在110kV及以上中性點(diǎn)直接接地的雙電源或多電源電網(wǎng)中。零功方向元件作為反映線路或設(shè)備接地短路的方向判別元件，它對(duì)保證零序電流保護(hù)動(dòng)作的選擇性，起著十分重要的作用。但在安裝、施工過程中如果不注意其接線，并利用負(fù)荷電流和零序電壓來判別其接線的正確性，線路在運(yùn)行中零序保護(hù)就會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)或誤動(dòng)，給電網(wǎng)和設(shè)備的安全運(yùn)行造成很大的危害。某年黃丹電廠到永向變電站的110kV輸電線路就發(fā)生了兩起零序保護(hù)拒動(dòng)的事故。

1　常規(guī)保護(hù)中零功方向元件接線原則及其正確性判別

目前在電力系統(tǒng)中廣泛使用的是整流型功率方向繼電器，把最大靈敏角做成70°或80°。黃丹電廠110kV線路保護(hù)采用許繼的PXH—l12四統(tǒng)一線路保護(hù)屏，其中零序功率方向元件為L(zhǎng)LG-2型，其最大靈敏角做成80°，即加入繼電器的電壓U_j超前電流I_j為80°時(shí)最靈敏。

為了適應(yīng)這一要求，接線采用下圖1所示，將電流線圈與電流互感器二次繞組之間同極性相連，即I_j＝3I_o。將電壓線圈與電壓互感器二次繞組之間反極性相連，即U_j＝-3U_O。輸入到零序功率方向繼電器電壓線圈的開口三角的接線方式有多種， 黃丹電廠采用的接線方式為：b＇－y＇－a＇－x＇－c＇－z＇。其中a＇，b＇，c＇分別是極性端。

這樣引出的開口三角電壓Ud＝－3U_O ， 適于將L630直接引向方向繼電器的U_* 端，將N600引向方向繼電器的U_－端，即U_j＝-3 U_O 。而電流回路3I0應(yīng)當(dāng)從方向繼電器的I_* 端流入，從I_－端流出，即I_j＝3I_o 。相量圖如圖2所示，剛好符合最靈敏的條件。

圖1　零序功率方向繼電器的接線方式

圖2　相量圖

2　對(duì)黃丹電廠反應(yīng)接地故障的零序保護(hù)進(jìn)行檢查

2.1　對(duì)零序功率方向繼電器進(jìn)行校驗(yàn)

在線路保護(hù)屏上將零序功率方向繼電器的電流線圈回路短路，零功方向繼電器的動(dòng)合觸點(diǎn)短路(暫時(shí)取消零功方向，此時(shí)零序保護(hù)不能判別方向，若出現(xiàn)接地故障動(dòng)作將無選擇性)。將繼電器取到試驗(yàn)室按調(diào)試規(guī)程的要求進(jìn)行校驗(yàn)，測(cè)得繼電器動(dòng)作區(qū)為-20°～145°，最大靈敏角為83°(符合繼電器最靈敏角為80±5°的規(guī)定)，還進(jìn)行了最小動(dòng)作電壓檢查、潛動(dòng)試驗(yàn)等項(xiàng)目，各項(xiàng)檢查結(jié)果均正常，說明繼電器自身沒有問題。

2.2　檢查零序保護(hù)控制回路

申請(qǐng)將黃丹電廠到永向變電站的110KV輸電線路零序保護(hù)退出運(yùn)行(暫時(shí)解開跳閘出口的連接片)，通過短接零功方向繼電器GJ₀的動(dòng)合觸點(diǎn)，并分別短接零序一段電流繼電器1LJ₀、零序二段電流繼電器2 LJ₀、零序三段電流繼電器3 LJ₀的動(dòng)合觸點(diǎn)來檢查零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段控制回路，發(fā)現(xiàn)各段保護(hù)的信號(hào)繼電器均能動(dòng)作并掉牌，說明控制回路工作正常。

2.3　檢查交流電流、電壓回路

2.3.1　檢查輸入零功方向繼電器的交流電壓、電流的極性和大小

檢查現(xiàn)場(chǎng)電壓、電流回路的二次接線(見圖3)，發(fā)現(xiàn)PT二次接線L630取自非同名端，接到繼電器的變壓器YB的同名端；CT二次回路N413(回路上標(biāo)識(shí)的)取自同名端，接到繼電器電抗變壓器DKB的同名端。在線路正常帶負(fù)荷運(yùn)行的條件下，用鉗形萬用表測(cè)量輸入零序功率方向繼電器的電流、電壓大小。

測(cè)得輸入到繼電器的變壓器YB線圈電壓為零，輸入到繼電器的電抗變壓器DKB的電流也為零，根據(jù)交流對(duì)稱三相電路中Ua+Ub+Uc=0，Ia+Ib+Ic=0可知測(cè)得的值與理論值是一致的。

