一起PT二次失压导致距离保护动作事件分析

高秋芬

（广西桂东电力股份有限公司，广西 贺州 542800）

电压是反映电网设备是否运行良好的关键参数之一，由于操作不当等因素可能会导致电网设备失压，造成与电压相关的保护可能误动作[1]。这样的直接结果会造成非必要停电，严重影响着企业生产和居民生活用电质量，对电力系统的安全稳定运行也构成一定威胁。

本文对110kV信都Ⅱ线进行等电位操作时，由于操作不当使母线PT二次电压短时失压从而导致距离保护动作跳闸[2-3]，通过分析发现了引发事故的原因，并试验验证了理论分析的正确性。针对此次事件的特殊性，提出了有效的防范措施，避免事故再次发生。

1 事故概况

2021年3 月19日，用户通过35kV信达Ⅰ、Ⅱ线、2台主变、110kVⅠ母、110kV信都Ⅱ线联网系统S（见图1）。35kV信达Ⅰ、Ⅱ线所供用户是钢厂，电弧炉是钢厂主要的生产设备，其本身的特殊工作性质导致有功、无功容易波动和闪变，由于负荷扰动较大，导致110kV信都Ⅱ线线路保护因电流突变量超过门槛值频繁起动[4]。

图1 当日运行方式简图

电弧炉是利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度极高。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适合优质合金钢的熔炼。随着电弧炉设备的改进以及冶炼技术的提高，电力工业的发展，电弧炉炼钢的成本不断下降，目前大多数钢厂都采用电弧炉炼钢。但是由于电弧炉本身的特殊工作特性使用户有功和无功闪变，从而导致电网电压波动，电能质量差。用户当日的用电负荷曲线见图2。

从图2可以明显看出，钢厂用户有功曲线一直在15～65MW之间上下波动，特别是110kV信都Ⅱ线跳闸时，用户有功从40MW瞬间下降到0MW。如果用户所在变电站短路容量小，电弧炉的负荷闪变特性会导致电网电压下降严重，电压合格率下降，变电站主变和线路电流突变量启动，保护启动，为电网事故埋下隐患。

图2 用户负荷有功曲线图

当日，110kV变电站A进行倒母线操作，操作任务是“在孤网带动下，将110kV变电站A 110kV信都Ⅱ线由110kVⅠ母等电位倒至110kVⅡ母运行”。由于转换变电站A 110kVⅠ母和110kVⅡ母PT二次电压的开关是双头开关，在110kV信都Ⅱ线PT二次倒闸操作时导致110kV信都Ⅱ线PT二次电压短时失压，造成110kV信都Ⅱ线距离保护动作跳闸，保护信息如下：2021年3月19日09:42:10:759，110kV信都Ⅱ线108开关保护启动，1504ms距离Ⅲ段保护动作，故障相电流为2.35A，测距为0.1km，故障相为ABC相；9:42:12:392，110kV信都Ⅱ线108开关分。

2 理论分析与计算

变电站A 110kV母线为单母分段接线方式， 正常情况下变电站A 110kV两段母线是分别联接两个不同电网运行的。为了防止电网之间形成电磁环网，母线上的出线都有严格的分网点措施。110kV信都Ⅱ线控制PT二次电压开关整改为双头开关就是作为防止电磁环网的技术措施之一，然而使用双头开关的缺陷就是在倒闸时会造成短时失压。正常情况，在没有负荷大波动干扰下线路保护装置不会启动，110kV信都Ⅱ线倒母线时，即使线路PT二次电压短时失压也不会造成线路保护装置保护出口。倒闸操作时，虽然线路PT一次电压一直带电，但是二次电压短时失压始终是一个安全隐患，对于这样的操作过程要进行相应整改，避免再发生类似事件。

2.1 一般情况下，线路PT二次电压失压会延时发PT断线信号，PT断线会闭锁距离保护，此次事件中距离保护动作的原因为：

平时PT二次发生保险烧坏等故障，PT二次电压瞬间为零，保护不起动，延时发PT断线异常信号。PT断线信号动作的同时，退出距离保护，自动投入两段PT断线相过流保护。三相电压正常后，经10秒延时PT断线信号复归。

变电站A钢厂用户当日的用电负荷曲线如图2，从图2可以明显看出，在110kV信都Ⅱ线跳闸前，用户的负荷经历30MW→65.27MW→14MW→40MW→0MW的过程，期间用户有功波动最小为26MW。按当时变电站母线电压U=113kV计算，根据

由表1可知，信都Ⅱ线电流变化量起动定值为120安，当时用户负荷有功连续突变，流过信都Ⅱ线开关的电流突变量最小I=132.85A＞120A，多次达到线路开关的电流突变量启动值，在开关跳闸用户有功为0之前开关保护已经起动（如图3所示）。由于线路开关保护起动，即使开关PT二次电压为0，开关也会闭锁PT断线信号，由于开关一直没有发PT断线信号，所以不会闭锁距离保护[5]。在信都Ⅱ线开关保护启动的状态下，值班员倒闸操作使开关PT二次电压短时失压，只要达到距离各段的起动值，距离保护达到各段时限延时跳闸。

