零序功率方向繼電器接線 正確性判定和校驗

王成章 李紅霞

（樂山金石黃丹水電有限公司，四川 樂山 614505）

1 引言

在1l0kV及以上中性點直接接地的雙電源或多電源電網(wǎng)中。零功方向元件作為反映線路或設備接地短路的方向判別元件，它對保證零序電流保護動作的選擇性，起著十分重要的作用。但在安裝、施工過程中如果不注意其接線，并利用負荷電流和零序電壓來判別其接線的正確性，線路在運行中零序保護就會出現(xiàn)拒動或誤動，給電網(wǎng)和設備的安全運行造成很大的危害。2010年8月份黃丹電廠到永向變電站的110kV輸電線路就發(fā)生了兩起零序保護拒動的事故。

2 常規(guī)保護中零功方向元件接線原則及其正確性判別

目前在電力系統(tǒng)中廣泛使用的是整流型功率方向繼電器，把最大靈敏角做成70°或80°。黃丹電廠110kV線路保護采用許繼的PXH—l12四統(tǒng)一線路保護屏，其中零序功率方向元件為LLG-2型，其最大靈敏角做成80°，即加入繼電器的電壓Uj超前電流Ij為80°時最靈敏。為了適應這一要求，接線采用圖1所示，將電流線圈與電流互感器二次繞組之間同極性相連，即Ij＝3Io。將電壓線圈與電壓互感器二次繞組之間反極性相連，即Uj＝-3UO。輸入到零序功率方向繼電器電壓線圈的開口三角的接線方式有多種， 黃丹電廠采用的接線方式為：。其中分別是極性端。這樣引出的開口三角電壓Ud＝-3UO，適于將L630直接引向方向繼電器的U*端，將N600引向方向繼電器的U-端，即Uj＝-3UO。而電流回路3I0應當從方向繼電器的I*端流入，從I-端流出，即Ij＝3Io。相量圖如圖2所示，剛好符合最靈敏的條件。

圖1 零序功率方向繼電器的接線方式

圖2 相量圖

3 對黃丹電廠反應接地故障的零序保護進行檢查

3.1 對零序功率方向繼電器進行校驗

在線路保護屏上將零序功率方向繼電器的電流線圈回路短路，零功方向繼電器的動合觸點短路(暫時取消零功方向，此時零序保護不能判別方向，若出現(xiàn)接地故障動作將無選擇性)。將繼電器取到試驗室按調試規(guī)程的要求進行校驗，測得繼電器動作區(qū)為-20°～145°，最大靈敏角為83°(符合繼電器最靈敏角為80±5°的規(guī)定)，還進行了最小動作電壓檢查、潛動試驗等項目，各項檢查結果均正常，說明繼電器自身沒有問題。

3.2 檢查零序保護控制回路

申請將黃丹電廠到永向變電站的110kV輸電線路零序保護退出運行(暫時解開跳閘出口的連接片)，通過短接零功方向繼電器GJ0的動合觸點，并分別短接零序一段電流繼電器1LJ0、零序二段電流繼電器2 LJ0、零序三段電流繼電器3 LJ0的動合觸點來檢查零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段控制回路，發(fā)現(xiàn)各段保護的信號繼電器均能動作并掉牌，說明控制回路工作正常。

3.3 檢查交流電流、電壓回路

（1）檢查輸入零功方向繼電器的交流電壓、電流的極性和大小

檢查現(xiàn)場電壓、電流回路的二次接線（圖3），發(fā)現(xiàn)PT二次接線L630取自非同名端，接到繼電器的變壓器YB的同名端；CT二次回路N413（回路上標識的）取自同名端，接到繼電器電抗變壓器DKB的同名端。在線路正常帶負荷運行的條件下，用鉗形萬用表測量輸入零序功率方向繼電器的電流、電壓大小。測得輸入到繼電器的變壓器YB線圈電壓為零，輸入到繼電器的電抗變壓器DKB的電流也為零，根據(jù)交流對稱三相電路中Ua+Ub+Uc=0，Ia+Ib+Ic=0可知測得的值與理論值是一致的。