圖3　現(xiàn)場(chǎng)電壓電流回路實(shí)際接線圖

2.3.2　檢查母線電壓互感器端子及到線路保護(hù)屏的電壓回路

由于之前零序方向保護(hù)曾經(jīng)動(dòng)作過(查清后才知是不正確動(dòng)作)，起初并不懷疑接入零功方向繼電器的接線極性有錯(cuò)，而是懷疑接入零功方向繼電器的電壓回路接線端子可能有松動(dòng)，我們仔細(xì)檢查了母線電壓互感器器身接線端子和互感器端子箱內(nèi)接線，并測(cè)量了形成開口三角形接線的各相二次電壓，還檢查了從母線電壓互感器端子箱到線路保護(hù)屏的電壓線。

通過檢查發(fā)現(xiàn)形成開口三角形連接的各相二次首尾連接正確，各端子無松動(dòng)現(xiàn)象，各相二次電壓也正常，從母線電壓互感器端子箱到線路保護(hù)屏的電壓線無松脫、無接錯(cuò)現(xiàn)象。

2.3.3　檢查接入線路保護(hù)屏的電流回路

用雙鉗相位表測(cè)量接入線路保護(hù)屏的各相電流I_A411、I_B411、I_C411大小及相位，發(fā)現(xiàn)三相電流平衡，各電流之間相位相差120度，是正常的。

3 帶負(fù)荷測(cè)量零序功率方向繼電器并進(jìn)行相位分析

由于前面沒有檢查出問題，而在2010年8月10日出現(xiàn)一棵桉樹倒在線路邊相上（當(dāng)時(shí)有功、無功均為送出），線路發(fā)生單相接地，對(duì)方零序Ⅲ段動(dòng)作，而我方零序保護(hù)沒有任何動(dòng)作，這顯然是不正常的，于是進(jìn)行帶負(fù)荷檢查試驗(yàn)。

3.1　模擬B相接地，測(cè)量零功繼電器輸入電壓、電流間的相角

3.1.1　模擬B相接地，測(cè)量電壓、電流間相角的原理及方法

模擬出口B相接地短路（其原因是根據(jù)我廠開口三角形接線的方式，便于甩掉B相電壓），在正常三相負(fù)荷對(duì)稱時(shí)，Ua＋Ub＋Uc=0。模擬B相出口接地短路，就是令Ub＝0，也就是設(shè)法將開口三角輸出電壓中的Ub甩掉。

具體方法是L630不變(接在U_*端)，把N600與方向繼電器的U_－端解開，將Sa630接到U_－端，同時(shí)又要設(shè)法讓I_A411、I_B411、I_C411分別流經(jīng)方向繼電器的I_*，I_－。

具體做法是當(dāng)通入I_A411時(shí)，將I_B411、I_C411相對(duì)N相短接然后斷開它們與繼電器的連接線（接入B、C相電流操作類推)，這時(shí)流過零序功率方向繼電器的電壓為U_j＝－3 U_O＝－（Ua＋Uc）＝Ub，電流為I_j＝3I_o ＝I_A411。

3.1.2　帶負(fù)荷進(jìn)行相角測(cè)試

某年10月12日上午10時(shí)31分，當(dāng)時(shí)線路潮流為送出有功P=+5MW，送出無功Q= +1Mvar，1lOkV線路電流互感器TA變比為600／5 ，可以算出二次負(fù)荷電流I_fh=0.223A，相電壓與相電流之間的夾角φ(tanφ＝Q/P)。根據(jù)圖4所示的功率坐標(biāo)系，可判斷相電壓與同相電流之間的夾角φ處于第一象限，從而得出功率因數(shù)角φ=19.8°(即相電壓超前相電流19.8°)。

圖4　功率坐標(biāo)系圖

進(jìn)行帶負(fù)荷測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：(因負(fù)荷電流小，繼電器不會(huì)動(dòng)作)

• 加入I_A411時(shí)，測(cè)得Ub超前Ia(即I_A411)為72°
• 加入I_B411時(shí)，測(cè)得Ub超前I_b（即I_B411）為189°(即Ib滯后-Ub為9°)
• 加入I_C411時(shí)，測(cè)得Ub超前Ic（即I_C411）為307°(即Ic超前Ub為53°)

3.2　根據(jù)上面測(cè)得的電壓超前電流的相角，畫出向量圖進(jìn)行分析

根據(jù)測(cè)得的相角畫出向量圖(圖5)，從向量圖上看Ub超前Ib為189°，這個(gè)顯然不對(duì)。同相電壓超前電流的角度應(yīng)為功率因數(shù)角，即Ub超前Ib角度應(yīng)為19.8°左右。

圖5　三相電壓、電流向量關(guān)系圖

從圖5上看電壓或電流相位倒180°，每相電壓超前電流的相位就基本等于功率因數(shù)角了。在10月14日上午10時(shí)，我們將加入零功方向繼電器的模擬電壓倒180°(因?yàn)榈闺妷翰僮骱?jiǎn)便些)。即：解開N600，L630接U_－，Sa630接U_*端。

