蔡美杰
福建省电力试验研究所，福建省福州350007
1 故障情况
1998年5月2日，因为雷击引起树木着火，所产生的烟气导致220kV水杨线线路发生C相高阻间断性接地故障。由于水口电厂PT二次、三次的N线接错，产生了干扰电压，致使水杨线水口水电厂侧保护未能及时动作切除故障，导致水口电厂500kV联变零序保护动作，三侧开关跳闸，造成500kV水泉线停电，另有3台200MVA机组停机，共有3条220kV线路甩负荷。
2 保护动作情况
由当时保护所打印的故障报告及故障录波图得知，保护具体动作情况与故障量大小为：①接地故障发生后19．5s，杨贞变220kV水杨线11型微机保护零序Ⅲ段动作，其开关三跳，故障量是I0Ⅲ＝252A／1．05A，保护动作时间T＝1．5s；②到20s时，水口电厂500kV联变中性点零序过电流保护动作，联变三侧开关跳闸。故障量为I0＝250A／0．1A，保护动作时间为T＝5s；③到25s时，水口电厂1号、2号、3号发变组零序过电流保护动作，其2台开关跳闸，故障量为I0＝180A／0．3A，保护动作时间T＝5s；④到28．5s时，北郊变220kV水北线CKJ型保护零序Ⅲ段动作，开关三跳，故障量为I0Ⅲ＝240A／1．0A，保护动作时间T＝3．5s；⑤到32s时，马站变220kV水马线CKJ型保护零序Ⅲ段动作，开关三跳，故障量为I0Ⅲ＝180A／1．5A，保护动作时间T＝3．5s；⑥到34s时，水口水电厂220kV水杨线11型微机高频保护动作，开关三跳，故障最终被切除。当时水口电厂主系统运行方式及开关动作情况与先后次序如图1所示。
图1 网络与开关动作次序图
3 检查试验
调阅水口水电厂水杨线11微机保护当时的报告，打印记录显示在故障开始时保护判为反方向故障，且故障前就存在一定的零序电压值，自产零序电压相位超前开口三角形引入的零序电压120。在二次电压回路的检查中发现，水杨线PT的二次N线与三次N线在从PT就地端子箱接到主控室时已相互对调，且位于两根不同的电缆内。具体接线如图2所示。在PT一次无压情况下，测量其二次电压有0．72V，三次电压也有0．72V，但相位相反。在将接错的两根N线改正后再次测量，其二次电压是13mV，三次电压是50mV。在PT一次分别加试验电压3kV和5kV时，再次测量被接错的两根N线改正前后的二次和三次电压，测量结果如表1所示。
从表1中可看出，改线前数据明显偏离正常值，存在0．74V的寄生电压，但容量较小，自产3U0明显小于开口三角3U0。改线后寄生电压消失，试验值与计算值基本一致，3U0亦趋于一致。说明电压回路确实有错误接线。这与故障打印报告中所记录的在故障开始时保护判为反方向，没有动作出口，且故障前就有零序电压存在的情况相符。
4 理论分析
4．1 故障报告与整定值
故障时，水口电厂220kV水杨线11型微机高频零序保护多次停信，但保护并未立即动作出口，而是在故障持续较长时间后才出口，开关跳闸切除故障。该11型保护中CPU1高频保护分报告是：①15GBQD I0＝0．87CN；②1358 GBI0TX；③1825GBI0TX；④1892 GBI0TX；⑤1983 GBI0TX；⑥5642GBI0CK。CPU2距离保护分报告是：40 ZKQDX＝12．00，R＝117．00 CN。其一次阻抗值是：X＝12×（2200／1250）＝21．12（Ω），则故障距离为L＝85．794×（21．12／28．93）＝62．63km。一次弧光电阻值为R＝117．00×（2200／1250）＝206（Ω），远远大于规程规定的100Ω。
水口电厂220kV水杨线11型微机保护高频零序及零序后备整定值为3I0＝250A／0．2A；I0Ⅱ＝725A／0．58A，T2＝1．0s；I0Ⅲ＝325A／0．26 A，T3＝1．5s；I0Ⅳ＝187．5A／0．15A，T4＝4．5s。CKJ型集成保护高频零序及零序后备整定值为3I0＝325A／0．26A；I0Ⅱ＝325A／0．26A，T2＝1．5s；I0Ⅲ＝187．5A/0.15A,T3＝4s。故障时的一次零序电流为I=1250×（0.73／√2）=645A。除11型微机保护零序Ⅱ段外，故障量均已达到以上其余整定值，但保护却没有及时动作出口，因此，必须对此进行分析。
4．2 故障程序分析
分析11型微机高频零序保护的故障处理程序可知，其动作出口的条件为故障零序电流大于停信定值I0＞3I0，零序电压突变量大于动作阈值3U0＞1V，且启动继电器QDJ动作后至少连续收到高频信号5ms后收不到信号，并且本侧处于停信状态。经检查试验发现，保护装置零序电压动作阈值的实际动作值为3U0＝1．8V。在其临界状态下，高频零序保护会出现只停信而不出口的现象。
水杨线的等值零序阻抗为Zs0＝3U0／3I0＝6Ω。当3I0＝660A时，其三次3U0＝（3I0×Zs0）／NPT＝1．8V；当3I0＝733A时，其三次3U0＝（3I0×Zs0）／NPT＝2．0V。故障开始时的实际故障量正是在实际动作阈值的附近，故发生11型微机高频零序保护出现只停信而不出口的现象。
分析11型微机零序后备保护的故障处理程序可知，该保护选择了受零序电压突变量控制的出口方式，动作阈值固定为2V有效值。如此选择是为了防止CT断线引起灵敏的零序Ⅲ段或Ⅳ段误动。但是也有其缺点：①当开关非全相运行时，零序保护将被闭锁；②线路发生了故障，但因零序电压突变量未达到其动作阈值而拒动。此次11型微机零序后备保护未能及时动作切除故障，正是由于保护所需的零序电压突变量值偏小而被闭锁的缘故。
因水口水电厂侧微机高频保护未能满足出口条件，导致杨贞侧高频保护不能动作。由于未达到整定值，故由零序Ⅲ段跳闸。至于水口电厂对侧水北线和水马线的11型零序后备段保护没有动作而CKJ型零序保护Ⅲ段动作，是因为CKJ型保护在3I0为最小测量值下的3U0动作阈值值为1．5V的缘故。
由于水杨线水口电厂侧的高频保护不能及时动作切除故障，所以相关保护按其动作原则相继动作跳闸以隔离故障点，这是符合保护逻辑的。
5 异常原因
由此可见，水杨线水口电厂侧11型微机保护高频零序保护和零序后备保护没有及时动作的原因是：PT二次、三次的N线接线错误，产生的干扰电压导致零序功率方向元件保护在故障开始时判为反方向而拒动；500kV水泉线建成后，水口电厂的系统等值零序阻抗偏低，造成保护所需的零序电压量
过小而闭锁。
6 结束语
PT二次、三次的电压回路经常由于接线错误而引起保护装置的动作错误，必须根据“反措”要求认真、坚决地予以彻底解决，以杜绝由此而引发的电网事故。
500kV水泉线投产运行后，水口电厂的系统等值零序电抗偏低，由此引起的保护所需零序电压量偏小的问题，需认真地予以分析研究，并加以改进，以避免类似问题再次发生。
人们期待着11型的改进换代产品CSL101（CSL102）型成套数字式保护装置能有更大的改进，以消除电网运行的不安全隐患。
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