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互感引起的零序方向保護(hù)誤動(dòng)分新與對(duì)策（電力）

陳水耀^1，2，黃少鋒¹，楊松偉²

（1．華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京  102206;2．國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，浙江杭州31 1232）

摘要：某220 kV線路高頻零序方向保護(hù)在區(qū)外故障時(shí)誤動(dòng)，保護(hù)動(dòng)作前的電壓波形存在明顯畸變。通過對(duì)電壓波形進(jìn)行諧波分析，發(fā)現(xiàn)電容式電壓互感器(CVT)暫態(tài)特性持續(xù)時(shí)間比較短，一般在5～10 ms,而零序方向保護(hù)動(dòng)作出口在20 ms以后，從而排除了CVT暫態(tài)特性不良引起零序方向保護(hù)誤動(dòng)的可能性。同時(shí)根據(jù)線路兩側(cè)零序電壓、零序電流及零序阻抗，計(jì)算出線路上存在感應(yīng)電壓，從而確認(rèn)相鄰線路互感是導(dǎo)致零序方向保護(hù)誤判的原因，并有針對(duì)性地提出負(fù)序電流開放零序方向保護(hù)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：零序方向保護(hù)：暫態(tài)特性：CVT;互感

中圖分類號(hào)：TM774  DOI: 10.11930/j.issn．1004-9649.2016.05.059.04

0引言

    高頻零序方向保護(hù)是綜合線路兩側(cè)零序方向判別信息以確定故障區(qū)間（本線路內(nèi)部或外部）的一種閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)。當(dāng)本線路內(nèi)部故障時(shí)，兩側(cè)保護(hù)均發(fā)出正方向（規(guī)定正方向?yàn)橛赡妇�指向本線路）故障信息，高頻零序方向保護(hù)動(dòng)作：當(dāng)外部故障時(shí)，在靠近故障點(diǎn)的一側(cè)保護(hù)發(fā)出反方向（規(guī)定反方向?yàn)橛杀揪�路指向母線）閉鎖信號(hào)，兩側(cè)高頻零序方向保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

    高頻零序方向保護(hù)雖然原理簡(jiǎn)單，但在實(shí)際運(yùn)行中卻容易出現(xiàn)誤動(dòng)的情況。如果靠近故障點(diǎn)的一側(cè)零序保護(hù)方向出現(xiàn)誤判，則線路兩側(cè)高頻零序方向保護(hù)會(huì)誤動(dòng)。導(dǎo)致零序方向保護(hù)誤判的原因很多．TA電流回路兩點(diǎn)接地、電流回路極性接反．TV電壓回路兩點(diǎn)接地、電壓回路中性線松動(dòng)等都會(huì)引起零序方向保護(hù)誤判。此外，相鄰線路互感也會(huì)導(dǎo)致零序方向保護(hù)誤判。

1保護(hù)動(dòng)作情況簡(jiǎn)述

    某電網(wǎng)500 kV線路5415線C相故障時(shí)．引起網(wǎng)內(nèi)220 kV Q變電站（以下簡(jiǎn)稱“Q變”）至L變電站(以下簡(jiǎn)稱“L變”)220 kV線路2404線的高頻零序方向保護(hù)誤動(dòng)，跳開單相開關(guān)，重合閘重合成功。系統(tǒng)接線如圖1所示，2404線保護(hù)動(dòng)作報(bào)告如表1所示。

    從保護(hù)動(dòng)作報(bào)告看．CSC101A和RCS901A兩套線路保護(hù)裝置均判斷線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障。RCS-901A快速動(dòng)作跳閘（Q變選相錯(cuò)誤，原因分析不在本文中闡述），而CSC101A選相失敗，出口需延時(shí)150 ms，此時(shí)區(qū)外故障已切除，未發(fā)動(dòng)作出口指令。

2零序方向保護(hù)誤動(dòng)分析

    根據(jù)保護(hù)裝置內(nèi)部記錄的采樣數(shù)據(jù)．計(jì)算出跳閘前2404線路兩側(cè)零序方向的角度見式(1)，表明兩側(cè)高頻零序方向元件確實(shí)滿足停信條件。

