電壓二次回路異常對(duì)保護(hù)動(dòng)作的原理分析

王　飛， 余淑琴， 胡曉軍， 黃云龍， 唐小平

(國(guó)網(wǎng)合肥供電公司， 安徽　合肥　230022)

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電壓二次回路異常對(duì)保護(hù)動(dòng)作的原理分析

王飛， 余淑琴， 胡曉軍， 黃云龍， 唐小平

(國(guó)網(wǎng)合肥供電公司， 安徽合肥230022)

摘要：電壓互感器二次電壓回路接線正確對(duì)保護(hù)裝置正常運(yùn)行至關(guān)重要，結(jié)合某變電站保護(hù)誤動(dòng)實(shí)例，建立接地故障等值電路模型，從原理上分析電壓二次回路異常對(duì)縱聯(lián)零序方向保護(hù)產(chǎn)生的影響，并提出該類型故障的處理和預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：二次電壓回路；接地故障；縱聯(lián)零序方向保護(hù)

0引言

近年來(lái)，我國(guó)電力系統(tǒng)容量不斷擴(kuò)大，其對(duì)繼電保護(hù)的要求也在不斷提高，繼電保護(hù)安全、可靠、及時(shí)地切除故障顯得尤為重要[1]。無(wú)論是智能變電站還是傳統(tǒng)變電站，都是通過(guò)電壓互感器將一次電壓轉(zhuǎn)換為二次電壓供保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量使用。由于各相電壓都能通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量或者保護(hù)裝置液晶面板上直接讀取，在日常巡檢或者是保護(hù)年檢時(shí)可以很便捷地判斷出各相電壓回路上是否有異常。但對(duì)于二次電壓中性線回路，正常情況下對(duì)地電位接近于0，不能很直觀地判斷回路是否異常，不便于日常維護(hù)管理。若出現(xiàn)中性線回路異常有可能造成保護(hù)裝置方向元件誤判，導(dǎo)致誤出口，甚至引起較大的電網(wǎng)事故[2]。

1故障概況

2015年某變電站發(fā)生兩起高頻保護(hù)誤動(dòng)事故。220kV甲線路區(qū)外發(fā)生B相瞬時(shí)接地故障，第二套光纖閉鎖保護(hù)(RCS-902A)動(dòng)作，跳開(kāi)B相開(kāi)關(guān)，重合閘動(dòng)作，開(kāi)關(guān)重合成功。幾個(gè)小時(shí)后又發(fā)生與此相同的誤動(dòng)。

現(xiàn)場(chǎng)摘錄的發(fā)生故障時(shí)故障錄波器錄播圖如圖1所示。

從圖1中可以明確看到，三相電壓中包含較大的三次諧波，且故障前裝置測(cè)量到的零序電壓即包含有大量的三次諧波，與電壓互感器二次回路中性線異常特征高度相符。

為進(jìn)一步確定故障類型，打印了故障線路微機(jī)光纖閉鎖保護(hù)的兩次跳閘報(bào)告，在通過(guò)跳閘報(bào)告分析故障過(guò)程時(shí)，發(fā)現(xiàn)波形圖上故障前及故障中二次電壓波形均如圖1一樣發(fā)生明顯畸變。

緊接著，查看了保護(hù)裝置中交流電壓采樣，具體數(shù)值大小及相角關(guān)系如表1和表2所示。

表1　交流電壓采樣值

表2交流電壓相角差值

Ua-Ub120度Ub-Uc120度Uc-Ua120度

可以看出，三相電壓并不平衡，C相電壓與其他兩相有較大差別。同時(shí)，打印出故障線路微機(jī)光纖閉鎖保護(hù)RCS-902A的保護(hù)實(shí)時(shí)狀態(tài)，波形也出現(xiàn)了二次電壓畸變，波形圖如圖2所示。

圖1　故障錄播圖

圖2故障線路微機(jī)光纖閉鎖保護(hù)實(shí)時(shí)波形圖

通過(guò)這些現(xiàn)象，筆者認(rèn)為接入保護(hù)裝置的二次電壓回路中性線存在異常。

2中性線異常對(duì)保護(hù)裝置的影響

根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》規(guī)定，繼電保護(hù)公用電壓互感器二次回路接地應(yīng)滿足以下要求：

