無法正確反映故障前電壓.本文介紹了一起單側電源系統(tǒng)距離保護I段在反向故障時誤動的事例，分析了利用正序電壓作為距離保護極化電壓存在的不足,并提出了相應的解決方案，最終RTDS實驗結果驗證了本方案的正確性.【期刊名稱】《江蘇電機工程》【年(卷)，期】2017(036)003【總頁數(shù)】5頁(P100-104)【關鍵詞】距離保護;誤動;正序電壓;極化電壓;工作電壓;非全相【作者】沈軍漲洪喜;王忠;趙青春漲春合;朱曉彤【作者單位】南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102;南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102;南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102;南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102;南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102;南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102【正文語種】中文【中圖分類】TM73距離保護的優(yōu)點之一是保護范圍明確、不受系統(tǒng)運行方式影響，作為后備保護，廣泛應用于各電壓等級的線路保護。距離保護基于本端電氣量構成，為確保方向性，距離保護一般采用正序電壓作為極化電壓［1,2］，圓特性距離保護則一般由工作電壓與極化電壓比相構成。由于正序極化電壓具備故障前與故障后電壓相位不變的特性，因此以正序電壓作為參考標準的極化電壓具有良好的方向性。但正序極化電壓在某些特殊系統(tǒng)特殊運行工況下會存在不足，不能正確反映故障前系統(tǒng)的電壓。目前距離保護的研究主要集中在快速段保護范圍方面［3-9］，對異常工況下正序極化電壓的研究較少。本文結合現(xiàn)場距離保護誤動事例，介紹了正序電壓作為距離保護極化電壓在某些特殊運行工況下存在的缺陷，并提出了相應的解決方案，RTDS實驗結果驗證了本方案的正確性。圖1為東南亞某國150kV單端電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)由PLTU-Bayah-CEMINDO3個變電站組成，連接3個變電站的線路均為單回線，其中CEMINDO站為終端站，連接2臺Y-n/A-11變壓器，PLTU站為電源側，2條線路均配置縱聯(lián)距離保護作為主保護，三段距離保護及過流保護作為后備保護。2015年11月12日15點41分，PLTU-Bayah線路發(fā)生C相接地故障，故障點在Bayah站出口，PLTU-Bayah線路Bayah側保護裝置一距離I段正確動作，發(fā)C相跳閘命令，但由于現(xiàn)場接線錯誤，導致該側A相開關被誤跳開，而C相開關未能斷開，故障持續(xù)在線路上，約30ms后，Bayah-CEMINDO線路Bayah側保護裝置二距離I段動作，誤跳三相，從而將CEMINDO完全分開。保護裝置一及保護裝置二動作波形分別如圖2和圖3所示。圖中：ua,ub,uc分別為A、B、C相電壓;ia,ib,ic為A、B、C相電流3i0為零序電流;TrpA、TrpB、TrpC為A、B、C相跳閘命令;21M.Z1.Op為距離I段動作信號。如圖3所示，系統(tǒng)側A相斷開后，保護裝置二經(jīng)短延時動作誤跳閘。2.1距離保護動作特性以圓特性距離保護為例，其正方向動作方程如公式(1)所示［10-13］：式中；op中為工作電壓;為故障相電壓;為故障相電流;為零序電流;Zset為距離保護定值;1中為對應故障相的正序極化電壓。公式(1)對應的距離保護動作特性如圖4中的圓1所示。對于短線路，為了提高圓特性距離保護抗過渡電阻的能力，可將正序電壓移相，此時動作方程為式(2)所示：帶偏移特性的圓距離保護動作特性如圖4中圓2所示。圖中：Zs為本側背后系統(tǒng)阻抗；。為偏移角。由圖可見，帶偏移特性的圓距離保護提高了抗過渡電阻能力[14]。