互感引起的零序方向保护误动分新与对策（电力）

互感引起的零序方向保护误动分新与对策（电力）

陈水耀^1，2，黄少锋¹，杨松伟²

（1．华北电力大学电气与电子工程学院，北京  102206;2．国网浙江省电力公司检修分公司，浙江杭州31 1232）

摘要：某220 kV线路高频零序方向保护在区外故障时误动，保护动作前的电压波形存在明显畸变。通过对电压波形进行谐波分析，发现电容式电压互感器(CVT)暂态特性持续时间比较短，一般在5～10 ms,而零序方向保护动作出口在20 ms以后，从而排除了CVT暂态特性不良引起零序方向保护误动的可能性。同时根据线路两侧零序电压、零序电流及零序阻抗，计算出线路上存在感应电压，从而确认相邻线路互感是导致零序方向保护误判的原因，并有针对性地提出负序电流开放零序方向保护的改进措施。

关键词：零序方向保护：暂态特性：CVT;互感

中图分类号：TM774  DOI: 10.11930/j.issn．1004-9649.2016.05.059.04

0引言

    高频零序方向保护是综合线路两侧零序方向判别信息以确定故障区间（本线路内部或外部）的一种闭锁式纵联保护。当本线路内部故障时，两侧保护均发出正方向（规定正方向为由母线指向本线路）故障信息，高频零序方向保护动作：当外部故障时，在靠近故障点的一侧保护发出反方向（规定反方向为由本线路指向母线）闭锁信号，两侧高频零序方向保护不会动作。

    高频零序方向保护虽然原理简单，但在实际运行中却容易出现误动的情况。如果靠近故障点的一侧零序保护方向出现误判，则线路两侧高频零序方向保护会误动。导致零序方向保护误判的原因很多．TA电流回路两点接地、电流回路极性接反．TV电压回路两点接地、电压回路中性线松动等都会引起零序方向保护误判。此外，相邻线路互感也会导致零序方向保护误判。

1保护动作情况简述

    某电网500 kV线路5415线C相故障时．引起网内220 kV Q变电站（以下简称“Q变”）至L变电站(以下简称“L变”)220 kV线路2404线的高频零序方向保护误动，跳开单相开关，重合闸重合成功。系统接线如图1所示，2404线保护动作报告如表1所示。

    从保护动作报告看．CSC101A和RCS901A两套线路保护装置均判断线路发生区内故障。RCS-901A快速动作跳闸（Q变选相错误，原因分析不在本文中阐述），而CSC101A选相失败，出口需延时150 ms，此时区外故障已切除，未发动作出口指令。

2零序方向保护误动分析

    根据保护装置内部记录的采样数据．计算出跳闸前2404线路两侧零序方向的角度见式(1)，表明两侧高频零序方向元件确实满足停信条件。

    正常情况下．2404线L变侧零序方向元件应判为正方向，Q变侧零序方向元件应判为反方向。从保护动作报告看，Q变的零序方向元件为误判。经过对2404线两侧保护电压、电流回路进行详细检查．排除了二次回路异常引起零序方向保护动作的可能性。

2.1  零序电压谐波分析

    电容式电压互感器( CVT)由于经济和技术等方面的原凶，在高压线路上得到广泛应用。由于CVT自身的结构．导致在一次侧发生故障时，二次输出电压存在大量噪声。保护动作前，2404线电压波形存在明显畸变，如图2所示。对电压波形进行谐波分析，发现Q变故障初始的半个周波内，谐波含量确实比较丰富（见表2），说明CVT确实存在不同程度的暂态特性。

    CVT暂态过程巾，零序电压相位误差比较大，零序方向保护可能误判。但是，CVT暂态特性持续时间比较短，一般为5～10 ms。以Q变零序电压波形为例．故障后10 ms的谐波

含量就明显下降．之后零序电压和零序电流的相角趋于稳定。2404线高频零序方向保护在47 ms才动作出口，冈此，可以排除CVT暂态特性不良引起零序方向保护误动作的情况。

2.2互感电压测算

    查阅线路参数．2404线分布电容可以忽略不计。不考虑互感时，线路两侧零序电压相量差等于零序电流在零序阻抗上的压降。而根据录波采样数据计算，两者之间存在明显的偏差，见式(2)。

