继电保护中低压距离继电器相关问题的分析与研究

国家电网福建省检修公司 田传锋 徐育福 孙健

0 引言

继电保护及自动装置是电力系统的重要组成部分，对保证电力系统的安全经济运行,防止事故发生和扩大起到关键性的决定作用，由于电力系统的特殊性，电气故障的发生是不可避免的，一旦发生局部电网和设备事故，而得不到有效控制,就会造成对电网稳定的破坏和大面积停电事故，现代化大电网对继电保护的依赖性更强,对其动作正确率的要求更高。本文以福建省某的220kV某电站由于区外故障而造成220kV线路间隔201开关与202开关三跳的典型事故为背景，分析了距离III段出口动作的原因，以资交流。

1 基本原理

RCS-900系列保护装置设置了低压距离继电器，当正序电压小于10%Un时时进入低压距离程序模块，此时只可能有三相短路和系统振荡二种情况,本文主要考虑在近区发生三相短路时解决它稳态特性中的一些问题。该保护的距离保护元件是以正序电压为极化量的阻抗继电器，在故障发生40ms之内采用带记忆的正序电压作极化量，所以仅考虑极化电压消失前后，其对三段式距离保护动作的影响以及该系列保护装置消除死区所采取的措施。

1.1 RCS-900系列线路保护Ⅰ、Ⅱ段接地阻抗继电器的构成方法

根据文献[6]的相关理论分析可知，阻抗继电器暂态动作特性可保证正、反向出口短路时继电器正确动作。进入短路稳态阶段时记忆作用已消失，继电器按稳态动作特性工作，如果正序极化电压又是零，将可能出现正方向出口拒动，反向出口短路误动的情况，因此RCS-900系列保护装置采取了消除出口短路的死区措施。具体方法为：在其极化电压中另外加入一个插入电压Uins（门槛电压），使极化电压不为零。相当使其正向短路时的稳态动作特性向第Ⅲ象限偏移以继续消除正向出口短路的死区；使其反向短路时的稳态动作特性向第Ⅰ象限上抛以解决反向短路时的误动。Uins一般为0.06倍的额定电压。极化电压加入插入电压后正向和反向三相短路时，测量阻抗ZK在阻抗复数平面的动作特性分别如图6a、b所示。

图1 极化电压加入插入电压后正向和反向三相短路的稳态动作特性

从图1可以看出，正方向三相短路时，其动作特性包括原点，能保证距离保护不拒动，反方向三相短路时，保护不误动。现场调试插入电压

1.2 RCS-900系列线路保护Ⅲ段接地阻抗继电器的构成方法

对于低压距离第Ⅲ段主要希望起到后备作用，所以使用的插入电压不再采用切换的方法，而固定采用倒置的插入电压。这样它的正方向或反方向三相短路的稳态动作特性都是如图1a所示。正方向出口发生三相短路时在暂态动作特性和稳态动作特性里继电器都处于动作状态，消除了出口短路的死区。使第Ⅲ段保护起到了后备保护的作用。当反方向出口发生三相短路时，虽然在暂态动作特性中继电器不动作，但是到了稳态动作特性时继电器将误动。

2 案例分析

2.1 事故经过

当日某变电站附近区域出现雷雨天气。故障前站内为正常运行方式，没有检修工作。故障时，站内设备的动作情况如下：

1）18:35:05.280 110kV系统侧101开关雷击三相近区故障，相间距离I段出口，重合闸成功。

2）18:35 #1站变400V侧401开关、#2站变400V侧402开关跳闸，400V系统失电；#1直流电源消失。

3）18:35:05.784 220kV某线路201开关跳闸，保护屏跳A、跳B、跳C灯亮，开关三跳不重合。保护行为：WXH-803线路保护2818毫秒相间距离III段出口跳三相，2912毫秒纵差远跳出口。902线路保护没有保护动作报文，有故障波形。 同时，另一回220kV线路202开关跳闸，保护屏跳A、跳B、跳C灯亮，开关三跳不重合。由于直流系统失电，RCS-931保护及LFP-902A保护报告丢失。因220kV故障录波装置挂在#1直流系统，只录到900毫秒左右的波形。

