线路保护手合加速保护的动作行为分析

郭松伟，王世祥

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

线路保护手合加速保护的动作行为分析

郭松伟，王世祥

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

线路保护是一种原理较为复杂的保护，在不同的运行方式和故障情况下，保护的动作行为比较难以分析。当向保护背后的故障母线进行充电时，不同保护的动作行为在不同的情况下表现出不一样的动作情况。针对这种运行方式下的线路保护配置现状，提出相应保护的注意事项。

线路保护；加速；反向故障

0 前言

一般线路充电运行时，电源一侧开关在合位，无源一侧开关在分位，无源一侧变电站的母线空载三相无压。这种运行方式在运行中非常常见。如果此时无源一侧变电站母线没有配置母线差动保护，或母线差动保护因其他原因未投入，则线路保护的正确快速动作将能够使故障及时隔离，保证电力系统安全稳定。

但在保护手合线路充电时，无源一侧变电站的母线发生故障(见图1)，常见的故障类型有：A相接地故障，AB相间故障，AB两相接地故障，ABC三相故障等。则图1中B站故障对于线路保护来说是区外故障。如果此时不配置母线差动保护，将不能通过母差保护停信(或者远跳)来实现对侧纵联保护的瞬时跳闸，因此有必要研究B侧线路的后备保护动作行为。

1 220 kV线路保护的动作行为分析

以南瑞继保的RCS-900系列线路保护为例进行分析。

在220 kV线路保护中，一般有RCS-931、RCS-902和RCS-901系列，它们的后备保护配置一致，区别只是主保护的不同。

图1 B变电站母线发生故障示意

后备保护功能元件配置如表1所示。

表1 220 kV线路后备保护功能典型配置

从图1可以发现，在未合开关之前，母线B没有电压，对于保护装置来说，此时保护装置无电压采样，开关位置三相开入TWJ为分位。由于220 kV线路保护TV断线判据为：

(1) 三相电压向量和大于8 V，保护不启动，延时1.25 s发TV断线异常信号；

(2) 三相电压向量和小于8 V，但正序电压小于 33.3 V 时，若采用母线 TV 则延时 1.25 s发TV断线异常信号。

可见，此时保护状态满足条件(2)，保护装置发TV断线信号，适用于TV断线状态下的保护动作分析。

TV断线的复归：三相电压正常后, 经10 s延时TV断线信号复归。

1.1 距离元件动作情况

如RCS-931的保护，在TV断线期间，保留工频变化量阻抗元件，将其门槛增加至1.5 UN，保护自动退出距离保护，自动投入TV断线相过流和TV断线零序过流保护。

在距离保护退出的情况下工频变化量阻抗元件的动作情况如图2所示。

图2 母线故障时的电压分布

设UN为正常运行时的额定电压。则在母线发生故障时，因B站母线电压故障相(相间)为0， 此时：

从图2可见，对于B侧线路保护，计算工作电压｜ΔUOP｜等于UOP，小于｜EF｜；而｜EF｜又等于UN，小于1.5UN，因此工频变化量保护元件不会动作。

1.2 零序保护的动作情况

TV断线时，线路保护一般会退出带方向的零序电流Ⅰ，Ⅱ段，而保留不带方向的III段或Ⅳ段。在这种情况下可以预见，当合于加速故障时，在零序电流值和延时满足的情况下，零序保留段将正确动作。

零序加速段的动作情况如图3所示。

图3 220 kV线路保护装置零序加速动作逻辑

图3中，零序过流加速元件不需要经过零序功率方向闭锁。在手合时，如果零序电流满足零序过流加速元件的定值，则零序过流加速经过100 ms延时动作。

1.3 试验验证

为对以上推论进行验证，在实验室中采用继电保护试验仪进行校验，其实际动作行为满足推论。验证方法如下。

(1) 初始状态。母线三相电压为0，开关三相TWJ开入均为1,此时保护装置发出TV断线信号。投入保护装置距离保护和零序保护的功能压板。

(2) 故障状态。开关三相TWJ开入变为0，模拟相应的故障情况。由于是母线故障，此时设置故障相(相间)电压为0，故障相电流大于零序过流和TV断线过流定值，故障电流方向为反向，故障延时大于所有保护的最长延时。

① 母线A相接地。在母线发生A相接地时，存在零序动作电流，动作情况如下：零序加速动作经延时100 ms动作； 零序III， Ⅳ段经相应延时动作；TV断线过流元件动作。

