线路差动保护判别TA二次断线的新方法

周 伟，刘宏君

(1.永州电业局，湖南 永州 425100;2.长园深瑞继保自动化有限公司，广东 深圳 518057)

0 引言

线路光纤电流差动保护应用越来越广泛。线路差动保护中，要求线路两侧的差动保护必须都启动，才可能允许跳闸。这样做的好处是，即可保证差动动作的可靠性，又可有效地防止线路TA断线时差动保护的误动。因为一侧TA断线时，只有断线侧的保护装置启动，而正常侧保护未能启动，即使差流达到动作门槛，差动保护也不会动作。线路差动保护要求两侧均要启动，在线路的弱馈侧发生高阻接地故障时，弱馈侧因零序阻抗小，零序电流能启动，而强电侧仅依赖本侧量不能启动。导致的后果是差动保护拒动。针对此现象，继电保护设计时，会增加差流辅助电压量启动，通用的电压量辅助判据为低电压或者零序电压。增加差流辅助电压量启动判据后，会导致判据无法区分高阻接地故障还是TA断线的故障。这里提出了一种判别TA断线的新方法，该方法在确保TA断线能正确检测的前提下，又能确保弱馈高阻接地故障时不会误闭锁差动保护。RTDS试验证明该方案安全可靠。

1 问题的提出

1.1 线路TA断线判据

线路保护具备TA断线检测功能。目前国内的TA断线检测依据一般有两类。

第一类:差动保护一侧电气量启动，另一侧不启动。启动的一侧有零序电流，无零序电压，判为TA断线，延时告警。根据TA断线是否闭锁差动控制字决定是否闭锁差动保护。

第二类:差动保护一侧电气量启动，另一侧不启动。启动的一侧相电流的变化量大于一定门槛或者相电流消失且存在较大差流但差动保护未动作，判为TA断线，延时告警。根据TA断线是否闭锁差动控制字决定是否闭锁差动保护。

第一类TA断线判别方法的缺陷在于，完全依赖零序电压门槛。若正常运行时零序电压就比较大，就会导致重负荷时发生TA断线，差动保护误动。

第二类TA断线判别方法的缺陷在于，完全根据电流的变化判别TA断线。在重负荷的弱馈侧，发生单相高阻接地故障时，也存在电流变小甚至电流变为零的工况。导致高阻接地误判为TA断线，导致差动保护拒动。

1.2 弱馈侧高阻接地故障分析

［1］的第8章第5节分析，在系统中发生高阻接地故障时，在故障点零序电压就小，在保护安装点，零序电压更小。由于零序电流分配与短路点两侧的等效阻抗大小相关，会出现一侧零序电流达到零序电流启动门槛，一侧零序电流小于零序电流启动门槛。这样，差动保护装置若仅靠本侧电气量时，造成一侧能启动，一侧不能启动。差动动作需两侧保护均能启动，在这样的高阻接地故障的情况下，差动保护会拒动。

为解决此问题，线路差动保护中增加了差流启动，为了保证TA断线时不误动，差流启动均增加了电压辅助判据。电压辅助判据的引入，在保证TA断线不误动的同时，就会引起高阻接地拒动。在电力系统中多次出现高阻接地故障差动未动，靠零序延时段切除故障就是由于电压辅助判据选择不合理造成的。

因而，一种好的TA断线判据就是要能保证TA断线不动作的同时，也要保证高阻接地故障能正确动作。

2 判别TA断线的方法

在差动保护中，只要两侧保护均启动，就不判TA断线。TA断线只在一侧保护启动时才判断。保证高阻接地故障时能可靠启动，就不会误判TA断线。

新的TA断线判别方法在于合理的改变启动元件。启动元件的判据为:本侧电流的突变量或者零序电流均不启动，只有差流判据满足时，式(1)或式(2)任何一个判据满足时，装置保护启动。

零序电压判据1:

零序电压判据2:

式(1)用于检测零序电压的突变，高阻接地故障发生时，零序电流由故障点流向系统接地点，在母线处零序电压存在突变。减去2周波前的零序电压的目的就是消除正常运行时的不平衡零序电压的影响，提高判据的灵敏度。

式(2)用于检测零序电压的幅值相对差流出现时刻的零序电压幅值的变化，用于对单相高阻接地，接地电阻缓慢变小时的故障检测，提高判据的可靠性。

启动流程见图1。

图1 流程图

3 RTDS仿真分析

为了验证分析的正确性，进行了RTDS仿真。试验模型采用300 km、220 kV无互感双回线路模型，系统架构参照图1。试验模型参数:单回线正序阻抗ZL1=0.0227+j0.265(Ω/km)，单回线零序阻抗ZL0=0.0966+j0.73(Ω/km)，单回线正序容抗C1=0.013(μF/km)，单回线零序容抗C0=0.0092(μF/km)。M侧无穷大系统参数:功率初相角为30°，电源正序电阻为Z1=10 Ω，电感为L=0.02 H。M侧发变组参数:发电机容量为600 MW，额定电压为20 kV，功率初相角是0°，Xa=0.1327 p.u.，Xd=1.03540 p.u.，X'd=0.0360 p.u.，X″d=0.235 p.u.，Xd=0.71940 p.u.，X'q=0.412 p.u. ，X″q=0.212 p.u.，Ra=0.002 p.u.;变压器容量是720 MVA，电压比为242 kV/20.0 kV，正序电阻为0.00392 p.u.，正序电抗为0.1 p.u.，零序电阻为0.012 p.u.，零序电抗为0.1 p.u.。N侧系统参数:变压器容量为150 MVA，短路电压比为30%;等效负载为50 MW+10 Mvar。TA变比取1250/1 A。开关电阻取0.01 Ω。

在此系统模型下，模拟以下故障:① 模拟N侧发生高阻接地故障，接地电阻100 Ω。②模拟N侧发生高阻接地故障，接地电阻值由500 Ω在3 s内渐变为100 Ω。③重负荷情况下的单相TA断线。

仿真结果表明，在高阻接地故障和渐变性高阻接地故障时，差流配合零序电压突变判据均能很好地启动，差动保护正确地出口跳闸动作。在重负荷情况的TA断线，装置能正确地判出TA断线，保护不会误动。

图2 无互感双回线路模型

4 结语

综合分析线路高阻故障特征，并对比线路TA断线的差异，提出了一种新的TV断线判别依据。该判据能正确地区分TA断线和高阻接地，提高了差动保护的可靠性。同时，该判据对同时发生TA断线和PT断线也能保证很高的可靠性。RTDS仿真试验证明该判据的正确性。

参考文献

［1］朱声石.高压电网继电保护原理与技术(第3版)［M］.北京:中国电力出版社，2005.

［2］文明浩.线路纵差保护CT二次断线判据分析［J］.继电器，2006，34(18):1-3.