辽宁电网零序电流反时限保护速动性分析

陶 冶，田鹏飞

(辽宁省电力有限公司调度控制中心，辽宁 沈阳 110006)

为落实《国家电网继电保护整定计算技术规范》 (Q/GDW422—2010)，根据《东北电网500 kV系统继电保护整定计算原则》的要求，辽宁电网500 kV系统零序后备保护由两段定时限方向过流保护改为反时限方向过流保护。采用反时限零序电流保护，能在保证零序电流保护选择性前提下有效简化零序电流保护整定的计算量，缩短了继电保护整定计算时间，减少了继电保护整定计算人员误整定几率［1－4］。

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500 kV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300 A，时间系数Tp整定为0.8 s。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 0.5 s［5－7］。

辽宁电网反时限零序过电流保护特性方程为

式中 Tp——时间系数;

Ip——零序电流反时限启动定值。

1.2 辽宁电网原定时限整定原则

辽宁电网原配备两段定时限方向过流零序电流保护，即四段式零序电流保护中的零序三段、零序四段。零序三段保护为金属性接地故障的后备保护，与接地距离二段保护作用相同，保证本线路末端接地故障有灵敏度，并为零序四段提供配合。零序三段与上级线路的零序三段配合，与接地距离二段时间相配合。零序四段一般固定为300 A，作为零序保护的最后一段，主要用于反映输电线路高阻接地故障，短路电流较小时，零序四段可靠切除此类故障。该段与上级线路的零序三段、四段相配合。

2 金属性故障不相继动作时间

辽宁南部电网拓扑图如图1所示。

图1 辽宁南部500 kV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，系统所连机组全部运行。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。其动作特性如表1所示。

由表1可见，反时限保护动作时间在流过本保护的零序电流较小 (1 500～3 000 A)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;反时限零序保护发生保护远端故障时，其动作时间略小于原零序定时限时间或与之相同。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 A，对侧瓦房店变侧的反时限保护动作时间为3.01 s，而原定时限保护时间定值为3.2 s，两者相差仅0.19 s。当故障发生在反时限保护近端时，其动作速度多在2 s以内，明显快于定时限保护，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6 144 A，本侧的反时限保护动作时间为1.89 s，原定时限保护定值为5.3 s，两者相差3.41 s。

3 金属性故障保护相继动作时间

表1算例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三段动作，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

式中 t——远端保护相继跳闸加速时间;

表1 金属性故障定、反时限跳闸时间

t′——近端保护动作时间;

I′0、I″0——分别为近端跳闸前远端故障电流、近端跳闸后远端故障电流。

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，南雁线相继跳闸下保护动作特性如表2所示。

表2 南雁线相继跳闸下保护动作特性

由表2可见，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动作时间在首端南关岭变侧于2.39 s跳闸，这将比不相继时加速0.11 s。当南雁线雁水变侧发生故障时，相继时首末端动作时间相差不超过0.5 s。由于首端保护在末端保护0.5 s延时过程中已经保护动作(需0.5 s延时出口)，在这种情况下虽然首端在终端保护跳开后故障电流加大，但不会影响首端保护的跳闸时间。因此，若故障线路首末端不相继情况下反时限动作时间相差在0.5 s以下，则在相继动作中不会出现加速情况;若故障线路首末端不相继情况下反时限动作时间相差在0.5 s以上时，相继动作中后跳闸的保护将出现加速现象［8－9］;由于相继动作后故障电流的转移有时相对剧烈，这种加速在某些情况下将大幅加快相继跳闸后保护动作的时间。

4 结束语

由计算数据与分析可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。在相继动作时间较长的情况下，远端保护通过加速亦能相对于原来的定时限保护较快地切除故障。零序反时限的应用一定程度上加快了辽宁电网零序后备保护的动作速度，有利于快速切除部分因故障点阻抗特性导致的测量阻抗不在距离保护范围内的高阻故障［10］。

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