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二次电压中性点两点接地引起的保护误动分析及

文章出处:www.bianyaqi8.com 人气:发表时间:2018-07-12 13:45

针对一起110kV线路零序保护方向保护反方向误动作事故,结合保护装置故障动作波形与现场二次接线的检查情况及理论分析,得知引起误动的原因是存在电压互感器二次回路中性点N600两点接地,并提出了此类事故的相关措施,指出了执行继电保护反事故措施的必要性和重要性。

2017年08月02日19∶52∶27.477,在较强的雷雨天气下,110kV孟蒙线发生AB相间接地故障,相邻线路110kV芙孟线零序Ⅰ段保护出口动作跳开关,导致两个110kV水电站与系统孤立。

本文对区外故障110kV芙孟线零序Ⅰ段保护动作行为进行分析,并结合二次电压中性点两点接地的现象,重点分析引起保护误动的原因,提出此类事故的相关处理措施。

1  事故前运行方式

1.1  220kV芙蓉站事故前运行状态

220kV芙蓉站110kV侧双母双分段代旁路,110kV侧1M、2M并列运行,2台主变高、中压侧并列运行,低压侧分列运行。110kV侧中性点接地,112000刀闸闭合状态。110kV芙孟线1217开关在合闸运行状态。

1.2  110kV孟洲坝电厂事故前运行状态

孟洲坝电厂110kV芙孟线1217开关在合闸状态、110kV孟蒙线1292开关在合闸状态,2条线路均在运行状态,110kV 母联开关1012在合闸状态,即1M、2M并列运行,主变中性点不接地(111000、112000刀闸断开)状态。

1.3  110kV蒙里电厂事故前运行状态

110kV蒙里电厂110kV母线为单母接线方式,110kV孟蒙线1292开关在合闸运行状态,如图2所示,110kV 1M运行,#1主变高压侧1101、低压侧501开关均在合闸状态;#2主变高压侧1102开关、低压侧502开关均在合闸状态。

2  保护动作行为分析

通过现场检查,初步判断为雷雨天气引起110kV孟蒙线AB相间接地故障,图1所示,引起110kV孟蒙线、110kV芙孟线线路保护动作。


110kV孟洲坝电厂110kV孟蒙线采用南瑞继保RCS-941A保护装置。初步判断为雷雨天气引起110kV孟蒙线AB相间接地故障,故障时IM、2M母线A、B相电压降低,产生零序电压,零序电流二次为57.8A,CT变比为400/5,即零序电流一次为4624A,现场打印保护装置动作报告见表1,保护装置定值见表2,可知,零序过流Ⅰ段、距离Ⅰ段动作出口跳闸。

110kV孟蒙线零序Ⅰ段保护起动(故障电流57.8A>零序过流Ⅰ段保护电流定值10A),故障持续11ms保护装置零序过流Ⅰ段动作出口跳闸,距离Ⅰ段保护,经过82ms开关三跳,重合闸未投,1292开关在分闸位置。


110kV孟蒙线AB相间接地故障时,零序电流3I0=28.9A,已经达到110kV孟蒙线零序过流Ⅰ段动作值14.1A及动作时限,并且自产零序3U0为88.75V,零序电流超前零序电压80°,如图2所示,线路零序保护判断零序功率方向为正方向,快速动作。针对220kV芙蓉站110kV为中性点接地系统,AB相间接地故障,为正方向故障线路零序保护属于故障范围内,保护正确动作。

