500kv超高压线路高阻接地差动保护动作可靠性分析

500kv超高压线路高阻接地差动保护动作可靠性分析

电力线路的故障不仅降低了供电电网的可靠性，而且严重影响了供电的安全稳定运行，造成了重大损失。大多数电力线路的错误都会导致故障点附近的电流增加。在过去的几年里，传统的过载电流保护被证明可以成功地检测和防御这种“低阻误差”。然而，高阻误差不能导致很大的电流突变，传统的保护可能是不可靠的。南方电气东输线路距离长，横截面复杂。根据目前的运行经验，很容易出现高阻接地故障。500kv线路通常由主保护装置组成，配备了电流位移差异、纵向保护和纵向保护。支撑装置应保护三段式接地距离、相位距离和两段式零序电流。在高阻接触条件下，初始级故障电流的突变量较小，可以拒绝垂直电流位移和水平方向的保护。随着故障的发展，接触电阻减少后，故障电流的增加可以从辅助保护装置中移除。由于长期维护和故障系统的稳定性，高阻接地期间线路保护的快速实施对整个电网的正常运行起着非常重要的作用。笔者以一起500kV超高压线路高阻接地时差动保护拒动事件为例,讨论差动保护拒动的原因,分析不同运行方式下对线路两侧故障电气量的影响,指出现有差动保护存在的缺陷,并提出相应的改进措施.150分析0kv线路差的动态保护1.1零序iii段动作切除故障特征2011年7月10日500kV花博甲线发生A相故障,线路差动保护未能动作,故障线路由主一保护(PSL-603G)和主二保护(RCS-931DMM)的零序II段动作切除.依据现场录波数据,可知此次故障特征:(1)故障是发生在接近博罗站侧的高阻接地故障;(2)初始阶段故障电流较小;(3)近故障侧故障电流、电压大于远故障侧故障电流、电压.1.2抗差动保护分析1.2.1高阻接地故障下的rps-331RCS-931DMM差动保护动作情况:近故障侧(博罗站侧),故障开始为高阻接地但靠近故障端,保护感受到的故障电流较大(根据录波器的数据计算出博罗侧3I0=0.489A,3U0=2.899V,如图1,2虚线表示,零序电压是慢慢发展变大的,Δ3U0只有0.4V左右),零序电流大于启动定值,博罗侧保护装置立即启动;远故障侧(花都侧),故障开始时由于高阻接地且远离故障端,感受到的故障电流突变量非常小,电压变化量也非常小(根据录波器的数据可以计算出3I0=0.04A,花都侧差动保护跳闸前没有录到3U0,如图3,4所示),均小于保护装置启动定值,故在故障发生约2340ms后,花都侧差动保护未能启动.博罗侧和花都侧差动保护未能动作逻辑示意分别如图5,6所示.同时,为应对高阻接地故障时的侧保护拒动情况,RCS-931DMM设置了可不经对侧允许信号的零序差动元件,其动作条件为本侧保护启动(本侧3I0>定值);零序差流>定值;本侧3U0>3V或3U2>3V,且须3个条件同时满足.零序差动元件动作,同时将跳闸命令发到对侧联跳对侧,达到两侧差动保护相继跳闸的目的.博罗站侧—故障发生后,保护装置感受到的3U0=2.899V和3U2没有达到定值,零差保护也未能动作.博罗侧和花都侧零差保护未能动作逻辑,如图7,8所示.1.2.2并允许启动并允许信号到另一侧PSL-603G高阻接地差动保护动作条件为(1)本侧保护启动(本侧3I0>400A)或另一侧启动本侧(另一侧3I0>400A或另一侧Δ3U0>2V),本侧保护启动并发允许信号到另一侧;(2)差流>定值.博罗侧和花都侧差动保护未能动作逻辑分别如图9,10所示.从以上保护动作分析可知,此次高阻接地故障差动保护拒动的主要原因为远故障侧零序电流或近故障侧零序电压启动条件不满足,导致保护未能启动,造成差动保护未动作.因此,高阻接地时,分析各厂家现有差动保护逻辑缺陷和提出改进措施是很有必要.2分析高干扰接触故障两侧的零序和负序故障的性质2.1零序电流的计算当综合正、负序阻抗相等时,即ZΣ1=ZΣ2,故障点处I0为式中ZΣ1=ZS1//ZR1+ZL1,ZΣ0=ZS0//ZR0+ZL0.