电网污闪事故中继电保护动作行为分析-中试控股

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电网污闪事故中继电保护动作行为分析

时间：2021-06-13

1 前言

    近些年由于大气污染严重、气候恶化等原因，河北南网出现数次大面积污闪。污闪期间，继电保护，特别是220 kV及以上电压等级的继电保护经受住了严峻考验，为保证电网安全发挥了应有的作用。电网大面积污闪的特点是故障次数多、频率高，因此很多故障发生在保护装置整组复归之前。因此，有些动作行为是正常情况下很难遇到的，分析这些特殊情况下的动作行为，有利于掌握各种保护的原理、特点，找出现有保护装置不适应抗击大面积污闪的弱点，并针对性地完善其功能，使之更好地服务于电网安全生产。
2  几次典型继电保护动作行为分析
2.1 单重模式下，线路单相故障保护三跳不重   2001-02-21T04：35，厂衡Ⅱ线B相故障。两侧+SF-600、LFP-901A+SF-600保护动作，两侧开关三跳，相关系统接线图见图1，保护动作报告见
2.1.1保护分析
    从两侧保护动作时间为4 337 ms和4 341 ms可知，本线路故障前4 s左右，保护装置已经因区外故障而启动。查事故顺序记录，4：35厂交Ⅱ线有故障。据此分析厂衡Ⅱ线两侧保护中高频保护的动作逻辑为4：35，厂交Ⅱ线A相故障，厂衡Ⅱ线两侧保护启动，电厂侧高频保护零序方向元件判为反方向，进入“振荡闭锁”模块；而衡水站侧高频保护判为正方向，但因是区外故障，依旧收到对侧闭锁信号，故不动作，程序进入“相继动作”模块，进而于1.5 s后进入“振荡闭锁”模块。即当厂衡Ⅱ线故障时，两侧的高频保护均处于“振荡闭锁”状态。而在此状态下，如果本线路发生故障，保护动作是不选相的。故当4 s后本线路B相故障时，两侧保护均直接动作三跳。
2.1.2 LFP-901保护分析
    该线路故障时保护正确选跳出口，但因保护动作三跳，线路三相均无电流，为防止造成非同期合闸，901单相重合闸不重合，并经tc+2 s延时三跳（tc为单重时间，该线路整定0.8 s）。
保护高频部分在振荡闭锁期间的功能是比较弱的，一是保护动作后不选相，二是振荡闭锁期间仅保留高闭零序功能，而对相间故障无全线速动保护。基于以上原因，保护在处理电网偶发故障时游刃有余，而在故障频率高度密集的大面积污闪时，则显得力不从心。
2.2 临时辐射线运行时，末端保护单相故障三跳
    2001-02-22T19：12廉韩Ⅱ线C相故障，韩通站LFP-901保护选相跳闸，CSL101保护三跳。保护动作报告见表2（除专门标注外，各符号说明同前），韩通站LFP-90保护录波见图2。
    从韩通站故障录波看，廉韩Ⅱ线三相电流相位相同，大小相等，经查，故障前廉韩Ⅰ线尚未恢复（廉韩Ⅰ线于07：47故障掉闸，至19：35恢复）。此时韩通站相当于末端站。因此，故障点至韩通站的正、负序电流均无法流通，而只有零序电流。在此情况下，韩通站LFP-901保护CPU 1采用的相电流差工频变化量选相元件将拒动。LFP-901保护采取的措施是：在满足3I0＞2MAX｛Ia，Ib，Ic｝的情况下，保护改用低电压选相元件正确选出故障相别。
    反观CSL101保护，因前述原因，CSL 101中相电流差突变量选相元件及稳态量I0、I2相位选相元件拒动。装置没有其它补救手段，选相失败，保护三跳。
    由以上分析可知：微机保护中常用的相电流差突变量选相元件及稳态量I0、I2相位选相元件在辐射线末端运行时不能正确选相，此时应辅以低电压选相等方法使保护正确选相。
2.3 母差保护差动元件灵敏度不足
    2002-02-21T05：07衡水站220 kV #1母线故障，母差未跳开213开关。
    故障前，衡水站#1母线连接元件271（杨衡线）、273（厂衡Ⅱ线）开关因线路故障已断开，#1母线上还有213、275（衡景线，辐射线）、201开关。05：07，衡水站220 kV #1 PT拉瓶闪络，母差保护动作跳开201开关，213开关未跳，#4主变110 kV侧零序Ⅰ段（1 128 A，0.5/1.0 s）保护动作跳开101开关，将故障隔离。
    母差保护动作后未跳213开关的原因是201开关动作后，差动元件因灵敏度不足而返回，导致差动保护未能可靠跳开213开关。
    由于差动保护没有比率制动特性，其整定值必须躲过区外故障时的最大不平衡电流，导致其动作值过高（衡水站定值为2 400 A）。尽管按规程规定，应当校验当母联开关跳开后差动元件的灵敏度≥1.5，但在电网污闪期间，#1母线电源出线均已跳开，若201开关再跳开，故障点靠2台主变串联提供短路电流，保护灵敏度显然不能满足要求。
    不仅如此，河北南网某些变电站（曲周、下庄、来马、王里及马头电厂）220 kV母差保护均使用中间变流器，按规程要求定值计算时应考虑电流互感器与中间变流器的综合误差不大于15％，但若按此整定，则造成检修方式下或母线相继故障时差动元件灵敏度不足。目前实际定值要求上述厂站母差保护电流互感器与中间变流器的综合误差不大于10％。解决此问题的根本措施是更换为带有比率制动特性的母差保护。
2.4 两套高频保护同时误动   2001-02-22T03：28永康Ⅰ线A相故障，范王线羊范侧两套高频保护误动。
    两套高频保护同时误动，这是由于天气恶劣造成通道衰耗增大，羊范侧无法收到对侧闭锁信号所致。
    而另一方面，由于气候原因造成载波通道纵联保护被迫退出运行的情况时有发生。例如2002-12-10日—11日曲周站的马曲线和来曲线即是如此，保护人员曾将衰耗退至0，仍无济于事，直至中午太阳渐出、浓雾有所消退时才恢复正常。据统计，2002年由于衰耗变化影响载波通道退出运行共17次，占高频通道异常次数的68%，多数为天气变化所致。而恰恰恶劣天气时电网故障概率较大，退出高频保护对电网安全的威胁显而易见。