图3 信都Ⅱ线起动、跳闸、合闸图

表1 信都Ⅱ线线路部分定值

2.2 测距为0.1km，距离Ⅲ段保护动作，而距离Ⅰ、Ⅱ段不动作的原因为：

根据欧姆定律公式 :

式中：U-供电线路二次电压；

I-供电线路的二次电流；

Z-供电线路的二次阻抗。

当供电线路PT二次电压为0时，Zd=U/I=0/I=0，根据表1所示，Zd=0均小于接地距离Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段和相间距离Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段阻抗定值，只要满足各段时间定值，距离Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段均会出口动作（见图4）。

图4 部分距离保护逻辑图

信都Ⅱ线采用南京南瑞继保电气有限公司RCS-943A型高压输电线路成套保护装置，该保护装置距离Ⅰ段和距离Ⅱ段作为距离保护的主保护段，均使用方向圆特性的阻抗元件[6]，方向圆特性的动作阻抗圆经过坐标原点，对于不同的测量阻抗角，动作阻抗也不同。在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大，正好等于整定阻抗；在整定阻抗的反方向，动作阻抗降为0。反向故障时不会动作，阻抗元件本身具有方向性，方向一般是母线指向线路。

距离Ⅲ段作为距离保护的后备段，采用偏移特性的阻抗元件。信都Ⅱ线全长2.63千米，由于线路较短，接地距离偏移角为30度（如表1所示）。在短距离线路应用时，将方向阻抗特性向第Ⅰ象限偏移30度，以扩大允许故障过渡电阻的能力。所以偏移特性的阻抗继电器包含原点，不存在电压死区，在反向故障时有一定的动作区。

信都Ⅱ线现场倒闸操作时，母线PT二次电压失压，相当于是母线三相短路，故障点在母线上，对于信都Ⅱ线线路来说是区外故障。由于距离Ⅰ段和距离Ⅱ段具有方向性，只反映区内故障[7]，故保护不应该出口动作。距离Ⅲ段在反向故障时有一定的动作区，母线上的故障落在距离Ⅲ段的动作范围内，距离Ⅲ段应动作跳闸，切除故障。

3 试验验证

为了验证理论分析结果的正确性，进行了现场试验校核。表2中电压表示110kV信都Ⅱ线保护装置所取二次电压，电流表示110kV信都Ⅱ线线路二次电流，时间表示各个状态持续的时间值。

试验前，退出信都Ⅱ线距离保护功能压板。表2是为了校验在线路开关保护启动的状态下，是否还会发PT断线信号。状态1模拟正常情况下，线路PT断线信号复归状态；状态2模拟外界给与一个电流扰动，使线路开关保护因电流突变量超过门槛值处于起动状态；状态3模拟线路开关二次电压突然降为0，查看开关是否会发PT断线信号。

试验过程经历开始→PT断线→PT断线复归→保护起动→开关PT二次电压为0→结束。整个试验下来，保护装置在保护启动后直到最终结束，均没有再发PT断线告警信号。

试验前，投入信都Ⅱ线距离保护功能压板。按表2步骤重新做一次试验，在保护装置上可查到保护信息：59ms距离Ⅰ段保护动作跳闸；302ms距离Ⅱ段保护动作跳闸；1543ms 距离Ⅲ段保护动作跳闸。

继续保持信都Ⅱ线距离保护功能压板投入，按表3步骤进行试验，在保护装置上只查到：1595ms 距离Ⅲ段保护动作跳闸。

表3与表2的区别在于状态3，表2的状态3电压和电流同相，模拟区内故障。在区内故障时，距离Ⅰ段、距离Ⅱ段和距离Ⅲ段在各段的时间内均保护出口跳闸。表3的状态3电压和电流反向，模拟区外故障。区外故障时，由于距离Ⅰ段和距离Ⅱ段具有方向性，只反映区内故障，不会保护出口，距离Ⅲ段有一定的反映区外故障的能力，故只有距离Ⅲ段保护动作出口。

表2 开关不发 PT断线信号试验

表3 开关距离Ⅲ段保护动作试验

4 建议

通过对110kV信都Ⅱ线开关PT二次电压短时失压造成保护跳闸事件的分析，在进行线路开关带电倒母线时，为了防止再次发生类似事件，建议采取以下防范措施。

4.1 线路开关保护装置升级。对于重要的联络线，开关保护装置可升级为适合钢厂负荷波动的版本。升级后的保护装置可有效避免由于钢厂负荷波动造成保护误动。

4.2 线路PT二次电压进行带电倒闸操作时，可在技术上实现二次电压先并列，后解列。此种操作可实现开关二次电压不间断，避免因PT二次电压为0造成保护误动。

4.3 110kV信都Ⅱ线线路主要保护配置有差动保护、距离保护、零序过流保护、PT断线过流保护。当线路PT有故障时，距离保护可能会误动，零序过流保护的方向元件也会受到影响，退出距离保护，线路的差动保护和PT断线过流保护仍能正常运作。线路PT二次电压进行倒闸操作时，可将相应线路的距离功能压板退出，待PT二次电压倒闸结束后再投入距离功能压板。这样即使人工操作导致开关PT二次失压，在距离保护没有被闭锁的前提下，距离保护各段均达到动作门槛值，但由于线路开关距离功能压板在退出状态，距离保护也不能相应出口。