图  零序电流超前零序电压80°
针对一起110kV线路零序保护方向保护反方向误动作事故,结合保护装置故障动作波形与现场二次接线的检查情况及理论分析,得知引起误动的原因是存在电压互感器二次回路中性点N600两点接地,并提出了此类事故的相关措施,指出了执行继电保护反事故措施的必要性和重要性。   2017年08月02日19∶52∶27.477,在较强的雷雨天气下,110kV孟蒙线发生AB相间接地故障,相邻线路110kV芙孟线零序Ⅰ段保护出口动作跳开关,导致两个110kV水电站与系统孤立。   本文对区外故障110kV芙孟线零序Ⅰ段保护动作行为进行分析,并结合二次电压中性点两点接地的现象,重点分析引起保护误动的原因,提出此类事故的相关处理措施。   1  事故前运行方式   1.1  220kV芙蓉站事故前运行状态   220kV芙蓉站110kV侧双母双分段代旁路,110kV侧1M、2M并列运行,2台主变高、中压侧并列运行,低压侧分列运行。110kV侧中性点接地,112000刀闸闭合状态。110kV芙孟线1217开关在合闸运行状态。   1.2  110kV孟洲坝电厂事故前运行状态   孟洲坝电厂110kV芙孟线1217开关在合闸状态、110kV孟蒙线1292开关在合闸状态,2条线路均在运行状态,110kV 母联开关1012在合闸状态,即1M、2M并列运行,主变中性点不接地(111000、112000刀闸断开)状态。   1.3  110kV蒙里电厂事故前运行状态   110kV蒙里电厂110kV母线为单母接线方式,110kV孟蒙线1292开关在合闸运行状态,如图2所示,110kV 1M运行,#1主变高压侧1101、低压侧501开关均在合闸状态;#2主变高压侧1102开关、低压侧502开关均在合闸状态。   2  保护动作行为分析   通过现场检查,初步判断为雷雨天气引起110kV孟蒙线AB相间接地故障,图1所示,引起110kV孟蒙线、110kV芙孟线线路保护动作。   图1  系统接线示意图    110kV孟洲坝电厂110kV孟蒙线采用南瑞继保RCS-941A保护装置。初步判断为雷雨天气引起110kV孟蒙线AB相间接地故障,故障时IM、2M母线A、B相电压降低,产生零序电压,零序电流二次为57.8A,CT变比为400/5,即零序电流一次为4624A,现场打印保护装置动作报告见表1,保护装置定值见表2,可知,零序过流Ⅰ段、距离Ⅰ段动作出口跳闸。   110kV孟蒙线零序Ⅰ段保护起动(故障电流57.8A>零序过流Ⅰ段保护电流定值10A),故障持续11ms保护装置零序过流Ⅰ段动作出口跳闸,距离Ⅰ段保护,经过82ms开关三跳,重合闸未投,1292开关在分闸位置。   表1  110kV孟蒙线保护动作时序情况    表2  110kV孟蒙线保护定值    110kV孟蒙线AB相间接地故障时,零序电流3I0=28.9A,已经达到110kV孟蒙线零序过流Ⅰ段动作值14.1A及动作时限,并且自产零序3U0为88.75V,零序电流超前零序电压80°,如图2所示,线路零序保护判断零序功率方向为正方向,快速动作。针对220kV芙蓉站110kV为中性点接地系统,AB相间接地故障,为正方向故障线路零序保护属于故障范围内,保护正确动作。   图2  零序电流超前零序电压80°    3  保护误动分析   孟洲坝电厂110kV芙孟线采用RCS-941线路保护装置,结合保护装置动作报告,可知,孟蒙线AB相间接地时,故障时母线A、B相电压降低,产生了零序电压,自产零序电流二次值为24.37A,CT变比为400/5,芙孟线零序电流一次电流为3900A。   现场查看保护装置动作报告,可知零序过流Ⅰ段动作跳闸。零序Ⅰ段保护起动(故障电流24.37A>零序过流Ⅰ段保护电流定值14.1A),故障持续39ms保护装置零序过流Ⅰ段动作出口跳闸,经过78ms开关1217在分闸位置,重合闸未投。