不对称相继速动和双回线相继速动

具有全线相继速动特性的单端保护的应用

一、引言

继电保护和安全自动装置技术规程规定:110kV线路保护需包括完整的三段相间和接地距离保护、四段零序方向过流保护和低周保护,用以切除相间短路、接地故障和满足系统稳定要求。22OkV及以上线路和较重要的110kV 线路也可配置光纤纵差保护或高频保护。这些纵联保护虽然具有全线速动的优点,但是却必须依赖通道,大大增加了成本及维护费用。

考虑继电保护的经济性,普通的110kV线路和重要的35kV线路,一般只配置三段式距离保护和四段式零序保护,不能实现全线速动。线路末端的故障,只能由二段后备保护来切除,一般都有约0.5s的时间级差。具有全线速动的单端保护(又称纵续动作或相继速动)能够以较快的速度切除故障,这对恢复供电可靠性,提高系统稳定性都是大有裨益的。因此,研究具有全线速支特性的单端保护是很有现实意义的。

本文介绍和分析了全线速动单端保护的研究概况,重点阐述了双回线相继速动和不对称相继速动两种已在电力系统保护中广泛使用的全线速动单

端保护,对目前一些刊物上提到功能校验方法进行了分析,并根据本人实际工程经验,总结了一套简单易行的调试方法。

二、全线速动(或者具有全线速动特性)单端保护

根据发生故障时、近故障侧保护命作跳开断路器后,由于系统结构改变引起非故,障线路电流方向变化,由各自提出的判据使相关继电器动作,利用无通道技术对故障线路的远故障侧的距离二段进行加速,其优点在于只利用单端电气量,原理简单,不增加过多的接线和成本。缺点在于如果故障时,线路一端断路器率先跳闸后,系统结构改变引起的非故障线路电流变化不明

显,如率先动作的断路器处于潮流平衡点时,无通道保护将拒动。且无通道保护的研究目前尚处于实验室阶段,其可靠性尚待检验。

文献[5]提出了基于通信的配电线路保护的方案,给出了一种实用的通信网络结构组网方案,分析了通信的时延,描述了复杂故障下保护的故障定位决策,该方案具有投资低,实用性强的优点,其缺点在于保护的动作情况受到通信网络特别是电力载波网制约,使保护动作的可靠性大受影响,因此目前仅停留在理论研究阶段。

文献[6]提出了一种应用径向基函数神经网络实现输电线全线路无通道快速保护的原理,富有新意,但它建立在提供大量的训练样本,从而获得各个RBF子网络的准确权值和阀值基础上,对于其选厂择性有很高要求的继电保护来讲,在应用上缺乏可行性。

三、全线速动特性单端保护原理

不对称相继速动和双回线相继速动是两种不同原理全线速动特性的单

端保护。不对称相继速动保护利用故障被对侧保护切除后引起的负荷电流的变化来判定不对称故障区段,从而加速II段保护,可谓独具匠心。双回线相继速动保护利用双回线上的两个距离继电器的相互闭锁回路巧妙地实现

了相继速动功能,该方案简单可靠,性能良好,不但适用于不对称故障,而且适用于对称故障,是一种简单实用的加速方案。现分别介绍其原理:

(一)不对称相继速动保护

不对称故障时,利用近故障侧切除后负荷电流的消失,可以实现不对称故障时相继跳闸。双回线相继速动保护框图如图1。在不对称相继速动功能投入的前提下,不对称相继速动需满足两个条件:①距离II段元件动作.;

②负荷电流先是三相均有流,随后任一相无流。

不对称相继速动和双回线相继速动

动作示意图如图2。当线路末端即靠近N侧不对称故障时,N侧工段距离保护动作,快速切除故障。由于三相跳闸,非故障相电流同时被切除,M侧保护测量到任一相负荷电流突然消失,而其Ⅱ段距离元件连续动作不返回时,将NI侧开关不经Ⅱ段延时(500ms)立即跳南,将故障切除。众所周知,输电线的故障有单相短路接地故障、两相短路接地和不接地故障及三相短路故障10种。单相短路故障的几率最大,其次是两相接地短路。两者合计即不对称故障约占输电线路故障总数的90%。因此,不对称故障相继速动保护原理在 110kV线路中广泛运用的意义是很显著的。

不对称相继速动和双回线相继速动

(二)双回线相继速动保护

双回线相继速动保护框如图3。由框图3可知,在并列双回线两条线路的双回线相继速动投入的前提下,它们II段距离元件动作或其它保护跳闸时,输出FXJ信号分别闭锁另一回线Ⅱ段距离相继速跳元件。

