某线路突变量距离保护误动分析及解决方案

黄曙，马凯，谈树峰

（广东电网公司电力科学研究院，广东广州 510080）

继电保护装置对于电网安全日益重要，但是随着电网的不断发展，保护装置的误动时有发生[1-6]。纵观这些误动的实例，既有管理方面的原因，也有装置的问题。其中装置的原因，既有原理本身的问题，又有操作维护方面的问题。本文所涉及的一起装置误动作就属于厂家原理方面的问题。突变量距离保护是目前线路保护配置的一种常规保护[7-8]，本文重点研究这类保护。

某年3月29日，某电网同一条母线的线路110和线路113保护跳闸，跳闸时显示突变量距离动作。

某电网是一个相对独立的小电网，与主电网通过联络线进行连接，电网连接图如图1所示。

图1 跳闸时电网运行图Fig.1 The grid operation diagram when the tripping occurs

在该电网中，C变电站是一个核心的开关站。现场运行的时候，2条母线分裂运行。跳闸线路为与C变电站I母相连的2条线路（110开关和113开关），因而保护装置跳闸时系统运行（110 kV线路部分）只画出了与I母有联系的系统。

整个110 kV中有一个电源：A电厂。B电厂为火电厂，未开机。同时通过T接线和主电网相连（193开关），且131开关处于跳开状态。

A电厂安装有3台2.5万kW的水轮发电机组，跳闸前2台正常运行。

A电厂到C变电站的线路全长2.4 km，正序阻抗0.05 Ω（二次值），保护为距离保护（含突变量距离和零序保护）。

B电厂到C变电站线路全长112 km，正序阻抗2.58 Ω（二次值），保护为距离保护（含突变量距离和零序保护）。

B电厂到D变电站的线路全长30～40 km。

3月29日0时54分38秒534毫秒，110开关线路保护突变量距离ABC相动作；

3月29日0时54分38秒410毫秒，113开关线路保护突变量距离ABC相动作；

由于站内无GPS校时，毫秒不具有可比性。通过对比录波，可以得出113开关比110开关跳闸慢40 ms。

从现场得出的数据显示：

1）跳闸前110开关线路保护装置运行正常，但是从2007年3月29日0时54分30秒开始系统扰动频繁。

2）跳闸前113开关线路保护装置运行正常，但是从2007年3月29日0时54分30秒开始系统扰动频繁。

1 现场数据

现场数据分析包括2部分，一是保护装置动作时的录波数据，二是动作后的现场试验。

1.1 录波数据

通过保护装置录波进行分析。

110开关侧有效录波为8个，基本情况如表1所示。

表1 110开关动作录波记录Tab.1 The trip record of breaker 110

113开关侧有效录波为8个，基本情况如表2所示。

表2 113开关动作录波记录Tab.2 The trip record of breaker 113

由于110开关和113开关接在同一条母线，而该母线只有这2条线路，因而110开关和113开关保护装置采集到的电压相同，电流反向。

通过对波形的分析，2个装置的录波和频率完全一一对应。可以根据波形得出如下的结论：3月29日0时54分37秒之后，系统已经处于严重失稳状态，频率从稳定时的50 Hz逐渐上升到了54.5 Hz。正是在系统失稳的情况下发生了突变量距离保护误动。

1.2 模拟试验

事故发生后，现场进行试验。试验方法：装置三相电压幅值为63 V，角度满足正序关系；三相电流为3.5 A，角度满足正序关系。线路全长正序阻抗定值整定为0.05 Ω。

缓慢增加装置频率，当频率小于54.47 Hz时保护装置不动作；频率上升到54.49 Hz时保护动作，报“突变量ABC相动作”，保护装置误动作。

改变整定阻抗为2.58 Ω，当频率小于54.55 Hz时保护装置不动作；频率上升到54.57 Hz时保护动作，报“突变量ABC相动作”，保护装置误动作。

1.3 结论

根据现场波形以及模拟试验可以得出结论：现场2台线路保护装置动作系现场频率过大而引起的不正确动作。

2 理论分析

现场装置的保护判据如下。

突变量接地距离继电器的动作判据为

突变量相间距离继电器的动作判据为

当频率不为标准的50 Hz的时候，突变量的误动特性分析如下。

假设当前频率为f，电压幅值为u，那么计算的突变量为：

50 Hz附近的时候，取n=1，则有44.88

由于现场实际电压为63 V，高于额定电压；而保护判据中的电压固定位额定电压（57.7 V），因而不会误动的频率范围又有了一定的缩小。

3 解决方案

鉴于事故电网的实际情况（小电网，同时水轮发电机组无调速设备，频率波动较大），现场退出该网所有线路保护装置的突变量距离保护。同时厂家就该型号装置进行改进，改进的方法有2种：突变量距离增加稳态量距离的闭锁条件，在频率异常的时候退出突变量距离。建议首选方式为频率异常的时候退出突变量距离。

3.1 增加稳态量判据

为了增加突变量距离的可靠性，在突变量距离动作判据中增加一个稳态量距离动作的条件，该稳态量距离可以采用全阻抗圆的方式，阻抗定值可以使用距离III段的定值。只有当该全阻抗圆动作2点之后，突变量距离才能出口跳闸。

该种方式需要增加6个阻抗继电器，改动的工作量较大。

3.2 增加频率判据

保护装置通过测频，当频率超出允许范围时，直接退出突变量距离保护。

根据前述分析，50 Hz附近的时候，当电压为额定电压时，只有频率在44.88~55.12 Hz的范围时，保护才不会误动；如果电压偏高，这个范围会更小。根据电网运行的实际情况，我们认为当电网频率小于49 Hz，或者大于51 Hz时，突变量距离需要退出，从而提高保护装置的可靠性。

当突变量距离设置了49~51 Hz的正常范围之后，如果系统频率发生变化，假设频率从50 Hz逐渐降低到40 Hz，当频率降低到49 Hz的时候，突变量距离已经退出（此时保护装置不会误动），继续降低到44 Hz时，尽管突变量距离判据已经满足，但是突变量距离已经退出，此时保护也不会误动。

采用此方式，需要增加对输入电压的频率测量和频率监视。

4 结语

经过理论分析和试验验证，明确了突变量差动误动属于原理设计问题，不是现场操作问题。针对该问题，除了对于现场做临时性的处理外，需要厂家对保护装置进行处理，增加相应的闭锁判据。

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