公用電壓互感器的二次回路只允許在控制室內(nèi)有一點(diǎn)接地，為保證接地可靠，各電壓互感器的中性線不得接有可能斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)或熔斷器等。己在控制室一點(diǎn)接地的電壓互感器二次線圈，宜在開(kāi)關(guān)場(chǎng)將二次線圈中性點(diǎn)經(jīng)放電間隙或氧化鋅閥片接地，其擊穿電壓峰值應(yīng)大于 30·Imax伏(Imax為電網(wǎng)接地故障時(shí)通過(guò)變電站的可能最大接地電流有效值，單位為kA)。 應(yīng)定期檢查放電間隙或氧化鋅閥片，防止造成電壓二次回路多點(diǎn)接地的現(xiàn)象[3]。

電壓二次回路中性線異常主要分為兩大種類型，一是電壓互感器二次側(cè)不是一點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地導(dǎo)致接入保護(hù)裝置的零序電壓異常；另一種是電壓互感器二次側(cè)中性線存在斷線、虛接的可能，接下來(lái)主要分析這種情況。

中性線斷線、虛接后，由于中性線對(duì)地電容及變電站內(nèi)磁場(chǎng)的影響，N600會(huì)有一個(gè)懸浮電位，并且對(duì)地電容和站內(nèi)磁場(chǎng)的變化都會(huì)使電位發(fā)生變化，電位不為零，也不固定不變，其值一般在幾伏到幾十伏來(lái)回波動(dòng)[4]。

查詢相關(guān)資料，現(xiàn)場(chǎng)光纖閉鎖(RCS-902A)保護(hù)裝置交流電壓回路采用圖3接線方式，中性線UN直接引自保護(hù)裝置屏頂小母線。

當(dāng)UN虛接時(shí)，就會(huì)有個(gè)懸浮電位引入RCS-902A型保護(hù)裝置，同時(shí)也會(huì)造成三相電壓發(fā)生偏移。UN虛接后各相電壓實(shí)際值：

UA′=UA+ΔUA,UB′=UB+ΔUB,UC′=UC+ΔUC

式中，UA、UB、UC為UN虛接前各相電壓實(shí)際值，ΔUA、ΔUB、ΔUC為UN虛接所產(chǎn)生的各相懸浮電位。

在正常運(yùn)行時(shí)，UA+UB+UC=0，故零序電流3U0=UA′+UB′+UC′=0+ΔUA+ΔUB+ΔUC=ΔU。

下面對(duì)正方向和反方向接地故障零序電流與零序電壓相量關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)要分析[5]。

圖3　RCS-902A交流電壓回路

(1)正方向接地故障

式中:ZM0——M側(cè)零序電源阻抗；ZM0主要決定于變電站中性點(diǎn)接地變壓器的零序阻抗，所以阻抗角約在85°以上。因此零序方向繼電器靈敏角為零序電壓滯后零序電流約95°，元件正方向動(dòng)作區(qū)標(biāo)注如圖5所示。

圖4　正方向接地故障示意圖

圖5　正方向接地故障時(shí)，零序電壓、零序電流相量圖

(2)反方向接地故障

如果線路上沒(méi)有插入任何感應(yīng)零序電壓，則M側(cè)母線零序電壓為：

式中，ZN0——對(duì)側(cè)變電所的零序電源阻抗；ZL0——線路零序阻抗。

ZN0+ZL0主要取決于線路阻抗，所以其阻抗角約在80°左右。零序電流與零序電壓相量關(guān)系如圖7所示，零序電壓超前零序電流80°左右。

如前述，當(dāng)N600虛接時(shí)，會(huì)引入一個(gè)額外的零序電壓ΔU，導(dǎo)致保護(hù)裝置感受的零序電壓發(fā)生偏轉(zhuǎn)，完全有可能導(dǎo)致零序方向判別元件發(fā)生誤判。

