高壓環網區外故障時繼電保護分析＊

沈劍萍

（湖州電力局,浙江 湖州 313000）

高壓環網區外故障時繼電保護分析＊

沈劍萍

（湖州電力局,浙江 湖州 313000）

在220kV及以上電力系統中,普遍存在著電力環網.電力環網在系統外部故障情況下存在的一些特性,對繼電保護有一定的影響,特別是在外部零序互感存在的情況下容易影響繼電保護的動作行為.通過對一起區外故障引起的環網線路保護的誤動的分析,期望對繼電保護從業人員有所啟發.

高壓環網;短路分析;零序功率方向;零序互感

在220kV及以上的電力系統中,往往存在高壓線路通過兩個及以上的變電所之間的線路連接組成的環網.如圖1所示：220kV甲、乙、丙三個變電站組成一個220kV的環形網絡.在該系統圖中,500kV甲乙變電站之間的線路和220kV線三有兩公里的平行布置,當500kV甲乙線發生故障時,將會引起220kV線三保護高頻閉鎖保護的誤動作.

1 系統分析

在目前的220kV保護中,方向元件普遍采用距離方向、零序方向和突變量方向元件構成快速全線保護.我們通過對零序功率方向元件零序互感存在條件進行的分析,來分析兩側保護的動作行為.

（1）首先,我們排除500kV甲乙線和220kV線三之間的零序互感,分析區外故障下220kV線三兩側的零序功率方向元件的動作情況.系統圖見圖2：

在圖2中,XI、X2、X3分別為線一、二、三的線路阻抗,XB1、XB2、XB3分別為變電站甲、乙、丙的主變阻抗.

在XI、X2、X3、XB2、XB3組成的網絡是一個橋型網絡,電流I3為零的條件是：

此時,由于I3為零或達不到啟動條件,保護不會誤動.

當I3不為零時,我們分析線路三兩側零序功率方向的動作情況.

假設：I3由乙站流向丙站.此時,變電站乙的零序電壓為：

由于此時流入XB2的零序電流與乙站三線零序電流方向一致,故I3超前U0乙為110°（180—線路阻抗角）,三線乙側零序功率方向判為正方向.

變電站丙側零序電壓為：

此時分兩種情況：

第一,I2＞I3.U0丙為副,而I3方向與I2相反,故I3滯后U0丙為為80°（線路阻抗角）,三線丙側零序功率方向判為反方向.保護不動作.因此,可靠閉鎖乙側保護,高頻可靠不動作.

第二,I2＜I3.U0丙為正,而I3方向與I2相反,故I3超前U0乙為110°（180—線路阻抗角）,三線丙側零序功率方向判為正方向,由于對側保護也判正方向動作.因此,高頻要誤動作.

那么在什么情況下會出現,從而使得保護要誤動作呢?通過計算分析如下：將圖2中X1、X2、X3組成的三角形化為圖3的星形網絡.

設此時流入220kV線一和線二的總電流為I K’,則

從實際電流計算分析：

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

①由于甲、乙、丙三個變電站在同一系統中,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,丙站零序電流由地流向主變,零序方向為反方向.

同理,當I3由丙站流向乙站時分析結果類似.

（2）存在零序互感情況下保護動作行為.

圖4為圖1系統的零序網絡圖,其中500kV線路與220kV線三有一段平行,故在500kV系統區外故障時,會在220kV線三上感應出零序電流I’,當感應電流與無感應下線三電流I3方向一致時,大大提高了I2-I3小于零得機率,使得丙站零序方向判為正向,保護誤動.

當系統不誤動情況下（無感應電壓下）,乙站零序電壓U乙0和丙站U丙0電壓不會超過90°,在電力系統中,主變和線路的阻抗角相差不多,一般在90°～75°之間,在假設為一致的情況下：

算式是U乙0=X3＊I3+U丙0,可以從錄波圖可以簡單的分析.

當存在感應電壓的情況下：

感應電壓可以很方便得計算出來.

代入電流：

通過計算,我們可以定性地分析線三上感應電壓.同時,根據錄波和測量數據,可以分析線三兩側零序電流和零序電壓之間得關系,從而可以判斷是哪側零序方向誤動.

2 保護動作行為分析和建議

結合以上分析,我們可以得出：

（1）一般情況下,環網連線（線三）兩側零序方向保護不會誤判方向,在某些特定條件下,當X1?X2+X3且XB3?XB2時,反方向一側零序電壓發生變化,使得零序方向元件會誤動作.

（2）當有外部互感電流存在,且互感電流與環網連線（線三）電流同方向時,則反方向側零序方向元件誤動得機率將大大增加.

（3）當環網中存在感應電流,使得聯絡線（線三）電流大于邊線（線二）電流時,零序電流反方向側變電站（丙站）母線零序電壓相位發生變化,該站零序電壓原來領先零序電流為線路阻抗角變為零序電壓,原來領先負零序電流為線路阻抗角變,零序方向元件誤動作.

通過前面的故障分析,建議通過以下辦法來避免保護的誤動：①要盡量避免當X1?X2+X3且XB3?XB2的系統方式的存在.②如果X1?X2+X3且XB3?XB2的系統方式存在,則最好采用光纖差動保護.③對于感應會出現誤動作的線路,保護最好采用光纖差動保護或在零序電流反方向側用距離方向加以閉鎖.④區外故障時,當環網中聯絡線出現誤動時,可以根據各側電流電壓的分析,判斷是否有感應電壓的存在.⑤當采用傳統的高頻閉鎖式保護時,盡量避免如圖1的系統接線形式.

對于從事繼電保護的工作人員,一定要熟悉電力系統的接線形式對繼電保護的影響.本文分析了區外故障環網中容易出現誤動的聯絡線保護動作行為,希望能對繼電保護同行有所啟發.

[1]江蘇電力公司.電力系統繼電保護原理和實用技術[M].北京：中國電力出版社,2006.

[2]楊奇遜.微型計算機繼電保護基礎[M].北京：水利電力出版社,1988.

[3]國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答[M].北京：中國電力出版社,1997.

TM773

A

1009-1734（2010）S0-0117-04

2010-05-10

沈劍萍,工程師,從事繼電保護的安裝、調試和維護研究.