TV二次回路多点接地引起的纵联保护误动分析

张国辉，王 昕，王 军，赵斌超，黄秉青

（国网山东省电力公司电力科学研究院，济南 250003）

TV二次回路多点接地引起的纵联保护误动分析

张国辉，王 昕，王 军，赵斌超，黄秉青

（国网山东省电力公司电力科学研究院，济南 250003）

分析两起由TV二次回路多点接地引起纵联保护误动作案例，并对纵联保护误动的机理进行研究。当TV二次回路存在多个接地点时，分析发生接地故障时二次回路中性线上的偏移电压特性，发现导致纵联保护不正确动作的原因是方向元件误判。

TV二次回路；多点接地；纵联保护误动；机理分析

0 引言

按照 《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》规定，公用电压互感器（TV）的二次回路有且只允许有一点接地［1-2］。但由于二次回路接线的复杂性，电厂和变电站中仍难免出现TV二次回路多点接地的情况［3-5］。分析两起由TV二次回路多点接地所引起的电厂、变电站纵联保护误动案例，对误动的机理进行研究，查找误动原因。

1 TV二次回路多点接地引起保护误动案例

1.1 发电厂TV二次回路两点接地导致保护拒动

某线路发电厂侧保护进行双重化配置：第一套保护装置配置纵联差动保护、距离保护、零序保护；第二套保护装置配置纵联距离保护、纵联零序保护、距离保护、零序保护。该线路的末端发生区内单相接地故障，第一套保护装置纵联差动保护正确动作，将故障切除，其距离方向元件同时正确动作。第二套保护装置的纵联距离保护、纵联零序保护均未动作。

图1 某线路发电厂侧第二套保护装置采集到的故障波形

查找第二套保护装置保护拒动的原因，对其采集到的故障波形进行检查，如图1所示。可以看出，零序电压波形发生畸变，据分析其3次谐波含量较大，约占75%。初步判断该发电厂TV二次回路多点接地。

现场对保护用TV二次回路接地点进行检查，发现两套保护装置电压回路分别取自线路TV二次两个不同绕组，TV就地端子箱内TV二次电压回路中性点N短接在一起后，分别引入网控室和发电机电子间，TV的电压用于计量、录波、线路保护及发电机同期并网。第二套保护装置线路TV二次电压中性线在网控室计量屏接地，又在发电机电子间的同期屏接地，造成TV二次电压中性线两点接地。

最终判断该发电厂TV二次回路两点接地导致第二套保护装置拒动，该保护装置判断的故障类型为系统同时发生区内、区外故障，为避免保护装置误动，装置以区外故障优先闭锁保护致使第二套保护在线路故障时未动作。

1.2 变电站TV二次回路两点接地导致保护误动

某变电站线路保护双重化配置：第一套为纵联差动保护、距离保护、零序保护；第二套为纵联距离保护、纵联零序保护、距离保护、零序保护。该变电站线路1发生区内近距离B相单相接地故障，线路1纵联差动、纵联距离、纵联零序等主保护均正确动作，但线路2纵联零序保护误动，纵联差动、纵联距离保护未动作。

图2 某变电站线路2第二套保护录波图

查找线路2第二套保护装置误动的原因，查看线路2第二套保护的录波图，如图2所示。可以看出，线路2第二套保护装置采集到的零序电压发生了畸变，3次谐波含量明显，B相接地故障期间B相电压异常升高，且超过额定值较多，自产零序电压滞后零序电流约165°，零序功率方向落入正向动作区，保护装置判为线路区内故障，误发跳闸命令。根据现场处理事故的经验分析，初步判断该现象为变电站线路2第二套保护的零序电压因TV二次回路多点接地发生畸变。

现场检查TV二次回路接地点，发现现场TV中性线电流为1.15A，站内TV二次回路中性线存在多点接地情况。根据现场的检查结果，最终判断该变电站TV二次回路多点接地导致线路2第二套保护装置误动，TV二次中性线的多个接地点间流经故障电流，导致各接地点的电位出现差异，由此中性线上产生了一个寄生电压，该寄生电压与B相电压叠加后引起保护装置处B相电压异常升高，导致线路2纵联零序保护误动作。

2 TV二次回路多点接地导致纵联零序保护误动作机理

2.1 故障时TV二次回路中性线偏移电压

TV二次回路只允许一点接地，二次回路在控制室一点接地后，保护装置采集到的电压能够正确反映线路二次电压，如图3所示。图中Ua为保护装置采到的电压，U′a为TV二次侧电压。

图3 TV接线示意

当TV二次中性线两点接地后，故障时一次电流通过TV二次回路分流，在TV两接地点中产生压降ΔU，该压降与TV二次侧电压U′a叠加，造成保护装置处电压中性点电位发生偏移，如图4所示。