圖3 現(xiàn)場電壓電流回路實際接線圖

（2）檢查母線電壓互感器端子及到線路保護屏的電壓回路

由于在2010年之前零序方向保護曾經(jīng)動作過（查清后才知是不正確動作），起初并不懷疑接入零功方向繼電器的接線極性有錯，而是懷疑接入零功方向繼電器的電壓回路接線端子可能有松動，我們仔細檢查了母線電壓互感器器身接線端子和互感器端子箱內(nèi)接線，并測量了形成開口三角形接線的各相二次電壓，還檢查了從母線電壓互感器端子箱到線路保護屏的電壓線。通過檢查發(fā)現(xiàn)形成開口三角形連接的各相二次首尾連接正確，各端子無松動現(xiàn)象，各相二次電壓也正常，從母線電壓互感器端子箱到線路保護屏的電壓線無松脫、無接錯現(xiàn)象。

（3）檢查接入線路保護屏的電流回路

用雙鉗相位表測量接入線路保護屏的各相電流IA411、IB411、IC411大小及相位，發(fā)現(xiàn)三相電流平衡，各電流之間相位相差120度，是正常的。

4 帶負荷測量零序功率方向繼電器并進行相位分析

由于前面沒有檢查出問題，而在2010年8月10日出現(xiàn)一棵桉樹倒在線路邊相上（當時有功、無功均為送出），線路發(fā)生單相接地，對方零序Ⅲ段動作，而我方零序保護沒有任何動作，這顯然是不正常的，于是進行帶負荷檢查試驗。

4.1 模擬B相接地，測量零功繼電器輸入電壓、電流間的相角

（1）模擬B相接地，測量電壓、電流間相角的原理及方法

模擬出口B相接地短路（其原因是根據(jù)我廠開口三角形接線的方式，便于甩掉B相電壓），在正常三相負荷對稱時，Ua＋Ub＋Uc=0。模擬B相出口接地短路，就是令Ub＝0，也就是設法將開口三角輸出電壓中的Ub甩掉。具體方法是L630不變（接在U*端），把N600與方向繼電器的U-端解開，將Sa630接到U-端，同時又要設法讓IA411、IB411、IC411分別流經(jīng)方向繼電器的I*，I-。具體做法是當通入IA411時，將IB411、IC411相對N相短接然后斷開它們與繼電器的連接線（接入B、C相電流操作類推），這時流過零序功率方向繼電器的電壓為Uj=-3UO=-(Ua+Uc)=Ub，電流為Ij=3Io=IA411。

（2）帶負荷進行相角測試

2010年10月12日上午10時31分，當時線路潮流為送出有功P=+5MW，送出無功Q=+1Mvar，110kV線路電流互感器TA變比為600/5，可以算出二次負荷電流Ifh=0.223A，相電壓與相電流之間的夾角φ(tanφ＝Q/P)。根據(jù)圖4所示的功率坐標系，可判斷相電壓與同相電流之間的夾角φ處于第一象限，從而得出功率因數(shù)角φ=19.8°（即相電壓超前相電流19.8°）。

圖4 功率坐標系圖

進行帶負荷測試，測試結果如下：(因負荷電流小，繼電器不會動作)

加入IA411時，測得Ub超前Ia（即IA411）為72°。 加入IB411時，測得Ub超前Ib（即IB411）為189°（即Ib滯后-Ub為9°）。

加入IC411時，測得Ub超前Ic（即IC411）為307°（即Ic超前Ub為53°）。

4.2 根據(jù)上面測得的電壓超前電流的相角，畫出向量圖進行分析

根據(jù)測得的相角畫出向量圖(圖5)，從向量圖上看Ub超前Ib為189°，這個顯然不對。同相電壓超前電流的角度應為功率因數(shù)角，即Ub超前Ib角度應為19.8°左右。