    正常情況下．2404線L變側(cè)零序方向元件應(yīng)判為正方向，Q變側(cè)零序方向元件應(yīng)判為反方向。從保護(hù)動(dòng)作報(bào)告看，Q變的零序方向元件為誤判。經(jīng)過對(duì)2404線兩側(cè)保護(hù)電壓、電流回路進(jìn)行詳細(xì)檢查．排除了二次回路異常引起零序方向保護(hù)動(dòng)作的可能性。

2.1  零序電壓諧波分析

    電容式電壓互感器( CVT)由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等方面的原兇，在高壓線路上得到廣泛應(yīng)用。由于CVT自身的結(jié)構(gòu)．導(dǎo)致在一次側(cè)發(fā)生故障時(shí)，二次輸出電壓存在大量噪聲。保護(hù)動(dòng)作前，2404線電壓波形存在明顯畸變，如圖2所示。對(duì)電壓波形進(jìn)行諧波分析，發(fā)現(xiàn)Q變故障初始的半個(gè)周波內(nèi)，諧波含量確實(shí)比較豐富（見表2），說明CVT確實(shí)存在不同程度的暫態(tài)特性。

    CVT暫態(tài)過程巾，零序電壓相位誤差比較大，零序方向保護(hù)可能誤判。但是，CVT暫態(tài)特性持續(xù)時(shí)間比較短，一般為5～10 ms。以Q變零序電壓波形為例．故障后10 ms的諧波

含量就明顯下降．之后零序電壓和零序電流的相角趨于穩(wěn)定。2404線高頻零序方向保護(hù)在47 ms才動(dòng)作出口，岡此，可以排除CVT暫態(tài)特性不良引起零序方向保護(hù)誤動(dòng)作的情況。

2.2互感電壓測(cè)算

    查閱線路參數(shù)．2404線分布電容可以忽略不計(jì)。不考慮互感時(shí)，線路兩側(cè)零序電壓相量差等于零序電流在零序阻抗上的壓降。而根據(jù)錄波采樣數(shù)據(jù)計(jì)算，兩者之間存在明顯的偏差，見式(2)。

    這表明2404線確實(shí)存在感應(yīng)電壓。查閱該地區(qū)的線路走廊圖．5415線和2404線有9.3 km處于同一個(gè)走廊區(qū)，如圖3所示。證實(shí)2404線的感應(yīng)電壓是5415線零序電流引起的互感電壓。

2.3  弱電強(qiáng)磁模型分析

    (1)零序電流的分布與零序網(wǎng)絡(luò)和線路參數(shù)特性相關(guān)。不考慮互感影響．系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)零序電壓最大．若離故障點(diǎn)電氣距離越遠(yuǎn)，則零序電壓越�。�支路零序電流越小。仿真計(jì)算得到5415線故障時(shí)相關(guān)變電站母線零序電壓和線路零序電流．與實(shí)際錄波數(shù)據(jù)存在顯著偏差，見表3、表4。

    考慮互感電壓影響后，零序網(wǎng)絡(luò)中除了橫向零序電壓源外，還存在縱向零序電壓源(互感電壓）。系統(tǒng)各線路零序電流和母線零序電壓是2個(gè)電壓源共同作用的結(jié)果。由于5415線故障點(diǎn)靠近Q廠側(cè)，跨越5415線的線路阻抗、主變阻抗、4461線和4464線的線路阻抗，電氣距離比較遠(yuǎn)，而5415線流向Q廠側(cè)的零序電流非常大，感應(yīng)作用比較明顯。從錄波圖看．2404線零序電流反而比2423大；2405線零序電流不儀幅值降低，相位出現(xiàn)倒相；Q變母線零序電壓降低，且與L變和Q變母線零序電壓有明顯相位差，如圖4所示。說明互感電壓在零序網(wǎng)絡(luò)中起主導(dǎo)作用，這屬于典型的弱電強(qiáng)磁現(xiàn)象。從實(shí)際運(yùn)行情況看，不同電壓等級(jí)輸電線路同桿架設(shè)時(shí)比較容易出現(xiàn)此現(xiàn)象。