2.2故障分析CEMINDO站接2臺接地負荷變壓器，故障發(fā)生時，負序電流均流往PLTU側，而零序電流則根據(jù)分配系數(shù)分別流往兩側，因此Bayah站僅流過零序電流，其三相故障電流同相位。當A相誤跳開后，A相開路，相當于給回路串聯(lián)了阻抗(系統(tǒng)正序阻抗與負序阻抗的并聯(lián)值)[15]，使得系統(tǒng)零序阻抗增大，故障零序電流變小。Bayah站保護裝置二0角整定為30°,CB1開關A相跳開前，對于保護裝置二，根據(jù)式(2)求得C相電壓的工作電壓與極電壓的關系如下圖5所示。由圖5可見，w=argopc/(-1cej0)”166°,不滿足距離保護區(qū)內(nèi)故障識別方程(1),故障被識別為區(qū)外故障，保護可靠不動。Bayah站CB1開關A相誤跳開后，保護裝置二測量的A相電壓并未降到零，而是接近額定電壓，根據(jù)式(2)求得C相工作電壓與極化電壓的關系如下圖6所示。圖6中中=argopc/(-1cej0片78°，滿足式(2)動作條件，反向故障被識別為區(qū)內(nèi)故障。2.3誤動原因分析此次誤動，是由于正序電壓在A相跳開后相位發(fā)生了變化導致，A相跳開后，VT2測量的A相電壓a與系統(tǒng)側A相電壓不一致，原本應該超前b120°的a變成超前b180°。原因分析如下。CEMINDO變電站連接Y-n/A-11變壓器，正常情況下其結構圖以及電壓向量如圖7所示［16］。圖中:a,b,c分別為原邊Y側三相電壓;IIa,IIb,IIc為副邊△側三相電壓?！鱾热嚯妷簯獫M足式(3):由式(3)可得：由于變壓器Y側A相與系統(tǒng)斷開，因此經(jīng)Y/△變壓器傳變后，Y側A相電壓應滿足如下公式：由于C相接地，因此弱饋側c幅值極小，基于式(5)可知A相電壓與B相電壓相位基本反向，本次故障Y/△變壓器各側電壓相量如下圖8所示。綜上分析，對于Y/△弱饋系統(tǒng)，在系統(tǒng)側相鄰線非全相期間發(fā)生反向故障時，由于正序極化電壓不能反映系統(tǒng)實際的正序電壓，因此導致反向故障誤動?；谝陨戏治?，在系統(tǒng)側非全相期間，對于弱饋側，發(fā)生反向相間故障時，由于故障相間電壓為0，弱饋側計算的正序電壓與系統(tǒng)實際正序電壓一致，不存在誤判的情況，僅在反向單相故障才存在正序電壓計算偏差的問題。針對該情況，本文提出非全相及故障相識別判據(jù)，能可靠識別Y/△弱饋系統(tǒng)相鄰線非全相，然后由只與系統(tǒng)連接的健全相電壓計算正序電壓，從而確保裝置計算的正序電壓與系統(tǒng)實際正序電壓一致。本判據(jù)由非全相狀態(tài)識別判據(jù)以及非全相狀態(tài)正序極化電壓計算組成。非全相狀態(tài)識別判據(jù)用來識別故障發(fā)生時刻系統(tǒng)非全相相別，而非全相狀態(tài)正序極化電壓計算則是排除非全相相別電壓計算得到的正序極化電壓。非全相狀態(tài)識別判據(jù)(以A相故障為例)。(1)3U0<(0.1Un+I0xZ0)。理論上變壓器的Y側端口電壓3U0=0V，但實際上由于零序電流在線路2上產(chǎn)生了零序壓降，導致裝置測量到一定的零序電壓，其中Z0為正向線路零序阻抗，Un為額定電壓。(2)Ub>0.7Un,Uc>0.7Un,Ua<0.3Un且Ia>0.06In。高阻的情況下電壓可能大于0.3Un，但是此時測試阻抗不會進入動作特性圓。⑶3I0>0.1In。非全相正序電壓計算包括以下步驟：(1)健全相相別判斷。根據(jù)非全相狀態(tài)判據(jù)判別出系統(tǒng)側非全相狀態(tài)后，根據(jù)對應相電流條件判斷健全相；電流判斷條件只要大于精工電流即可，取0.05In。單相接地故障時，故障零序電流流入弱饋側，因此只要該相滿足有流條件即可以判斷該相為健全相，否則為故障相。(2)正序電壓計算，基于健全相電壓形成正序極化電壓。非全相狀態(tài)識別判據(jù)可用圖9說明。對于保護裝置二，以本次故障為例，根據(jù)以上判據(jù)，B相電壓將作為健全相電壓計算正序極化電壓，從而可得工作電壓與正序極化電壓的相量關系如圖10所示。