調(diào)取故障發(fā)生時(shí)零序電流與零序電壓的相量圖，如圖8所示。

確實(shí)發(fā)現(xiàn)零序電壓和零序電流幾乎反向，參照?qǐng)D5，在正方向動(dòng)作區(qū)內(nèi)，因此零序方向繼電器判定為正方向，繼而導(dǎo)致在區(qū)外故障時(shí)縱聯(lián)零序方向保護(hù)誤動(dòng)。

圖6　反方向接地故障示意圖

圖7　反方向接地故障時(shí)，零序電壓、零序電流相量圖

圖8　故障時(shí)零序電流與零序電壓的相量圖

3處理措施和效果

現(xiàn)場(chǎng)工作人員針對(duì)這些特征，對(duì)電壓互感器二次側(cè)中性線回路進(jìn)行細(xì)致的檢查，查找出虛接點(diǎn)，處理檢查完畢后，恢復(fù)安全措施，將裝置重新上電，打印保護(hù)裝置的保護(hù)狀態(tài)(運(yùn)行工況)，二次電壓、電流波形正常。

同時(shí)，檢查裝置開(kāi)入信息輸入正常，裝置無(wú)任何報(bào)警信號(hào)。

4結(jié)論

本次二次電壓產(chǎn)生畸變正是由于中性點(diǎn)N600接線存在虛接引起，日常運(yùn)行中在保護(hù)裝置背板內(nèi)和二次回路皆有可能存在虛接的問(wèn)題，要求運(yùn)維單位高度重視，并在運(yùn)行中加強(qiáng)監(jiān)視。在日常維護(hù)中，運(yùn)維人員和保護(hù)人員可通過(guò)打印保護(hù)裝置電壓波形，查看波形有無(wú)明顯畸變，或者檢查保護(hù)裝置背板接線和端子排上N600接線有無(wú)明顯的松動(dòng)。若中性線回路有明顯缺陷，在滿足二次安全措施的條件下，及時(shí)消除異常，防止造成事故。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李志興,許志華.電壓互感器二次回路接地點(diǎn)的分析[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2010,30(10):141-144.

[2] 耿波,王靜,于靜.電壓互感器二次回路接地點(diǎn)分析[J].電氣工程與自動(dòng)化,2015(9):21-23.

[3] 調(diào)繼[2005]222號(hào),國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施[Z].

[4] 張穎.N600斷線對(duì)保護(hù)裝置動(dòng)作行為的影響[J].技術(shù)交流與應(yīng)用,2007,35(9):52-54.

[5] 國(guó)家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答[M].北京:中國(guó)電力出版社，2002．

[責(zé)任編輯：王敏]

Protection Action Principle of Voltage Secondary Circuit Anomaly

WANGFei,YUShu-qin,HUXiao-jun,HUANGYun-long,TANGXiao-ping

(StateGridHefeiPowerSupplyCompany,Hefei230022,China)

Abstract:The correct wiring of voltage transformer secondary voltage circuit is essential for the normal operation of protector. Combined with an instance of the protector maloperation in a substation malfunction, the ground fault equivalent circuit model is established, the influence of voltage secondary circuit anomaly on longitudinal zero sequence direction protection is analyzed from the principle, and this type of failure treatment and preventive measures are put forward.

Key words:secondary voltage circuit; ground fault; longitudinal zero sequence direction protection

中圖分類號(hào)：TM771

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-9706(2016)01- 0045- 04

作者簡(jiǎn)介：王飛(1987-)，男，安徽桐城人，國(guó)網(wǎng)合肥供電公司，工程師，研究方向?yàn)槔^電保護(hù)。余淑琴(1988-)，女，安徽池州人，國(guó)網(wǎng)合肥供電公司，工程師，研究方向?yàn)槔^電保護(hù)。胡曉軍(1989-)，男，安徽無(wú)為人，國(guó)網(wǎng)合肥供電公司，工程師，研究方向?yàn)槔^電保護(hù)、變電站綜合自動(dòng)化。黃云龍(1985-)，男，江蘇江陰人，國(guó)網(wǎng)合肥供電公司，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)管理工作。唐小平(1981-)，男，安徽合肥人，國(guó)網(wǎng)合肥供電公司，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)管理工作。

收稿日期：2016- 01- 04