    这表明2404线确实存在感应电压。查阅该地区的线路走廊图．5415线和2404线有9.3 km处于同一个走廊区，如图3所示。证实2404线的感应电压是5415线零序电流引起的互感电压。

2.3  弱电强磁模型分析

    (1)零序电流的分布与零序网络和线路参数特性相关。不考虑互感影响．系统发生单相接地故障时，故障点零序电压最大．若离故障点电气距离越远，则零序电压越小．支路零序电流越小。仿真计算得到5415线故障时相关变电站母线零序电压和线路零序电流．与实际录波数据存在显著偏差，见表3、表4。

    考虑互感电压影响后，零序网络中除了横向零序电压源外，还存在纵向零序电压源(互感电压）。系统各线路零序电流和母线零序电压是2个电压源共同作用的结果。由于5415线故障点靠近Q厂侧，跨越5415线的线路阻抗、主变阻抗、4461线和4464线的线路阻抗，电气距离比较远，而5415线流向Q厂侧的零序电流非常大，感应作用比较明显。从录波图看．2404线零序电流反而比2423大；2405线零序电流不仪幅值降低，相位出现倒相；Q变母线零序电压降低，且与L变和Q变母线零序电压有明显相位差，如图4所示。说明互感电压在零序网络中起主导作用，这属于典型的弱电强磁现象。从实际运行情况看，不同电压等级输电线路同杆架设时比较容易出现此现象。

    横向零序电压源对非故障线路而言．一侧是零序反方向：另一侧是零序正方向，如图5所示。而纵向零序电压源对非故障线路两侧零序方向元件判为正方向。当纵向零序电压源（互感电压）起主导作用时，零序方向元件将会误动作。这就是导致本次误动的原凶。

3消除互感影响的措施

    从理论上分析，互感电压会改变零序电流方向，但不会影响负序方向保护的正确判断。

提出通过零序方向保护增加负序反方向闭锁逻辑，以防止互感电压影响导致非故障线路高频

零序方向保护误动。但在强磁弱电条件下，负序电流值非常小，负序反方向元件判别结果存在不确定性。根据录波数据计算，Q变和L变的负序电压分别达到4.5 V、4.4 V．而2404线负序电流只有0.16 A。可见，零序方向保护增加负序反方向闭锁不能从根本上解决强磁弱电时零序方向保护的误动问题。

    为消除互感对零序方向保护的影响，在负序反方向闭锁的基础上，增设负序有流判别逻辑（通过控制字选择是否投入）。当负序电流大于设定门槛时（建议取零序电流停信定值0.5倍），零序方向保护立即开放。当负序电流低于设定门槛时，零序方向保护延时开放（考虑躲过区外故障切除时问，建议设40～60ms）。

    (1)在“强磁弱电”时，由于电气距离比较远，非故障线路负序电流很小，不满足有流开放条件，高频零序方向保护延时出口，能够躲过区外故障引起的互感影响。

    (2)线路（两侧都为大电源）发生金属性接地故障时，负序电流达到设定门槛，高频零序方向保护能够快速动作。

    (3)线路（一侧为弱电源）发生金属性接地故障时，弱电源侧只有零序电流，没有负序电流（或负序电流很小），高频零序方向保护会延时动作出口，可通过控制字退出负序有流判别功能。

    (4)线路发生发展性高阻接地故障时，零序电流和负序电流同步增大，负序电流低于零序停信电流值，增设负序有流开放逻辑不会影响高频零序方向保护的动作时间。

4结语

    本文通过一次线路保护误动的事故分析．阐述了互感的影响可能引起无故障线路的零序方向保护误动作，并提出了防止误动的对策。

    (1) CVT在故障初始由于暂态特性导致波形出现畸变，影响零序方向判别．但由于其持续时间短（10 ms以内）．高频零序方向保护动作一般都在20 ms以后，能躲过CVT暂态特性的影响。

    (2)受互感电压影响，非故障线路零序电流和零序电压（幅值和相位）会发生变化，从而导致零序方向元件误判。在负序反方向闭锁的基础上增设负序有流开放逻辑可以防止强磁弱电条件下高频零序方向保护误动，且不影响高频零序方向保护切除线路故障的时间。

    (3)在线路设计上尽量避免不同电压等级平行架设，如确实存在类似情况，相关线路应配置分相电流差动保护。