4）18:41两台站变恢复运行，18:43 #1直流电源恢复运行。

2.2 事故原因

事故发生时，220kV某线路保护RCS-902装置保护的故障录波如图2所示。

图2 220kV某间隔故障录波波形

根据故障录波资料分析，在110kV系统三相近区故障期间，造成系统电压下降（其中220kV母线电压下降到65%），站用变400V侧低压脱扣动作，2台站变失电，因此时＃1蓄电池组失效，造成挂在＃1直流母线上的负荷失电，使得220kV电压公用回路中电压切换继电器失磁，220kV保护电压回路失压。

110kV系统遭雷击后，220kV两间隔的202开关与201开关线路保护装置已起动，不再进入PT断线闭锁程序，此时220kV母线电压二次失压相当于发生母线三相故障，进入低压距离程序，由于距离保护要动作的出口的电流条件必须满足I1＞0.06In。从录波图上可知，当保护装置跳闸时三相负荷电流约1.6A，即I1＞0.06×5＝0.3A，所以满足电流条件，由前面分析可知，低压距离I、II段由于启动后判为反方向上抛，测量阻抗为零时不会落入动作区，因此RCS-902的低压距离I、II段没有动作，距离Ⅲ段固定反偏包原点，测量阻抗为零时落入保护动作区，达到其延时后即可动作，造成220kV线路间隔201开关与202开关三跳。

2.3 整改措施

1）改进站用变低压侧开关保护，取消低压瞬时脱扣或增加延时功能；

2）对直流系统进行重点排查，逐个检查蓄电池组单体电压和内阻，请专家与蓄电池厂家共同对失效蓄电池组解体研究，进一步分析蓄电池开路的故障原因；

3） 目前各个厂家的微机保护中电压互感器断线闭锁原理大致相同，即在起动元件不起动的情况下，判别Ua+Ub+Uc＜8V,U1＜30V是否满足闭锁要求，如满足要求，经过1.25s后发告警或二次回路异常信号并闭锁距离保护，对于低压距离继电器，可以和厂家沟通，在保护起动元件起动的条件下，如出现类似TV断线（直流系统失负荷）是否需要闭锁距离保护值得进一步讨论。

3 结束语

本文分析了三相故障时，低压继电器的保护原理、动作方程、内部逻辑，以及RCS-902系列采取的消除出口短路的死区措施。以某省一座220kV变电站由于雷击造成110kV线路三相近区故障，引起220kV两线路间隔开关三跳的一起典型事故为背景，结合故障录波分析了实际运行中存在的问题。提出了解决问题的具体方法和改进措施，对今后各发供电单位预防与分析此类事故的发生有一定的借鉴作用。

[1]王兆辉,陈大军,王艳阳等.220kV变电站母线失压事故处理与分析[J].河北电力技术,2006,25(2):3-5.

[2]安军.宝山变电站“9.21”电网事故分析[J].内蒙古电力技术,2004,22(2):20-22.

[3]邱野.曲江变电站“3.1”电网事故分析[J].电力安全技术,2003,5(11):27-28.

[4]李铁,金世军,鲁顺等.辽宁电网“3.4”事故处理过程及分析[J].电网技术,2007,6(11):38-41.

[5]葛睿,董昱,吕跃春.欧洲“11.4”大停电事故分析对我国电网运行工作的启示[J].电网技术,2007,31(2)：1-6.

[6]国家电网公司继电保护培训教材(上册)[J].国家电力调度通讯中心.中国电力出版社,北京:2009.

[7]RCS-902A(B/C/D)型超高压线路成套保护装置技术说明[Z]书.南京南瑞继保电气有限公司.