② 母线AB相间故障。此时线路保护没有零序电流，因此零序相关保护不动作，TV断线过流元件动作。

③ 母线AB相接地故障。发生接地故障时，动作情况同母线A相接地。

④ 母线三相故障。动作情况同母线AB相间故障。

2 110 kV线路保护动作行为分析

在110 kV线路保护中，一般有RCS-941、RCS-943这2种类型的保护。它们的后备保护配置一致，区别只是主保护的不同。后备保护功能元件配置如表2所示。

表2 110 kV线路后备保护功能典型配置

110 kV线路保护TV断线判据为：

(1) 与220 kV线路保护逻辑判据(1)相同；

(2) 正序电压小于33 V时，当任一相有流元件动作或TWJ不动作时，延时1.25 s发TV断线异常信号；

可见，与220 kV线路保护的不同之处在于，这种逻辑方式下110 kV线路保护需要判断开关位置。即开关在分位时，保护不发TV断线信号。

2.1 距离元件的动作情况

因保护装置在合闸前为正常运行状态，保护装置不发TV断线，所以距离保护在正常投入状态。

距离保护采用带方向的阻抗元件，阻抗继电器采用正序电压极化，因此具有良好的方向性。方向阻抗元件的动作特性如图4、图5所示(图中：ZZD为距离保护整定值；ZK为微机保护的测量阻抗；ZS为系统阻抗。)。

图4 正方向故障时动作特性

采用正序电压极化的距离保护具有明确的方向性。当线路发生单相接地、两相接地和两相相间故障时，满足正序电压极化的条件，这时保护将采用正序电压进行极化。而母线故障对于线路保护来说属于反方向故障，因此距离保护(包括距离加速保护)将会正确不动作。

图5 反方向故障时动作特性

而当母线发生三相故障时，正序电压为0，这时距离保护将会进入低压距离保护程序，采用记忆量元件进行极化。由于合闸前母线无压，因此记忆量也为0。而距离III段继电器的门槛电压倒置，特性包含原点，可动作。

三相故障时动作特性如图6所示。

图6 三相故障时动作特性

2.2 零序保护动作情况

在发生母线接地故障时，相应的零序方向保护段若采用零序功率方向保护，将因为发生反方向故障而不动作。对于零序过流加速动作来说，不受零序功率方向元件闭锁，发生接地故障时可正确动作。

如果在控制字中退出零序保护段经方向控制字，则零序保护段也可正确动作。如图7所示。

图7 110 kV线路保护零序过流加速保护逻辑

2.3 试验验证

110 kV线路保护装置集成了开关操作板件，开关位置TWJ由保护装置内部接线开入，因此外部无法控制开关位置判别。因此，试验方案中不开入开关位置给保护装置。验证方法如下。

(1) 初始状态。母线三相电压为0，由于开关分位，TWJ开入为1，此时保护装置不发TV断线信号。投入保护装置距离保护和零序保护段的功能压板。

(2) 故障状态。模拟相应的故障情况，由于是母线故障，此时设置故障相(相间)电压为0，故障相电流大于零序过流和TV断线过流定值，故障电流方向为反向，故障延时大于所有保护的最长时延。

① 母线A相接地。在母线发生A相接地时，存在零序动作电流。动作情况如下：零序加速动作经延时100 ms动作；其他零序保护段在不带方向时动作。

② 母线AB相间故障。此时线路保护没有零序电流，因此零序相关保护不动作。动作情况如下：无保护动作。

③ 母线AB相接地故障。发生接地故障时，动作情况同母线A相接地。

④ 母线三相故障。由于采用了记忆量极化，动作情况如下：距离加速、距离I段、距离II段和距离III段动作。

3 结束语

当发生接地故障时，220 kV线路保护和110 kV线路保护的零序过流加速保护和不带方向的零序延时段均会正确动作。

220 kV线路保护能判断出TV断线，因此TV断线过流保护正确动作。

110 kV线路保护在母线三相故障时，采用记忆量极化，距离III段采用反向门槛电压，动作范围包括反向故障。因此，距离加速和距离III段保护均出口动作。

针对上述的操作方式和故障特征，为保证故障的快速切除，确保系统的安全稳定运行，可以采取以下措施：

(1) 母线故障应主要依靠母差保护切除，如果母线有母差保护，在带负荷测试时应尽量缩短带负荷测试时间；

(2) 在充电之前，应尽量退出充电侧开关保护的零序方向元件，只采用零序过流元件进行保护；

(3) 应缩短对侧线路保护距离II段保护的动作时间，使母线发生故障时对侧保护以较短时限跳闸，保护电力系统和一次设备安全。

2013-08-06；

2013-10-09）