不对称相继速动和双回线相继速动

距离Ⅱ段继电器相继速动的条件是:①距离Ⅱ段继电器动作;②收到邻线来的FXJ信号,其后FXJ信号消失;③距离且段继电经小延时不返回。双回线相继速动保护动作示意图如图4。图中:双回线分别为Ll、L2;保护13, 24分别为装设在M,N侧的保护。

不对称相继速动和双回线相继速动

对M侧保护1,3,当L2末端(F点)故障时,其Ⅲ段距离元件均动作,分别输出FXJ信号闭锁另一回线Ⅱ段距离相继速动保护。

对于故障线路L2,保护4由距离I段跳开,保护1感受不到故障电流,距离继电器返回,其发出的FXJ信号返回;保护3收不到FXJ信号,同时Ⅱ段距离继电器等待一个短延时不返回,则不等Ⅱ段延时立即跳闸。

对于非故障线路Ll,在保护3跳闸前,因为故障一直存在,保护3的距离继电器一直动作,其发出的FXJ信号一直存在,足以闭锁保护1的相继速动继电器。保护3的相继速动继电器跳闸后,故障线路L2从两端切除故障,保护I的Ⅱ段继电器返回。因此由以上分析可知,非故障线路的相继速动继电器绝不可能误动。

利用双回线上的两个继电器的相互闭锁回路巧妙地实现了相继速动功能,简单可靠,性能良好,适用于各种故障。该相继速动原理在双侧电源的并列双回线上应用良好,动作可靠。当其用于单侧电源并列双回线时,在系统侧出口处三相短路时,故障由电源侧保护I段瞬时切除后,已不存在故障电流,负荷侧的距离Ⅲ段可能不启动,负荷侧由Ⅱ段保护而非相继速动保护切除故障。

三、相继速动保护的功能验证和调试技巧

以上提到的不对称相继速动和双回相继速动在南瑞的

LFP941/951,RCS-941/951系列保护中已广泛应用。但该功能的校验方法在各种规程中都没有提到,在模拟试验时需要两侧或同侧两条线路的电气量相互配合,有一定的难度,因此大家对其功能验证方法提出了很多讨论。

文献[7]根据工作实际中的经验,提出了校验LFP941/951,RCS-941/951

保护装置的双回线相继速动的方法,内容详细,思路清晰。但这种方法需要利用继电器构建一个外回路,操作起来比较麻烦且有些浪费时间。

文献[8]提出了检验LFP-941/951,RCS-941/951保护装置不对称相继速动的试验方法思路清晰,操作简单。但当其模拟故障相因为对侧开关跳开而使负荷电流突然消失时,采用的是“人为断开电流”,即破坏二次回路的方法,并不能真正模拟系统中的故障情况,此时试验仪中往往存在些许感应电流,在某些情况下会影响试验结果。并且文中提到“投入距离保护和不对称相继速动两块功能压板”有些不妥,因为只要投入不对称相继速动控制字和压板(不管距离保护控制字和压板是否投入),都能成功地进行完成该功能的试验。这一点在不对称相继速动的逻辑框图中有明确的体现,

本人根据实际工程经验,总结了一套简单易行的调试方法,以南瑞继保的RCS-941A为例,用博电的PW40A作为测试装置。

(一)不对称相继速动保护

只需要投入“不对称相继速动”控制字和压板(不管距离保护压板是否投入),模拟当线路正常运行时,在线路末端发生BC相间短路,不对称相继速动的动作情况(以I段相间距离整定值为2Ω,Ⅱ段相间距离定值是4Ω为例)。借助于博电调试仪的“状态序列”菜单,在此菜单中设立三个状态:故障前,故障,再故障。

借助于图5时间轴和图3的动作示意图,对不对称相继速动作简单的分析:状态I模拟M侧线路正常运行,T1时线路发生故障,且M侧落在Ⅱ段区内,是对侧线路的I段,对侧保护动作切除故障,M侧在T2 时刻判断C相负荷电流突然消失,且故障相状态量依然与T1 时刻相同,因此M侧保护不等Ⅱ段延时立即跳闸。

不对称相继速动和双回线相继速动

对表1数据进行分析(其中,无底色为正常负荷状态量;浅色为故障状态量;深色为对侧保护切除故障后状态)。

不对称相继速动和双回线相继速动

故障前状态:电压为正常电压,要求负荷电流大于0.1倍的额定电流,状态持续时间为15s,使其躲过TV断线恢复时间。

故障状态:故障相为AB相,Z=Uab/Iab=(34<333°34<266°)/(5<300°-5<120°=3.7 <89.5°,测量阻抗落在M侧保护的I段区外、II段区内,非故障相状态量与故障前相同(电压为正常电压,电流仍然为负荷电流),状态持续时间为50ms(包括对侧保护动作时间,断路器切弧时间)。

