一起過渡電阻引起的越級(jí)跳閘故障分析

李 萍，潘曉美，李 忠，王 淼

遼寧省電力有限公司撫順供電公司，遼寧撫順 113008

0 引言

在遼寧電網(wǎng)66kV電壓等級(jí)的系統(tǒng)中，大多數(shù)的66kV輸電線路，距離保護(hù)作為主保護(hù)而得到廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)是在沒有分支電流的情況下，不受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化影響。但是距離保護(hù)也存在一個(gè)無法彌補(bǔ)的缺陷，就是受過渡電阻影響較大。本文通過對(duì)一起典型事故的分析，來說明過渡電阻對(duì)距離保護(hù)存在的影響，同時(shí)提出了解決方法。

1 事故簡介

2012年2月22日16時(shí)，遼寧地區(qū)開始普降大雪，并伴有大風(fēng)天氣。16時(shí)56分34秒66kV甲站66kV南賓線距離保護(hù)I段動(dòng)作跳閘，3秒后重合成功。16時(shí)56分50秒220kV乙站66kV中南一線距離保護(hù)III段動(dòng)作跳閘，并閉鎖重合閘。此時(shí)甲站現(xiàn)場運(yùn)行方式為66kV中南一線受電，南華線備用。南賓線為負(fù)荷線路，開關(guān)在合位。在此情況下備自投動(dòng)作跳開中南一線開關(guān)，合上南華線開關(guān)，隨后備自投后加速動(dòng)作跳閘，致使66kV甲站停電。（見圖1）

圖1 系統(tǒng)接線圖

2 事故調(diào)查

2.1 現(xiàn)場巡線

經(jīng)過現(xiàn)場巡線發(fā)現(xiàn)南賓線5#-22#耐張段、26#-28#耐張段的導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)，致使5#-22#耐張段中的20#-22#中線導(dǎo)線斷落地面，21#-22#右線導(dǎo)線斷落地面，26#-28#右線斷線落地，導(dǎo)致線路跳閘。故障點(diǎn)現(xiàn)場情況如下圖所示：

圖2 21#桿中線瓷橫擔(dān)

圖3 27#桿右線斷落地面

2.2 保護(hù)動(dòng)作情況調(diào)查

繼電保護(hù)人員分別趕到66kV甲站和220kV乙站，對(duì)繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作報(bào)告進(jìn)行查看如下：

表1 故障報(bào)告

2.3 甲站南賓線保護(hù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)典型時(shí)刻數(shù)據(jù)

表2 典型時(shí)刻數(shù)據(jù)

3 保護(hù)動(dòng)作分析

3.1 66kV甲站南賓線保護(hù)動(dòng)作分析

1）南賓線距離保護(hù)I段動(dòng)作時(shí)間較長，724ms跳閘。說明此次故障初始階段測量阻抗不穩(wěn)定，雖達(dá)到距離保護(hù)I段啟動(dòng)值，但未達(dá)到動(dòng)作值。隨著故障的發(fā)展，測量阻抗進(jìn)一步減小直到滿足距離I段的動(dòng)作條件后，保護(hù)出口跳閘；

2）測量電阻較大。保護(hù)測距僅為2.422 KM，保護(hù)重合后測量電阻R=1Ω,電抗x=0.1826Ω（二次值），折算到一次值為5.5+j1.0043Ω。而南賓線導(dǎo)線型號(hào)為LGJ-35，在2.422km處導(dǎo)線阻抗一次值為2.0587+j1.0099Ω。兩者對(duì)比可以看出電抗值基本接近，而電阻值卻增大了2.67倍，說明此次故障中存在的過渡電阻很大；

3）從巡線結(jié)果可以看出此次故障為永久性故障，但南賓線重合后卻沒有再次跳閘。如果從故障報(bào)告上看，南賓線重合后沒有故障波形，我們只能斷定南賓線重合后故障已消失了。但是這一結(jié)論卻與中南一線及備自投保護(hù)動(dòng)作相矛盾。因此與廠家技術(shù)人員聯(lián)系將裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)導(dǎo)出（見前表）。此時(shí)，我們可以看到，南賓線重合后仍存在故障電流，并且測量阻抗中的電阻含量偏高，最小值也達(dá)到了2Ω，超出了距離III段的保護(hù)范圍，因此南賓線保護(hù)在開關(guān)重合后沒有再次動(dòng)作跳閘；

4）距離保護(hù)的動(dòng)作最基本條件是測量阻抗落在保護(hù)區(qū)內(nèi)，而此次故障，過渡電阻阻值的變化范圍非常大，從1Ω到3.9Ω（二次測量值），如此大的變化導(dǎo)致距離保護(hù)測量阻抗變得十分不準(zhǔn)確，進(jìn)而使距離保護(hù)判定為區(qū)外故障。說明過渡電阻的存在對(duì)距離保護(hù)判定邏輯有較大影響。

3.2 220kV乙站66kV中南一線動(dòng)作分析

乙站66kV中南一線的動(dòng)作為距離保護(hù)III段動(dòng)作跳閘，并閉鎖重合閘，通過保護(hù)報(bào)告可以看出以下幾個(gè)問題：

1）距離III保護(hù)動(dòng)作出口時(shí)間較長，從保護(hù)啟動(dòng)到出口跳閘共計(jì)10451ms，整定時(shí)間為2s，說明該故障類型復(fù)雜，故障過程中測量阻抗極其不穩(wěn)定；

2）保護(hù)測距偏差較大。故障報(bào)告顯示測距為62.5km，而實(shí)際故障點(diǎn)為距離乙站中南一線出口50km左右，說明故障中存在較大的過渡電阻；