但是,故障点孟蒙线AB相,属于保护反方向,而线路投Ⅰ段零序方向保护,因此110kV芙孟线保护误动作。   3.1  现场检测保护装置   为了查找引起110kV芙孟线误动作的事故原因,将线路转为检修方式。维护人员采用昂立调试仪在保护屏模拟故障,针对110kV芙孟线1217开关保护装置进行数次零序反方向试验,保护装置均不动。模拟正方向故障,零序保护均正确动作[1-2]。   3.2  线路保护零序Ⅰ段反方向误动分析   RCS-941线路保护装置,零序方向判别元件、零序过流元件正常时均采用自产的零序电流计算。孟洲坝电厂110kV芙孟线保护装置录波图,如图3所示。   图3  芙孟线保护误动波形    基于中元华电CAAP2008波形分析软件,通过选取一个周波6个采样点,采样2.5个周波,获取孟洲坝电厂110kV芙孟线保护装置录波数据,见表3。   表3  110kV孟蒙线保护装置采样数据     根据表3采样的第13至16个数据,可知3I0超前3U0>15°,并结合零序正方向继电器的动作方程(1)可得,P0<1VA,满足零序正方向继电器动作条件保护装置判为正方向故障;同时零序电流3I0(18.6A)远大于保护装置零序Ⅰ段定值(14.1A),满足零序方向过流Ⅰ段的判据,因此,孟洲坝电厂110kV芙孟线线路保护起动后,1217开关在40ms零序Ⅰ段动作,发出三相跳闸令,完全符合保护录波图动作情况,如图3所示。   在39.96ms时刻,3I0零序电流超前3U0零序电压17.8°,电压互感器两点接地在故障发生期间,引起零序电压相位发生变化,引起功率发生变化,满足零序方向保护动作判别,功率变化关系,如图4所示。   图4  功率时序图    3.3 N600两点接地引起零序电压相位失真分析(略)   图6  输电线路故障点模型    综合分析判断,在110kV孟蒙线发生AB相间接地故障时,孟洲坝电厂110kV芙孟线保护装置的零序Ⅰ段保护属于零序反方向误动作。经检查孟洲坝电厂保护二次回路接线,发现其110kV PT二次绕组N600没有执行继电保护反措要求,直接在端子箱接地,导致自产零序电压相位失真是零序保护反方向误动的根本原因。   4  防范措施   类似变电站(厂站)发生过几次由于保护电压互感器二次中性点N600多点接地引起110kV及以上保护装置误动事件,为了防止此类事件的再次发生,采取以下措施[9-11]:   1)执行《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》中规定:经控制室零相小母线(N600)连通的几组电压互感器二次回路,只应在控制室将N600一点接地,各电压互感器二次中性点在开关场地接地点应断开;为保证接地可靠,各电压互感器的中性线不得接有可能断开的断路器或接触器等。   2)加强对所辖厂站电压互感器二次回路N600接地情况进行检查。   3)在新建厂站投运前,认真检查验收中性点N600一点接地情况,确保设计图纸及相关二次回路接线正确无误,并将中性点N600接地线测试数据存档备查。   4)改扩建的厂站在设备投运前,需要对N600公共接地线电流进行测试并记录数据。   5)加强运维管理,每半年进行一次N600接地线电流值的测试,发现多点接地,须立检查排除N600以外的接地故障点。   6)实施一种变电站电压互感器二次中性线接地在线监测及定位技术。   5  结论   通过对孟洲坝电厂110kV芙孟线零序Ⅰ段反方向误动进行保护与理论分析,得出零序保护误动的原因是电压互感器二次中性点存在两点接地。为了防止变电站内的电压互感器中性点多点造成的零序方向保护、距离保护误动,提出了一些防范措施,并指出了执行继电保护反事故措施的必要性和重要性。