圖5 三相電壓、電流向量關系圖

從圖5上看電壓或電流相位倒180°，每相電壓超前電流的相位就基本等于功率因數(shù)角了。在10月14 日上午10時，我們將加入零功方向繼電器的模擬電壓倒180°（因為倒電壓操作簡便些）。即：解開N600，L630接U-，Sa630接U*端。負荷潮流為送出有功P=+7.5MW，送出無功Q=+0.7Mvar，1l0kV線路電流互感器TA變比為600/5，可以算出二次負荷電流Ifh=0.33A，相電壓與相電流之間的夾角φ(tanφ＝Q/P)。根據(jù)圖4所示的坐標系，可判斷相電壓與同相電流之間的夾角φ處于第一象限，從而得出功率因數(shù)角φ=5.33°，測試結果如下：

測得的相角如下：(向量圖略，因加入電流太小繼電器不會動作)

加入Ia時，測得Ub超前Ia為246°。

加入Ib時，測得Ub超前Ib為5.5°。

加入Ic時，測得Ub超前Ic為123°。

可見測得的Ub超前Ib角度5.5°與計算出的功率因數(shù)角φ穩(wěn)合。通過上面二次帶負荷試驗己證明確實電流或電壓極性接反。

5 帶上一定負荷以檢驗零功方向繼電器能否正確動作

5.1 對輸入零功方向繼電器的電壓倒極性進行檢驗

在10月15日中午12時50分，我們將L630接U-，Sa630接U*端。負荷潮流為送出有功P=+37MW，送出無功Q= +2.5Mvar，1l0kV線路電流互感器TA變比為600/5，可以算出二次負荷電流Ifh=1.60A，相電壓與相電流之間的夾角φ(tanφ=Q/P)。根據(jù)圖4所示的坐標系，可判斷相電壓與同相電流之間的夾角φ處于第一象限，從而得出功率因數(shù)角（即相電壓超前相電流角度）φ=3°，測試結果如下：

測得的相角如下(相量圖略)：

加入Ia時，測得Ub超前Ia為243°，繼電器不動。

加入Ib時，測得Ub超前Ib為3°，繼電器不動。

加入Ic時，測得Ub超前Ic為123°，繼電器動作。 說明將接入零功方向繼電器的模擬電壓極性倒一下，繼電器動作情況就正常了。

5.2 分析處理

通過上面的試驗己經(jīng)證明了輸入零功方向繼電器的電壓或電流極性反了，之前我們己經(jīng)全面檢查了輸入零功方向繼電器的電壓回路沒有錯誤。于是我們想會不會電流回路極性反了，前面雖檢查了輸入保護屏的三相電流大小和之間的相位關系，但沒有對輸入保護屏的電壓和電流之間相位進行測試。于是馬上對輸入保護屏用于距離保護的電壓和電流之間進行相位角測試，測得相角為（相量圖略）：Uab超前Ia為220°、Uab超前Ib為340°、Uab超前Ic為105°。

以上測得的數(shù)值很明顯不符合相量關系圖，Uab超前Ia的角度應為30°加上功率因數(shù)角3°，即大約為33°才是正確的。至此己完全明白了，是因為電流回路極性反了導致零功方向繼電器不能正確動作（當反方向出現(xiàn)接地故障時它要動作）。不僅如此由于電流回路極性反了，反應相間短路的距離保護的阻抗繼電器還不能正確動作（反方向相間短路時它要動作）。

清楚了線路發(fā)生接地不能正確動作是由于電流回路極性反了，處理就簡單了，將電流互感器一次回路停電，做好相應安全措施，把用于線路保護的電流回路的極性反一下就行了。

6 結論

我們在安裝電壓、電流互感器時，一定要弄清楚互感器的極性；安裝完畢帶負荷試驗時一定要精心組織，試驗方案考慮的要盡可能周全；每年一度的保護檢查、校試要認真仔細，不能走過場；運行中的電力線路出現(xiàn)故障保護動作不正常要加大檢查力度，不能掉以輕心，以免相同的事故多次重復發(fā)生。

[1] 許建安.電力系統(tǒng)繼電保護[M].北京：中國水利水電出版社,2004.

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