負(fù)荷潮流為送出有功P=+7.5MW，送出無功Q= +0.7Mvar，1lOkV線路電流互感器TA變比為600／5 ，可以算出二次負(fù)荷電流I_fh=0.33A，相電壓與相電流之間的夾角φ(tanφ＝Q/P)。根據(jù)圖4所示的坐標(biāo)系，可判斷相電壓與同相電流之間的夾角φ處于第一象限，從而得出功率因數(shù)角φ=5.33°，測(cè)試結(jié)果如下：

測(cè)得的相角如下：(向量圖略，因加入電流太小繼電器不會(huì)動(dòng)作)

• 加入Ia時(shí)，測(cè)得Ub超前Ia為246°
• 加入Ib時(shí)，測(cè)得Ub超前Ib為5.5°
• 加入Ic時(shí)，測(cè)得Ub超前Ic為123°

可見測(cè)得的Ub超前Ib 角度5.5°與計(jì)算出的功率因數(shù)角φ穩(wěn)合。通過上面二次帶負(fù)荷試驗(yàn)己證明確實(shí)電流或電壓極性接反。

4　帶上一定負(fù)荷以檢驗(yàn)零功方向繼電器能否正確動(dòng)作

4.1　對(duì)輸入零功方向繼電器的電壓倒極性進(jìn)行檢驗(yàn)

在10月15日中午12時(shí)50分，我們將L630接U_－，Sa630接U_*端。負(fù)荷潮流為送出有功P=+37MW，送出無功Q= +2.5Mvar，1lOkV線路電流互感器TA變比為600／5 ，可以算出二次負(fù)荷電流I_fh=1.60A，相電壓與相電流之間的夾角φ(tanφ＝Q/P)。

根據(jù)圖4所示的坐標(biāo)系，可判斷相電壓與同相電流之間的夾角φ處于第一象限，從而得出功率因數(shù)角(即相電壓超前相電流角度)φ=3°，測(cè)試結(jié)果如下：

測(cè)得的相角如下(相量圖略)：

• 加入Ia時(shí)，測(cè)得Ub超前Ia為243°，繼電器不動(dòng)
• 加入Ib時(shí)，測(cè)得Ub超前Ib為3°，繼電器不動(dòng)
• 加入Ic時(shí)，測(cè)得Ub超前Ic為123°，繼電器動(dòng)作

說明將接入零功方向繼電器的模擬電壓極性倒一下，繼電器動(dòng)作情況就正常了。

4.2　分析處理

通過上面的試驗(yàn)己經(jīng)證明了輸入零功方向繼電器的電壓或電流極性反了，之前我們己經(jīng)全面檢查了輸入零功方向繼電器的電壓回路沒有錯(cuò)誤。于是我們想會(huì)不會(huì)電流回路極性反了，我們之前雖檢查了輸入保護(hù)屏的三相電流大小和之間的相位關(guān)系，但沒有對(duì)輸入保護(hù)屏的電壓和電流之間相位進(jìn)行測(cè)試。于是馬上對(duì)輸入保護(hù)屏用于距離保護(hù)的電壓和電流之間進(jìn)行相位角測(cè)試，測(cè)得相角如下(相量圖略)：

• Uab超前Ia為220°
• Uab超前Ib為340°
• Uab超前Ic為105°

以上測(cè)得的數(shù)值很明顯不符合相量關(guān)系圖，Uab超前Ia的角度應(yīng)為30°加上功率因數(shù)角3°，即大約為33°才是正確的。至此己完全明白了，是因?yàn)殡娏骰芈窐O性反了導(dǎo)致零功方向繼電器不能正確動(dòng)作(當(dāng)反方向出現(xiàn)接地故障時(shí)它要?jiǎng)幼?。不僅如此由于電流回路極性反了，反應(yīng)相間短路的距離保護(hù)的阻抗繼電器還不能正確動(dòng)作(反方向相間短路時(shí)它要?jiǎng)幼?。

清楚了線路發(fā)生接地不能正確動(dòng)作是由于電流回路極性反了，處理就簡(jiǎn)單了，將電流互感器一次回路停電，做好相應(yīng)安全措施，把用于線路保護(hù)的電流回路的極性反一下就行了。

5　結(jié)束語

我們?cè)诎惭b電壓、電流互感器時(shí)，一定要弄清楚互感器的極性；安裝完畢帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)一定要精心組織，試驗(yàn)方案考慮的要盡可能周全；每年一度的保護(hù)檢查、校試要認(rèn)真仔細(xì)，不能走過場(chǎng)；運(yùn)行中的電力線路出現(xiàn)故障保護(hù)動(dòng)作不正常要加大檢查力度，不能掉以輕心，以免相同的事故多次重復(fù)發(fā)生。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為王成章、李紅霞。）