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辽宁电网零序电流反时限保护速动性分析

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辽宁电网零序电流反时限保护速动性分析

Analysis of Fast-trip Performance-characteristic of Zero-sequence

Inverse-time Protection in LiaoNing Power Grid

摘要

为落实《国家电网继电保护整定计算技术规范》(Q/GDW422-2010)要求,以“强化主保护、简化后备保护”为基本思路,按《东北电网500kV系统继电保护整定计算原则》要求,辽宁电网500kV系统后备保护零序电路保护由两段式定时限方向过流保护改为反时限方向过流保护。本文依据RCMbase2000系统所给出的故障计算数据试图对由反时限零序电流保护代替定时限零序保护所带来的保护性能改变,尤其是其带来的保护相继动作特性改变做出分析。

1.辽宁电网反、定时限动作特性

1.1辽宁电网反时限动作特性及整定原则

辽宁电网500kV电网反时限零序电流保护选用IEC标准反时限特性曲线,零序

启动电流Ip整定为300A,时间系数Tp整定为0.8S。为实现反时限零序电流保护与相邻线路接地距离保护及主变零序电流保护的配合关系,对反时限零序电流保护增加一固定延时0.5S。

辽宁电网反时限零序过电流保护特性方程为:

t0.14TpI()0.021IpTp——时间系数;

Ip——零序电流反时限启动定值;

1.2辽宁电网定时限整定原则

辽宁电网以前配备两段式方向过流零序电流保护,即典型四段电流保护中的

末两段。第三段保护为金属性接地故障的后备保护,与接地距离2段保护作用相同,主要为零序四段提供配合段而设置。该段与上级线路的同类型保护段、纵联保护或接地距离二段相配合。零序电流第四段为固定大小300A的保护段。此段为辽宁电网零序保护的最后一段,主要用于切除高阻接地故障。该段与上级线路的两段零序保护配合。

2.金属性故障不相继动作时间

辽宁南部电网拓扑图如下

图1:辽宁南部电网拓扑图

如图1所示,选取辽宁南部电网瓦房店变、金家变、南关岭变、雁水变、黄

海变为算例。系统方式为大方式,即以上5站所有出线不断线,所连电厂机组去全部运行。故障类型选取单相金属性接地。反时限及定时限保护动作特性均不考虑相继动作。其动作特性为:

线路 故障k(1,1) 故障电流(始始端反时限始端定时限末端反时限末端定时限端/终端)(I0) 动作时间(s) 动作时间(s) 动作时间(s) 动作时间(s) 黄金1号线 始端故障 终端故障 黄金2号线 始端故障 终端故障 金瓦线 始端故障 4985/452 343/6668 4841/596 452/6574 6144/885 1.88 4.99 1. 4.15 1.80 5.3 5.3 5.3 5.3 5.0 4.15 1.78 3.58 1.78 3.01 2.6 2.6 2.6 2.6 3.2 终端故障 南瓦线 始端故障 终端故障 金南线 始端故障 终端故障 南雁线 始端故障 终端故障 金雁线 始端故障 始端故障 732/6248 5880/594 676/6302 50/1949 18/4620 4966/1517 1793/3122 5987/1046 1002/3912 3.26 1.82 3.37 1.87 2.36 1.87 2.38 1.81 2.87 5.0 5.0 5.0 2.3 2.3 2.9 2.9 3.5 3.5 1.80 3.59 1.80 2.33 1.91 2.50 2.07 2.83 1.97 3.2 3.2 3.2 2.9 2.9 3.2 3.2 2.6 2.6 表1:金属性故障定、反时限跳闸时间对比

由表1可以印证,反时限保护动作时间在流过本保护的零序电流较小

(1500-3000安培)时其动作时间对故障电流比较敏感,变化也相对剧烈;流过保护的数百安培的故障电流改变就可能带来秒级的动作时间改变。算例中的辽宁南部电网反时限零序保护在发生保护远端故障时其动作时间以小幅度小于原定时限时间或与之相当。以金瓦线为例,当金瓦线金家变侧故障时,线路中流过的零序电流为885安培,对侧瓦房店变侧装设的反时限保护动作时间为3.01秒,而原定时限保护时间定值为3.2秒,两者相差仅0.19秒。而当故障发生在反时限保护近端时,其动作速度多在2秒以内,因而明显快于定时限保护而接近于距离保护。同样以金瓦线为例,当金家变侧发生故障时,线路中流过的零序电流为6144安培,本侧所设的反时限保护动作时间为1.秒,原定时限保护定值为5.3秒,两者相差3.41秒。

3.金属性故障保护相继动作时间

以上结果未考虑保护相继动作的影响。若考虑保护相继动作,定时限保护由

于在金属性故障时线路两段零序保护均由零序3段动作,故相继动作特性与不相继动作相同。而反时限保护动作特性由流经保护的零序电流值决定,故受相继动作影响较大,正常情况下,相继动作将使对端保护加速动作,以更快的时间切除

故障。根据辽宁电网反时限零序过电流保护特性方程,相继跳闸过程中对侧相继跳闸加速时间为:

0.14Tpt0'[(t3I0'0.02)1]dtIp3I0''0.02()1Ipt——远端保护相继跳闸加速时间;

t'——近端保护动作时间;

I0'、I0''——近端跳闸前远端故障电流、近端跳闸后远端故障电流;

现以南雁线为例,若考虑相继跳闸,则在近端保护跳闸后远端的保护出现加

速现象。

故障点 南雁线南关岭侧故障 南雁线雁水侧故障 故障k(1,1) 相继动作前故障电流 相继动作后故障电流 相继动作前故障电流 相继动作后故障电流 故障电流(始端/终端) 始端动作时间(s) 终端动作时间(s) 4966/1517 1.87 2.5 1.87+0.52=2.39 2.07 ——/2660 1793/3122 —— 2.38 2.07+0.26=2.33 3156/—— —— 表2:南雁线相继跳闸下保护动作特性

由表2可以看出,在南雁线两端选取的故障在相继跳闸的情况下,远端保护

均有明显的加速现象。反时限保护动作特性中动作时间与故障电流函数所形成的反比例关系与现实故障情况下的保护相继动作的情况相结合,产生了近端故障近端保护跳闸后远端保护加速跳闸的特性,这种反时限保护特有的加速动作的现象将比原有的定时限保护更加有利于保护快速切除故障;同时,这种加速特性亦有利于上级保护与下级保护之间相互配合。例如,当南雁线南关岭变侧发生故障时,若保护相继动作,则雁水变反时限保护的动作时间将由非相继动作状态下的2.5S加速到2.39S。

4.结语

由以上计算数据与分析不难总结出零序保护由定时限改反时限对辽宁电网

继电保护带来的影响。反时限保护动作时间与故障电流成反比例函数的特性使故障情况下近端的保护动作时间短于传统定时限保护,有利于快速切除故障;在相继动作情况下,远端保护通过加速亦能相对于原来的定时限保护较快的切除故障。这说明,就保护的快速性来讲,反时限保护的固有特性及其所带来的相继动作加速特性使得反时限保护在辽宁电网中优于之前所采用的定时限保护。

参考文献

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