采用不同判据的纵联零序方向保护运行风险分析

采用不同判据的纵联零序方向保护运行风险分析

于洋杨瑞金邵庆祝俞斌杨铖栾喜臣麦立张骏摘

要：纵联零序方向保护为适应弱电强磁的运行环境，增加了负序功率辅助判据等功能，然而在实际应用中，出现了线路两侧采用不同判据的纵联零序方向保护配合错误的问题。文章从某220kV线路发生的一起区外误动的事故出发，对故障分量和装置的动作行为进行了深入分析，并提出了改进措施。Key：零序方向;负序方向;弱电强磁：TM773

文献标志码：A

：2095-2945（2019）34-0060-04Abstract：Thelongitudinalzero-sequencedirectionprotectionissuitablefortheoperatingenvironmentofweakelectricandstrongmagnetic，andthefunctionsofnegativesequencepowerassistedcriterionareadded.However，inpracticalapplications，thelongitudinalzero-sequencedirectionprotectioncoordinationerrorwithdifferentcriteriaonbothsidesofthelineappears.Inthispaper，fromtheaccidentofa220kVlinethathasbeenmisfiredoutsidethearea，thefaultcomponentandtheactionbehaviorofthedeviceareanalyzedindepth，andimprovementmeasuresareproposed.Keywords：zerosequencedirection;negativesequencedirection;weakelectricfield引言纵联保护作为目前输电线路的主保护，包括纵联差动保护和纵联距离（方向）保护，能够保证全线故障快速切除。传统的纵联零序方向保护以零序方向作为故障判据，依据零序电流和零序电压的关系判别故障方向。近些年随着“弱电强磁”（主要指同一走廊区域的线路之间互感较强，电气联系较弱的现象）的出现，国内相继发生了多起线路纵联零序方向保护区外误动的事故。不少学者和专家研究并提出了将负序方向作为辅助判据的改进方法[1-2]，可有效防止纵联零序方向保护的误动。然而在实际应用中，可能出现线路两侧保护版本未统一升级，两侧装置软件版本不一致的现象。即一侧采用零序功率判别原理，一侧采用零序功率+负序功率的判别原理，这种运行方式会导致某些特殊故障下，纵联零序保护误动的情况发生。1事故经过某年某月某日16点52分13秒，肥贾2815线路C相接地故障两侧开关C相跳开重合不成三相跳闸，同时振植2793、振植2794双回线振宁变侧B相跳闸，植物园变侧C相跳闸，两侧均重合成功。振宁变采用RCS902AV1.19装置，植物园变采用PCS902AFV1.00装置，振植2793、振植2794线路两侧的保护装置型号和版本不一致（见表1）。2故障分析2.1弱电强磁当甲乙两回线路同走廊时，由于电气距离较近，两回线路之间的互感不能被忽略。接地故障时，故障线路三相导线流过同相的零序电流，此时在相邻线路三相导线上感应的零序感应电势也是同相的，在零序网络中不能抵消。感应出的零序感应电势E0m将在非故障线路零序网络中产生零序感应电流I0m。由于负序和正序电流三相对称，在相邻线路三相导线上感应的负序和正序感应电势三相对称，在负序和正序网络中相互抵消，对相邻线路基本无影响。当两回线路之间无电气联系时，甲线上流过的零序电流全部为感应零序电流，由于感应E0m电势位于非故障线路（甲线）内部，此时甲线两侧零序功率方向均为正方向，如图1所示。当两回线路之间的电气联系较弱时，故障线路分配到非故障线路的故障零序电流I0f会比较小，当感应I0m对非故障线路（甲线）的影响超过故障零序电流I0f时，其特性与两回线路之间无电气联系类似，甲线两侧零序功率方向均为正方向。当线路之间互感较强（磁联系强），而电气联系弱（电联系弱），这种系统条件，简称为“弱电强磁”或者“强磁弱电”。由于负序感应电势三相对称，在负序网络中被抵消，因此，在弱电强磁情况下，非故障线路的负序功率方向是不受到影响。2.2环网中的零序和负序方向當线路MN两侧零序电压U0M和U0N不相等时，线路MN上将有零序电流I0流过。零序网络中，在某点发生故障时，线路MN两侧零序电压U0M和U0N基本相等，MN上的零序电流I0基本为0，该点称为“零序平衡点”。