3）故障類型在故障過程中發(fā)生了轉(zhuǎn)換。乙站中南一線報(bào)告顯示故障相別為AC相，但南賓線故障報(bào)告顯示為BC相故障，巡線結(jié)果為南賓線出口20-26#桿塔間BC相斷線，A相絕緣擊穿。說明故障是由相間短路故障逐漸發(fā)展為兩相斷線及三相接地短路故障。

4 過渡電阻對(duì)上下級(jí)不同原理的距離保護(hù)影響分析

220kV乙站66kV中南一線保護(hù)配置為南瑞繼保公司的RCS-951A，甲站66kV南賓線保護(hù)配置為北京四方公司的CSC166A。根據(jù)保護(hù)定值利用CAD軟件繪制理想狀態(tài)下，線路保護(hù)范圍及上下級(jí)的配合關(guān)系如下圖所示（圖中所標(biāo)阻抗為二次值）：

圖4 中南一線及南賓線保護(hù)范圍圖

從圖中我們可以看到，南賓線在重合后的測量阻抗十分接近南賓線保護(hù)電阻線邊緣，由于當(dāng)測量阻抗在0.95ZZD～1.05 ZZD之間時(shí)保護(hù)處于可動(dòng)或可不動(dòng)的狀態(tài)，因此現(xiàn)實(shí)情況是南賓線保護(hù)一直處于啟動(dòng)狀態(tài)。

中南一線保護(hù)特性是阻抗圓特性，距離III段保護(hù)范圍將南賓線包括在內(nèi)，因此當(dāng)南賓線保護(hù)沒有動(dòng)作時(shí)，中南一線距離保護(hù)III段動(dòng)作跳閘，將故障切除。這只是理想狀態(tài)下的分析，而現(xiàn)場實(shí)際情況是測量阻抗隨著線路的舞動(dòng)而時(shí)刻發(fā)生變化，只有當(dāng)某段時(shí)間內(nèi)測量阻抗落在保護(hù)動(dòng)作區(qū)內(nèi)，且時(shí)間達(dá)到整定動(dòng)作時(shí)間后，保護(hù)才動(dòng)作出口跳閘。

由于南賓線和中南一線保護(hù)配置的是兩家公司的產(chǎn)品，且兩套保護(hù)在距離保護(hù)的應(yīng)用方面存在較大的差別。

表3 距離保護(hù)原理對(duì)比表

從上表中可以看到南瑞繼保在測量過渡電阻時(shí)采用了偏移圓特性，同時(shí)三段距離保護(hù)間逐級(jí)配合，測量過渡電阻的能力也是逐級(jí)增強(qiáng)的。反觀四方公司保護(hù)，三段距離保護(hù)中R是始終不變的，依賴X的大小來調(diào)整三段距離保護(hù)保護(hù)范圍。由此可以看出，四方保護(hù)在反映過渡電阻能力方面不如南瑞保護(hù)的靈敏。

5 結(jié)論

通過對(duì)上面的分析對(duì)比，我們可以確定以下幾方面內(nèi)容：

1）此次故障的根本原因是天氣惡劣造成的。該地區(qū)當(dāng)天普降大雪并伴有大風(fēng)天氣，南賓線在降雪過程中發(fā)生線路覆冰進(jìn)而發(fā)生舞動(dòng)現(xiàn)象，并最終造成南賓線BC兩相斷線；

2）斷線使故障類型變得復(fù)雜，保護(hù)裝置判斷困難。通過保護(hù)動(dòng)作報(bào)告可以看到故障初期為BC兩相短路故障，但存在一定的過渡電阻。隨著故障的發(fā)展，逐漸演變?yōu)锽C兩相斷線接地故障。由于66kV為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，接地故障導(dǎo)致A相電壓升高，最終造成 A相絕緣擊穿放電?？v觀此次故障，持續(xù)時(shí)間較長，故障類型特殊，此次故障類型為永久性相間短路加斷線故障，且故障過程中存在較大的過渡電阻和故障類型的轉(zhuǎn)換，這使得過渡電阻在后期大幅增加，保護(hù)裝置測量阻抗受此影響變得極不準(zhǔn)確，且測量阻抗時(shí)刻都在變化，影響了保護(hù)的動(dòng)作邏輯判斷；

3）遼寧省農(nóng)村電網(wǎng)的線路改造緩慢，基本是線路長、導(dǎo)線細(xì)、負(fù)荷輕的情況，老舊線路居多，在較大程度上增加了斷線的幾率。要想徹底解決此類問題的發(fā)生，還應(yīng)該加大農(nóng)村電網(wǎng)的改造力度；

4）繼電保護(hù)配置需要完善。從上面的分析可以看到，南瑞繼保和北京四方公司兩家的保護(hù)在距離保護(hù)原理上的存在著較大差別，通過此次故障可以看出南瑞繼保的保護(hù)裝置在反應(yīng)過渡電阻的能力上更加靈敏。建議在農(nóng)網(wǎng)線路上應(yīng)盡可能配置躲過渡電阻能力較強(qiáng)的園特性阻抗繼電器；

5）在農(nóng)網(wǎng)重要負(fù)荷的短線路上，也可以配置光纖差動(dòng)保護(hù)。光纖差動(dòng)保護(hù)反應(yīng)故障靈敏，受過渡電阻影響較小，能夠快速切除全線故障，有利于保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材.中國電力出版社，2009，4.

[2]李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析.中國電力出版社，1995，11.