图4 TV二次中性线两点接地示意

当保护装置采集到的零序电压 3U0与零序电流3I0相角φ满足-192°≤φ≤-12°时，纵联零序保护判为正方向故障，向对侧保护发出允许跳闸指令。

当TV中性线有两个接地点时，以A相为例，保护装置采到的电压为Ua=U′a+ΔU，其中ΔU为TV两点接地时系统发生故障情况下二次回路中性线上产生的偏移电压。由于系统接地故障时接地阻抗具有不确定性，可能表现为感性或者容性，因此ΔU同样可能表现为感性或者容性。如果现场TV二次回路中性线两点接地时的感应电压较大，则ΔU还应计及现场二次回路的感应电压。TV中性线有两个接地点时系统电压如图5所示。

图5 TV中性线有两个接地点时系统电压

2.2 TV中性线偏移电压对纵联保护动作影响分析

2.2.1 TV中性线偏移电压为容性时的分析

假设ΔU表现为容性，则当系统发生A相接地故障时，视TV二次回路两接地点接地位置的不同，其中性线偏移电压ΔU可能超前A相故障前电压60°～80°，也可能滞后A相故障前电压100°～120°。如图6所示为ΔU超前A相故障前电压60°和80°的相量分析，图中：UA为故障后的A相电压；U′A、U′B、U′C为叠加中性线偏移电压后装置采集到的A相、B相、C相电压；3U0为装置自产零序电压；3I0为自产零序电流，若忽略系统负荷电流，可近似认为3I0相位与ΔU相位相同。

从图6中可以看出：若不考虑TV二次两点接地时感应电压对保护用电压的叠加作用，当故障相电压幅值下降较大，3U0相位将超前3I0相位，如图6（a）所示，此时保护装置零序功率方向元件将可能判为反方向故障；而当故障相电压幅值下降较小，3U0相位将滞后3I0相位，如图6（b）所示，此时保护装置零序功率方向元件将可能判为正方向故障。

图6 ΔU超前A相故障前电压60°和80°相量分析

若考虑TV二次两点接地时感应电压对保护用电压的叠加作用，则ΔU将更加具有不确定性。当TV二次电缆附近有高压电缆或周围电缆有大电流时，TV二次电缆在两接地点处将产生感应电压，该感应电压叠加到保护装置处，使得保护装置采集到的TV二次电压的幅值、相位更加不确定。若此时线路发生接地故障，则保护装置的零序功率方向元件极有可能误判。

如图7所示为TV二次中性线偏移电压ΔU滞后A相故障前电压100°和120°的相量分析，保护装置零序功率方向判别也将具有不确定性。

图7 ΔU滞后A相故障前电压100°和120°相量分析

2.2.2 TV中性线偏移电压为感性时的分析

假设ΔU表现为感性，当系统发生A相接地故障，TV二次中性线偏移电压ΔU可能滞后A相故障前电压60°～80°，也有可能超前A相故障前电压100°～120°。如图8所示为ΔU滞后A相故障前电压60°和80°的相量分析，如图9所示为ΔU超前A相故障前电压100°和120°的相量分析。TV中性线偏移电压为感性时的分析与TV中性线偏移电压为容性时的分析类似。

图8 ΔU超前A相故障前电压60°和80°相量分析

图9 ΔU滞后A相故障前电压100°和120°相量分析

3 结语

在分析两起由TV二次回路多点接地引起纵联保护误动作案例的基础上，研究了纵联保护误动的机理。当TV二次回路存在多个接地点时，接地故障时TV两接地点间的偏压电压是造成纵联零序、纵联距离保护不正确动作的根本原因，当TV二次回路存在多个接地点时，方向元件极有可能误判，导致保护不正确动作。现场TV二次回路应严格按照《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》相关规定执行，防止多点接地。

［1］国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［2］国家电网公司人力资源部.二次回路［M］.北京：中国电力出版社，2010.

［3］赵曼勇，舒双焰，赵有铖.高压电网防护保护死区电流互感器保护绕组的配置及反措［J］.电力系统保护与控制，2010，38（5）：132-134.

［4］DL／T 866—2004 电流互感器和电压互感器选择及计算导则［S］.

［5］袁季修，盛和乐，吴聚业.保护用电流互感器应用指南［M］.北京：中国电力出版社，2004.

Pilot Protection Malfunction Analysis Caused by TV Secondary Circuit Multi-point Earthing

ZHANG Guohui，WANG Xin，WANG Jun，ZHAO Binchao，HUANG Bingqing
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

The mechanism of the pilot protection malfunction is studied based on the analysis of two pilot protection malfunctions caused by TV secondary circuit multi-point earthing.Offset voltage characteristics of the secondary circuit neutral line is analyzed when there are several ground points in the TV secondary circuit，and it is find that the cause of incorrect action of pilot protection is the direction element misjudgment.

TV secondary circuit；multi-point earthing；pilot protection malfunction；mechanism analysis

TM77

A

1007－9904（2017）01－0032－04

2016-08-02

张国辉（1977），男，高级工程师 ，从事继电保护相关工作。