高压环网区外故障时继电保护分析＊

沈剑萍

（湖州电力局,浙江 湖州 313000）

高压环网区外故障时继电保护分析＊

沈剑萍

（湖州电力局,浙江 湖州 313000）

在220kV及以上电力系统中,普遍存在着电力环网.电力环网在系统外部故障情况下存在的一些特性,对继电保护有一定的影响,特别是在外部零序互感存在的情况下容易影响继电保护的动作行为.通过对一起区外故障引起的环网线路保护的误动的分析,期望对继电保护从业人员有所启发.

高压环网;短路分析;零序功率方向;零序互感

在220kV及以上的电力系统中,往往存在高压线路通过两个及以上的变电所之间的线路连接组成的环网.如图1所示：220kV甲、乙、丙三个变电站组成一个220kV的环形网络.在该系统图中,500kV甲乙变电站之间的线路和220kV线三有两公里的平行布置,当500kV甲乙线发生故障时,将会引起220kV线三保护高频闭锁保护的误动作.

1 系统分析

在目前的220kV保护中,方向元件普遍采用距离方向、零序方向和突变量方向元件构成快速全线保护.我们通过对零序功率方向元件零序互感存在条件进行的分析,来分析两侧保护的动作行为.

（1）首先,我们排除500kV甲乙线和220kV线三之间的零序互感,分析区外故障下220kV线三两侧的零序功率方向元件的动作情况.系统图见图2：

在图2中,XI、X2、X3分别为线一、二、三的线路阻抗,XB1、XB2、XB3分别为变电站甲、乙、丙的主变阻抗.

在XI、X2、X3、XB2、XB3组成的网络是一个桥型网络,电流I3为零的条件是：

此时,由于I3为零或达不到启动条件,保护不会误动.

当I3不为零时,我们分析线路三两侧零序功率方向的动作情况.

假设：I3由乙站流向丙站.此时,变电站乙的零序电压为：

由于此时流入XB2的零序电流与乙站三线零序电流方向一致,故I3超前U0乙为110°（180—线路阻抗角）,三线乙侧零序功率方向判为正方向.

变电站丙侧零序电压为：

此时分两种情况：

第一,I2＞I3.U0丙为副,而I3方向与I2相反,故I3滞后U0丙为为80°（线路阻抗角）,三线丙侧零序功率方向判为反方向.保护不动作.因此,可靠闭锁乙侧保护,高频可靠不动作.

第二,I2＜I3.U0丙为正,而I3方向与I2相反,故I3超前U0乙为110°（180—线路阻抗角）,三线丙侧零序功率方向判为正方向,由于对侧保护也判正方向动作.因此,高频要误动作.

那么在什么情况下会出现,从而使得保护要误动作呢?通过计算分析如下：将图2中X1、X2、X3组成的三角形化为图3的星形网络.

设此时流入220kV线一和线二的总电流为I K’,则

从实际电流计算分析：

其中：XΣ=[（XB2+XB3）·（X1+X2+X3）+X2·X3+X1·X3]·（X1+X2+X3）.在上算式中得出以下结论：

①由于甲、乙、丙三个变电站在同一系统中,故XB2、XB3相差不多,而X2加上X3也一般大于X1,故I2-I3一般大于零,即,丙站零序电流由地流向主变,零序方向为反方向.

同理,当I3由丙站流向乙站时分析结果类似.

（2）存在零序互感情况下保护动作行为.

图4为图1系统的零序网络图,其中500kV线路与220kV线三有一段平行,故在500kV系统区外故障时,会在220kV线三上感应出零序电流I’,当感应电流与无感应下线三电流I3方向一致时,大大提高了I2-I3小于零得机率,使得丙站零序方向判为正向,保护误动.

当系统不误动情况下（无感应电压下）,乙站零序电压U乙0和丙站U丙0电压不会超过90°,在电力系统中,主变和线路的阻抗角相差不多,一般在90°～75°之间,在假设为一致的情况下：

算式是U乙0=X3＊I3+U丙0,可以从录波图可以简单的分析.

当存在感应电压的情况下：

感应电压可以很方便得计算出来.

代入电流：

通过计算,我们可以定性地分析线三上感应电压.同时,根据录波和测量数据,可以分析线三两侧零序电流和零序电压之间得关系,从而可以判断是哪侧零序方向误动.

2 保护动作行为分析和建议

结合以上分析,我们可以得出：

（1）一般情况下,环网连线（线三）两侧零序方向保护不会误判方向,在某些特定条件下,当X1≫X2+X3且XB3≫XB2时,反方向一侧零序电压发生变化,使得零序方向元件会误动作.

（2）当有外部互感电流存在,且互感电流与环网连线（线三）电流同方向时,则反方向侧零序方向元件误动得机率将大大增加.

（3）当环网中存在感应电流,使得联络线（线三）电流大于边线（线二）电流时,零序电流反方向侧变电站（丙站）母线零序电压相位发生变化,该站零序电压原来领先零序电流为线路阻抗角变为零序电压,原来领先负零序电流为线路阻抗角变,零序方向元件误动作.

通过前面的故障分析,建议通过以下办法来避免保护的误动：①要尽量避免当X1≫X2+X3且XB3≫XB2的系统方式的存在.②如果X1≫X2+X3且XB3≫XB2的系统方式存在,则最好采用光纤差动保护.③对于感应会出现误动作的线路,保护最好采用光纤差动保护或在零序电流反方向侧用距离方向加以闭锁.④区外故障时,当环网中联络线出现误动时,可以根据各侧电流电压的分析,判断是否有感应电压的存在.⑤当采用传统的高频闭锁式保护时,尽量避免如图1的系统接线形式.

对于从事继电保护的工作人员,一定要熟悉电力系统的接线形式对继电保护的影响.本文分析了区外故障环网中容易出现误动的联络线保护动作行为,希望能对继电保护同行有所启发.

[1]江苏电力公司.电力系统继电保护原理和实用技术[M].北京：中国电力出版社,2006.

[2]杨奇逊.微型计算机继电保护基础[M].北京：水利电力出版社,1988.

[3]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京：中国电力出版社,1997.

TM773

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1009-1734（2010）S0-0117-04

2010-05-10

沈剑萍,工程师,从事继电保护的安装、调试和维护研究.