圖中^=arg/(-片130°，不滿足公式(2)動作條件，采用該判據(jù)能保證裝置可靠不誤動。本文討論的正序極化電壓相位偏移所帶來的問題與電壓等級無關，類似拓撲結構的系統(tǒng)均可能存在該問題。為驗證方案正確性，采用圖11所示單端電源系統(tǒng)為仿真模型，測試改進后的正序極化電壓判據(jù)對距離保護的有效性。系統(tǒng)電壓等級為220kV,M側電源正序阻抗為8匕78°Q,零序阻抗為10匕72°Q,線路1全長50kM,線路2全長25kM。線路正序阻抗0.28匕85°Q/kM,零序阻抗0.8637匕76°Q/kM。距離保護I段保護定值范圍整定為各自線路全長的80%,無延時，距離保護I段偏移角整定為30°。實驗模擬了線路1單相非全相情況下，發(fā)生在線路1及線路2的各種類型故障，故障類型及距離保護測試結果如表1。除上述故障類型外，同時還仿真了各種常規(guī)類型故障，測試結果滿足區(qū)內(nèi)故障動作、區(qū)外故障不動的要求。仿真結果表明，本文提出的正序極化電壓計算方法能避免Y/△弱饋系統(tǒng)在非全相期間反向故障時，正序極化電壓偏移導致距離保護可能誤動的問題。本文分析了一起反向故障距離保護誤動的事例，指出Y/△弱饋系統(tǒng)非全相再發(fā)生故障時，位于故障點與弱饋側之間的距離保護采用正序電壓作為極化電壓存在的不足，可能導致反向故障距離保護誤動。本文提出了Y/△弱饋系統(tǒng)識別系統(tǒng)側且非本線路非全相的判據(jù)，提出僅基于健全相電壓計算正序電壓的方法，解決了Y/△弱饋系統(tǒng)，距離保護因無法識別系統(tǒng)非全相，導致計算到的正序極化電壓與與實際系統(tǒng)正序極化電壓偏差較大的情況，避免了在系統(tǒng)非全相運行發(fā)生健全相反向故障時距離保護可能誤動的情況，RTDS實驗驗證了該方法的可靠性。本文提出的判據(jù)不但可以用于距離保護，還可以用于其他以正序電壓作為極化電壓的方向元件，包括相過流方向元件等。沈軍(1975—)，男，江蘇南通人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護及控制系統(tǒng)研究工作；張洪喜(1983—)，男，河南魯山人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護及控制系統(tǒng)研究工作；王忠(1969—)，男，江蘇丹陽人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護及控制系統(tǒng)研究工作；趙青春(1980—)，男，湖北武漢人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護及控制系統(tǒng)研究工作；張春合(1974—)，男，遼寧錦州人，研究員高級工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護及控制系統(tǒng)研究工作；朱曉彤(1976—)，男，江蘇武進人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護及控制系統(tǒng)研究工作。景敏慧.距離繼電器正序極化電壓[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,34(1):51-54.JINGMinhui.Positive-sequencepolarizedvoltageofdistancerelay[J].AutomationofElectricPowerSystems,2010,34(1):51-54.姜愛華，薛晨.正序電壓極化阻抗繼電器的保護失效邊界模型[J].電力自動化設備,2015,35(7):43-49.JIANGAihua,XUEChen.Protectionfailureboundarymodelofimpedancerelaywithpositive-sequencevoltagepolarizati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