    橫向零序電壓源對(duì)非故障線路而言．一側(cè)是零序反方向：另一側(cè)是零序正方向，如圖5所示。而縱向零序電壓源對(duì)非故障線路兩側(cè)零序方向元件判為正方向。當(dāng)縱向零序電壓源（互感電壓）起主導(dǎo)作用時(shí)，零序方向元件將會(huì)誤動(dòng)作。這就是導(dǎo)致本次誤動(dòng)的原兇。

3消除互感影響的措施

    從理論上分析，互感電壓會(huì)改變零序電流方向，但不會(huì)影響負(fù)序方向保護(hù)的正確判斷。

提出通過零序方向保護(hù)增加負(fù)序反方向閉鎖邏輯，以防止互感電壓影響導(dǎo)致非故障線路高頻

零序方向保護(hù)誤動(dòng)。但在強(qiáng)磁弱電條件下，負(fù)序電流值非常小，負(fù)序反方向元件判別結(jié)果存在不確定性。根據(jù)錄波數(shù)據(jù)計(jì)算，Q變和L變的負(fù)序電壓分別達(dá)到4.5 V、4.4 V．而2404線負(fù)序電流只有0.16 A。可見，零序方向保護(hù)增加負(fù)序反方向閉鎖不能從根本上解決強(qiáng)磁弱電時(shí)零序方向保護(hù)的誤動(dòng)問題。

    為消除互感對(duì)零序方向保護(hù)的影響，在負(fù)序反方向閉鎖的基礎(chǔ)上，增設(shè)負(fù)序有流判別邏輯（通過控制字選擇是否投入）。當(dāng)負(fù)序電流大于設(shè)定門檻時(shí)（建議取零序電流停信定值0.5倍），零序方向保護(hù)立即開放。當(dāng)負(fù)序電流低于設(shè)定門檻時(shí)，零序方向保護(hù)延時(shí)開放（考慮躲過區(qū)外故障切除時(shí)問，建議設(shè)40～60ms）。

    (1)在“強(qiáng)磁弱電”時(shí)，由于電氣距離比較遠(yuǎn)，非故障線路負(fù)序電流很小，不滿足有流開放條件，高頻零序方向保護(hù)延時(shí)出口，能夠躲過區(qū)外故障引起的互感影響。

    (2)線路（兩側(cè)都為大電源）發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，負(fù)序電流達(dá)到設(shè)定門檻，高頻零序方向保護(hù)能夠快速動(dòng)作。

    (3)線路（一側(cè)為弱電源）發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，弱電源側(cè)只有零序電流，沒有負(fù)序電流（或負(fù)序電流很�。�，高頻零序方向保護(hù)會(huì)延時(shí)動(dòng)作出口，可通過控制字退出負(fù)序有流判別功能。

    (4)線路發(fā)生發(fā)展性高阻接地故障時(shí)，零序電流和負(fù)序電流同步增大，負(fù)序電流低于零序停信電流值，增設(shè)負(fù)序有流開放邏輯不會(huì)影響高頻零序方向保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。

4結(jié)語

    本文通過一次線路保護(hù)誤動(dòng)的事故分析．闡述了互感的影響可能引起無故障線路的零序方向保護(hù)誤動(dòng)作，并提出了防止誤動(dòng)的對(duì)策。

    (1) CVT在故障初始由于暫態(tài)特性導(dǎo)致波形出現(xiàn)畸變，影響零序方向判別．但由于其持續(xù)時(shí)間短（10 ms以內(nèi)）．高頻零序方向保護(hù)動(dòng)作一般都在20 ms以后，能躲過CVT暫態(tài)特性的影響。

    (2)受互感電壓影響，非故障線路零序電流和零序電壓（幅值和相位）會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致零序方向元件誤判。在負(fù)序反方向閉鎖的基礎(chǔ)上增設(shè)負(fù)序有流開放邏輯可以防止強(qiáng)磁弱電條件下高頻零序方向保護(hù)誤動(dòng)，且不影響高頻零序方向保護(hù)切除線路故障的時(shí)間。

    (3)在線路設(shè)計(jì)上盡量避免不同電壓等級(jí)平行架設(shè)，如確實(shí)存在類似情況，相關(guān)線路應(yīng)配置分相電流差動(dòng)保護(hù)。