再故障状态:故障相状态量同故障状态,非故障相状态电压没有变化,电流消失,故障持续时间为440ms,躲开距离II段动作时间。

报文只有“不对称相继速动”,动作时间约150ms。

(二)双回线相继速动保护

只需要投入“双回线相继速动”控制字和压板(不管距离保护压板是否投入),模拟当双回线中一条线路末端故障时,加速II段距离的情况.(以一段相间距离整定值为2Ω,二段相间距离定值是4Ω为例)。

借助于博电调试仪的“状态序列”菜单,在此菜单中设立三个状态:故障前,故障,再故障。开入量“收邻线”可以由PW40A的开出量给出而不是人为短接24V开入,在时间配合上能够做得很完美。

借助于图6时间轴和图4的动作示意图,对双回线相继速动情况作简单

的分析:

不对称相继速动和双回线相继速动

状态I模拟M侧线路正常运行,T1 时线路L2发生故障,且M侧落在Ⅱ段区内,同时也落在保护1和3的Ⅲ段区内,1、3分别发出FXJ信号去闭锁对方的a段距离相继速动保护,保护3的“收邻线开入”由“0”,变为“1”。T2 时刻,保护4由距离I段跳开相应开关,保护l感受不到故障电流,距离继电器返回,其发出的FXJ信号返回。保护3的“收邻线开入”由“1”变为“O”;保护3收不到FXJ信号,同时故障状态在Ta时刻后依然存在,Ⅱ段距离继电器等待一个短延时不返回,则不等Ⅱ段延时立即跳闸。

对表2数据进行分析(无底色为正常负荷状态状态量;浅色为故障状态量)。

不对称相继速动和双回线相继速动

故障前状态:电压为正常电压,负荷电流没有要求,“收邻线”开入为“0”,状态持续时间为15s,使其躲过TV断线恢复时间。

故障状态:故障相电压电流,要求落在M侧保护的I段区外、Ⅱ段区内,非故障相状态量与故障前相同(电压为正常电压,电流仍然为负荷电流),“收邻线”开入为“1”,状态持续时间为5Oms(包括对侧保护动作时间,断路器切弧时间)。

再故障状态:状态量同故障状态,“收邻线”开入为“O”,故障持续时间为440ms,躲开距离Ⅱ段动作时间。

报文只有“双回线相继速动”,动作时间约150ms。

这种调试方法概念清晰,易于操作,能够准确地模拟相关故障,在现场调试中得到了充分证实。

四、结束语

在110kV线路末端故障时瞬时保护不动作,但在对侧跳闸后流经本侧的电流发生变化,根据这种电流的变化来选取故障线路,从而加速距离保护二段跳闸。这种根据一侧断路器跳闸后引起的电流变化而使另一侧跳闸的现象称为相继速动或纵续动作(纵续表示的是线路纵向两侧的断路器)。

全线速动的单端保护(又称纵续动作)简单易行而且十分经济。使110kV 及以下线路在无需增加通道成本、无需增加硬件和过多二次回路接线的前提下实现了“全线速动”,扩大了瞬时保护范围,使故障切除时间节省了约300ms,这对系统稳定运行和供电可靠性都是很有意义的。

不对称故障包括:单相接地,两相短路,两相接地故障.

对称故障包括:三相接地或三相短路。

我的理解是这样的,不知道对不对:如110kV双电源线路,一段线路A,B 两侧,在靠近B侧发生不对称短路时.

B侧的距离1段动作,断开B侧三相断路器.这个时候线路负荷电流消失,A侧保护测量到任一相负荷电流突然消

失,而2段距离元件动作不返回,将A侧断路器不经2段延时即跳闸,将故障切除。

比如说,一段线路A,B两侧,在靠近B侧发生不对称短路时.

A侧的距离1段不启动,距离二段启动,延时(0.3S以上)跳闸.

B侧的距离1段动作,属于快速段,0秒动作.

B比A先跳,在B跳开后,由于负荷电流的消失,而A侧的距离二段启动未

返回,此时A侧保护就可以判断是线路末段不对称短路,就可以加速距离

II段保护动作,也就是说此时II段变的不经延时动作,可见将故障迅速切除.

所谓的不对称故障速动压板,是某些保护厂家给出的对双电源线路保护相继动作的一种快速解决方案,这样,会缩短重合闸的动作时间,使线路尽快恢复正常运行。

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