3  保护误动分析

孟洲坝电厂110kV芙孟线采用RCS-941线路保护装置,结合保护装置动作报告,可知,孟蒙线AB相间接地时,故障时母线A、B相电压降低,产生了零序电压,自产零序电流二次值为24.37A,CT变比为400/5,芙孟线零序电流一次电流为3900A。

现场查看保护装置动作报告,可知零序过流Ⅰ段动作跳闸。零序Ⅰ段保护起动(故障电流24.37A>零序过流Ⅰ段保护电流定值14.1A),故障持续39ms保护装置零序过流Ⅰ段动作出口跳闸,经过78ms开关1217在分闸位置,重合闸未投。但是,故障点孟蒙线AB相,属于保护反方向,而线路投Ⅰ段零序方向保护,因此110kV芙孟线保护误动作。

3.1  现场检测保护装置

为了查找引起110kV芙孟线误动作的事故原因,将线路转为检修方式。维护人员采用昂立调试仪在保护屏模拟故障,针对110kV芙孟线1217开关保护装置进行数次零序反方向试验,保护装置均不动。模拟正方向故障,零序保护均正确动作[1-2]。

3.2  线路保护零序Ⅰ段反方向误动分析

RCS-941线路保护装置,零序方向判别元件、零序过流元件正常时均采用自产的零序电流计算。孟洲坝电厂110kV芙孟线保护装置录波图,如图3所示。


基于中元华电CAAP2008波形分析软件,通过选取一个周波6个采样点,采样2.5个周波,获取孟洲坝电厂110kV芙孟线保护装置录波数据,见表3。

根据表3采样的第13至16个数据,可知3I0超前3U0>15°,并结合零序正方向继电器的动作方程(1)可得,P0<1VA,满足零序正方向继电器动作条件保护装置判为正方向故障;同时零序电流3I0(18.6A)远大于保护装置零序Ⅰ段定值(14.1A),满足零序方向过流Ⅰ段的判据,因此,孟洲坝电厂110kV芙孟线线路保护起动后,1217开关在40ms零序Ⅰ段动作,发出三相跳闸令,完全符合保护录波图动作情况,如图3所示。

在39.96ms时刻,3I0零序电流超前3U0零序电压17.8°,电压互感器两点接地在故障发生期间,引起零序电压相位发生变化,引起功率发生变化,满足零序方向保护动作判别,功率变化关系,如图4所示。

3.3 N600两点接地引起零序电压相位失真分析(略)

综合分析判断,在110kV孟蒙线发生AB相间接地故障时,孟洲坝电厂110kV芙孟线保护装置的零序Ⅰ段保护属于零序反方向误动作。经检查孟洲坝电厂保护二次回路接线,发现其110kV PT二次绕组N600没有执行继电保护反措要求,直接在端子箱接地,导致自产零序电压相位失真是零序保护反方向误动的根本原因。

4  防范措施

类似变电站(厂站)发生过几次由于保护电压互感器二次中性点N600多点接地引起110kV及以上保护装置误动事件,为了防止此类事件的再次发生,采取以下措施[9-11]:

1)执行《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》中规定:经控制室零相小母线(N600)连通的几组电压互感器二次回路,只应在控制室将N600一点接地,各电压互感器二次中性点在开关场地接地点应断开;为保证接地可靠,各电压互感器的中性线不得接有可能断开的断路器或接触器等。

2)加强对所辖厂站电压互感器二次回路N600接地情况进行检查。

3)在新建厂站投运前,认真检查验收中性点N600一点接地情况,确保设计图纸及相关二次回路接线正确无误,并将中性点N600接地线测试数据存档备查。

4)改扩建的厂站在设备投运前,需要对N600公共接地线电流进行测试并记录数据。

5)加强运维管理,每半年进行一次N600接地线电流值的测试,发现多点接地,须立检查排除N600以外的接地故障点。

6)实施一种变电站电压互感器二次中性线接地在线监测及定位技术。

5  结论

通过对孟洲坝电厂110kV芙孟线零序Ⅰ段反方向误动进行保护与理论分析,得出零序保护误动的原因是电压互感器二次中性点存在两点接地。为了防止变电站内的电压互感器中性点多点造成的零序方向保护、距离保护误动,提出了一些防范措施,并指出了执行继电保护反事故措施的必要性和重要性。

此文关键字:二次电压,中性点,两点接地,保护误动

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