一侧高阻单相接地时,零序序网如图11所示,根据序网图可以列出近端和远端零序电流分别为由可知:1)零序电流的大小与接地电阻Rg有关,接地电阻越大零序电流越小,计算时Rg取值确定且数值很大;2)零序电流的大小与综合正序、零序阻抗有关,综合序阻抗越大零序电流越小,大、小方式综合正序、零序阻抗远小于接地电阻,因此故障点零序电流大小主要由接地电阻决定;3)线路两侧零序电流大小与零序电流分配系数C有关,C与送受端机组开机台数、中性点接地变压器台数有关,受端系统发电机组(发电机、变压器)启动越多,ZΣ1,ZΣ0越小,短路点越大,流过保护也越大,但受端机组启动越多会影响零序电流分配系数,使C减小,流过保护的又可能减小,因此,不同运行方式时线路两端零序电流变化不确定.2.2大、小方式部分线路零序、负序电压仿真结果采用整定软件仿真计算500kV线路首或末端发生单相高阻(R=300Ω)接地时,测量线路两端的零序电流(3I0)、零序电压(3U0)、负序电压(3U2).大、小方式部分线路零序、负序电压和零序电流值分别如表1,2所示,仿真结果可知:(1)不同方式时,线路两侧零序电流变化不确定;(2)大方式线路两侧3U0,3U2小于小方式线路两侧3U0,3U2.3基于故障处理的远故障侧保护以高阻接地差动保护动作逻辑的5个方案进行分析.1)方案1.判据缺陷:如图12所示,随着系统越来越大,一侧高阻接地时,两侧零序电压、负序电压故障特征会越来越小.现有方案1判据要求近故障侧3U0>3V或3U2>3V的条件,可能越来越不满足要求,造成保护拒动(此次花博甲线近故障侧3U0=2.899V).2)方案2.判据缺陷:如图13所示,(1)远故障侧采用近侧零序电压突变量判据Δ3U0>2V,如南瑞缺陷分析,随着系统越来越大,2V的条件可能不满足要求;(2)采用零序电压突变量判据Δ3U0,实际高阻接地故障时,零序电压是缓慢变化的,Δ3U0有可能不满足要求(如此次故障近故障侧Δ3U0=0.4V,远故障侧没有录到故障数据),若只使用Δ3U0判据,保护有可能拒动.3)方案3.判据缺陷:如图14所示,(1)近故障侧和远故障侧均需满足Δ3U0>1V,保护才能动作,线路远故障侧Δ3U0<近故障侧Δ3U0,有可能远故障侧Δ3U0较小无法动作,如长线路远故障侧更难满足要求;(2)采用零序电压突变量判据Δ3U0的缺陷分析与方案2相同.4)方案4.判据缺陷:如图15所示,零序电压3U0定值取5V.保护有可能因零序电压突变量判据Δ3U0未能提取,零序电压3U0定值较大,保护拒动.5)方案5.判据缺陷:如图16所示,与方案1相同,要求近故障侧3U0>2V或3U2>2V的条件,随着系统越来越大,可能不满足要求.4改进措施与讨论4.1障侧零序或负序电压高阻接地时,零序、负序电压也发生变化,因此有必要采用零序或负序电压启动判据,启动差动保护.目前,所有保护厂家的方案均使用了零序、负序电压启动判据,方案3采用远故障侧零序或负序电压,方案1,2采用近故障侧零序或负序电压,方案4采用任一侧零序、负序电压.仿真计算结果表明,通常近端3U0,3U2满足要求,远端3U0,3U2不满足要求.以砚花甲线为例分析,小方式砚花甲线零序、负序故障量如表3所示,表明:近故障端3I0>400A,满足条件;远故障端3I0<400A,3U0<2V,近故障端3U0>2V,若采用方案3判据,不满足启动条件,保护拒动;若采用方案2判据,满足启动条件,保护启动.因此,采用近故障侧零序或负序判据防止保护拒动的效果较好.4.2电压启动保护方案5与方案2判据不同之处:是否应用对侧负序电压启动本侧差动保护.如表4所示,线路近端3U0小于定值,3U2大于定值,采用负序电压3U2启动可以防止高阻接地时保护拒动的可能性.4.3降低3u0保护启动难以表4为例进行分析.采用方案5或方案2判据,只要近故障侧3U0降低较少,保护就能启动,降低U0的效果很明显;采用方案3判据,远故障侧3U0距启动值1V较远,若要使保护启动,改动量较大;采用方案1判据,近故障侧3U0距启动值3V最远,若要使保护启动,改动量也较大.5高阻接地时差动保护