遼寧電網零序電流反時限保護速動性分析

陶 冶，田鵬飛

(遼寧省電力有限公司調度控制中心，遼寧 沈陽 110006)

為落實《國家電網繼電保護整定計算技術規范》 (Q/GDW422—2010)，根據《東北電網500 kV系統繼電保護整定計算原則》的要求，遼寧電網500 kV系統零序后備保護由兩段定時限方向過流保護改為反時限方向過流保護。采用反時限零序電流保護，能在保證零序電流保護選擇性前提下有效簡化零序電流保護整定的計算量，縮短了繼電保護整定計算時間，減少了繼電保護整定計算人員誤整定幾率［1－4］。

1 遼寧電網反、定時限動作特性

1.1 遼寧電網反時限動作特性及整定原則

遼寧電網500 kV反時限零序電流保護選用IEC標準反時限特性曲線，零序啟動電流Ip整定為300 A，時間系數Tp整定為0.8 s。為實現反時限零序電流保護與相鄰線路接地距離保護及主變零序電流保護的配合關系，對反時限零序電流保護增加一固定延時 0.5 s［5－7］。

遼寧電網反時限零序過電流保護特性方程為

式中 Tp——時間系數;

Ip——零序電流反時限啟動定值。

1.2 遼寧電網原定時限整定原則

遼寧電網原配備兩段定時限方向過流零序電流保護，即四段式零序電流保護中的零序三段、零序四段。零序三段保護為金屬性接地故障的后備保護，與接地距離二段保護作用相同，保證本線路末端接地故障有靈敏度，并為零序四段提供配合。零序三段與上級線路的零序三段配合，與接地距離二段時間相配合。零序四段一般固定為300 A，作為零序保護的最后一段，主要用于反映輸電線路高阻接地故障，短路電流較小時，零序四段可靠切除此類故障。該段與上級線路的零序三段、四段相配合。

2 金屬性故障不相繼動作時間

遼寧南部電網拓撲圖如圖1所示。

圖1 遼寧南部500 kV電網拓撲圖

如圖1所示，選取遼寧南部電網瓦房店變、金家變、南關嶺變、雁水變、黃海變為算例。系統方式為大方式，即以上5站所有出線不斷線，系統所連機組全部運行。故障類型選取單相金屬性接地。反時限及定時限保護動作特性均不考慮相繼動作。其動作特性如表1所示。

由表1可見，反時限保護動作時間在流過本保護的零序電流較小 (1 500～3 000 A)時其動作時間對故障電流比較敏感，變化也相對劇烈，流過保護的數百安培的故障電流改變就可能帶來秒級的動作時間改變;反時限零序保護發生保護遠端故障時，其動作時間略小于原零序定時限時間或與之相同。以金瓦線為例，當金瓦線金家變側故障時，線路中流過的零序電流為885 A，對側瓦房店變側的反時限保護動作時間為3.01 s，而原定時限保護時間定值為3.2 s，兩者相差僅0.19 s。當故障發生在反時限保護近端時，其動作速度多在2 s以內，明顯快于定時限保護，接近于距離保護。同樣以金瓦線為例，當金家變側發生故障時，線路中流過的零序電流為6 144 A，本側的反時限保護動作時間為1.89 s，原定時限保護定值為5.3 s，兩者相差3.41 s。

3 金屬性故障保護相繼動作時間

表1算例未考慮保護相繼動作的影響。若考慮保護相繼動作，定時限保護由于在金屬性故障時線路兩段零序保護均由零序三段動作，故相繼動作特性與不相繼動作相同。而反時限保護動作特性由流經保護的零序電流值決定，故受相繼動作影響較大，正常情況下，相繼動作將使對端保護加速動作，以更快的時間切除故障。根據遼寧電網反時限零序過電流保護特性方程，相繼跳閘過程中對側相繼跳閘加速時間為

式中 t——遠端保護相繼跳閘加速時間;

表1 金屬性故障定、反時限跳閘時間

t′——近端保護動作時間;

I′0、I″0——分別為近端跳閘前遠端故障電流、近端跳閘后遠端故障電流。

以南雁線為例，若考慮相繼跳閘，則在近端保護跳閘后遠端的保護出現加速現象，南雁線相繼跳閘下保護動作特性如表2所示。

表2 南雁線相繼跳閘下保護動作特性

由表2可見，當南雁線南關嶺變側發生故障時，若保護相繼動作，則雁水變反時限保護動作時間在首端南關嶺變側于2.39 s跳閘，這將比不相繼時加速0.11 s。當南雁線雁水變側發生故障時，相繼時首末端動作時間相差不超過0.5 s。由于首端保護在末端保護0.5 s延時過程中已經保護動作(需0.5 s延時出口)，在這種情況下雖然首端在終端保護跳開后故障電流加大，但不會影響首端保護的跳閘時間。因此，若故障線路首末端不相繼情況下反時限動作時間相差在0.5 s以下，則在相繼動作中不會出現加速情況;若故障線路首末端不相繼情況下反時限動作時間相差在0.5 s以上時，相繼動作中后跳閘的保護將出現加速現象［8－9］;由于相繼動作后故障電流的轉移有時相對劇烈，這種加速在某些情況下將大幅加快相繼跳閘后保護動作的時間。

4 結束語

由計算數據與分析可總結出零序保護由定時限改反時限對遼寧電網繼電保護帶來的影響。反時限保護動作時間與故障電流成反比例函數的特性使故障情況下近端的保護動作時間短于傳統定時限保護，有利于快速切除故障。在相繼動作時間較長的情況下，遠端保護通過加速亦能相對于原來的定時限保護較快地切除故障。零序反時限的應用一定程度上加快了遼寧電網零序后備保護的動作速度，有利于快速切除部分因故障點阻抗特性導致的測量阻抗不在距離保護范圍內的高阻故障［10］。

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