在零序平衡点两侧发生接地故障，线路MN上流过的零序电流I0流向相反，如图2所示。类似，负序网络上亦存在负序平衡点，如图3所示。由于系统中零序和负序网络不完全对称，零序平衡点和负序平衡点不一定位于系统的同一处。当零序平衡点（B0）和负序平衡点（B2）之间发生故障时，如图4所示，流过MN线路上的零序电流I0和负序电流I2流向相反。此时，一侧零序功率方向为反方向，而负序功率方向为正方向，另一侧功零序功率方向为正方向，而负序功率方向为反方向。如M侧零序功率为反方向，负序功率为正方向;N侧零序功率为正方向，负序功率为反方向。3动作行为分析3.1故障分量植物园变侧PCS-902A保护装置纵联零序保护方向元件固定采用零序功率判别原理，振宁变RCS-902A_1.19版本加入了弱电强磁逻辑，采用零序功率判别和负序功率判别两种原理，在本次故障中方向元件采用了负序功率判别原理。从录波图分析（见图5、图6），220kV肥贾2815线C相永久性接地故障时，由于零、负序网络阻抗不同，在振植2793、2794线路上出现零序和负序电流流向不同的情况，造成振植2793、2794两侧不同原理方向元件均判断为正方向动作跳闸，植永2795、2796两条线路两侧均判别为负方向未动作（正常外部故障两侧方向元件不会同时判为同一方向）。由于本次故障为穿越性区外故障，故障电气量变化较小，振植2793、振植2794两侧阻抗元件均未启动，两侧保护均启动了后备选相元件，但RCS-902A_1.19版本为应对弱电强磁条件，其后备选相判据亦相应进行了调整，造成了本次故障中，两侧跳闸选相不一致。因此220kV振植2793、2794线路两侧光纤闭锁保护中纵联零序保护方向判别元件采用的保护原理不一致是导致本次区外故障动作的原因。3.2装置动作行为分析RCS902AV1.19纵联零序方向采用零序功率和负序功率方向综合判据。PCS902AFV1.00纵联零序方向仅采用零序功率方向判据。本次区外故障中，由于故障特征类似弱电强磁，振宁变RCS902A根据综合判据仅采用了负序功率方向判别结果，判为正方向;植物园变PCS902AF仅采用了零序功率方向判别结果，也判为正方向。由于纵联保护两侧均判为正方向，故纵联零序保护动作。由于区外故障，两侧装置测量阻抗不会同时进入纵联距离方向圆内，故两侧纵联距离不会同时判为正方向，纵联距离不会误动。肥贾2815线路区内故障时，两侧保护LFP901和LFP902较快跳开肥贾2815线路开关切除故障，振宁-植物园线路两侧RCS902A和PCS902AF由于距故障点较远，距离选相无结果，而后备选相延时未到，在故障切除前后备选相无结果，两侧纵联零序未动作。肥贾2815线路合闸于永久性故障，两侧保护后加速动作时，由于后加速动作速度相对于快速保护较慢，开关跳开切除故障时间较长，振宁-植物园线路两侧RCS902A和PCS902AF后备选相有结果，故两侧纵联零序动作，选相跳闸，后重合成功。由于故障点距离振宁-植物园较远，振宁和植物园两侧距离元件不动作，此时振宁和植物园RCS902A和PCS902AF启动后备选相元件。振宁侧RCS902AV1.19针对弱电强磁条件，对纵联零序进行特殊处理，其后备选相逻辑也相应进行了处理，与PCS902AF有一定差异。后备选相逻辑主要参考零负序选区结果，由于序分量在不同系统条件下的相对关系会发生改变，因此902系列保护会根据序分量的电气特征选择不同的序分量进行选区。RCS902AV1.19在選择序分量逻辑上进行了细化。在选择序分量进行选区时，会判别系统是否为“弱馈”侧，进而选择不同的序分量进行选区。PCS902AF在判别“弱馈”特征时条件相对宽泛，此次故障中判为“弱馈”侧，使用序电压选区，最终选为C相故障。RCS902AV1.19对“弱馈”判别条件进行了细化，此次故障中未判为“弱馈”侧，使用序电流选区，最终选为B相故障。从本次故障时系统条件来看，植物园和振宁侧都不是“弱馈”侧，RCS902AV1.19相对PCS902AF对“弱馈”的判别结果更准确。对于区内故障和常规区外故障，振宁-植物园线路上的零负序电流不会出现反向特征，振宁和植物园侧选区能正确选相。4结论为了使纵联零序方向保护装置适用于弱电强磁的运行线路，需增加纵联零序保护抗弱电强磁功能，保护装置程序升级后，用零负序综合判别的结果替换原零序反方向元件和零序正方向元件。但是这个处理措施需要两侧保护版本同步升级，否则将造成特殊故障情况下线路保护不正确动作的事件发生。Reference：[1]张琦兵.平行线弱电强磁下零序方向元件的改进[J].电力系统自动化，2013，3