幾起零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作事故分析及改進(jìn)措施探討

江志波，何潤(rùn)華

（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州　510663）

幾起零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作事故分析及改進(jìn)措施探討

江志波，何潤(rùn)華

（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州510663）

摘要：隨著繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，主保護(hù)不斷強(qiáng)化，后備保護(hù)逐漸簡(jiǎn)化，但在很多特殊情況下，主保護(hù)往往未能啟動(dòng)，無(wú)法快速切除故障，只能依靠后備保護(hù)隔離故障來(lái)保證人身、電網(wǎng)和設(shè)備的安全，對(duì)此，本文介紹了幾起典型的零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作事故，通過(guò)分析故障過(guò)程、探討暴露的問(wèn)題，指出在加強(qiáng)主保護(hù)、合理簡(jiǎn)化后備保護(hù)的同時(shí)，仍必須重視后備保護(hù)的運(yùn)行維護(hù)，以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理性和一次設(shè)備的性能。

關(guān)鍵詞：主保護(hù)；后備保護(hù)；零序過(guò)流保護(hù)；重要性

0　引言

如果配備了完善的接地距離保護(hù)，零序過(guò)流保護(hù)作為接地距離保護(hù)的補(bǔ)充，僅用作切除高電阻接地故障[1]；或是在主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)等情況下，負(fù)責(zé)切除故障。但在某些情況下，系統(tǒng)的穩(wěn)定和設(shè)備的安全都有可能受到影響，本文便根據(jù)運(yùn)行中零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作的幾起典型案例，如山火、人為責(zé)任、保護(hù)拒動(dòng)等原因引起零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，對(duì)事故過(guò)程、暴露的問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討。

1　山火引起零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作事故

1.1事故過(guò)程簡(jiǎn)介

圖1、圖2為某500kV線路A相因山火引起高阻接地故障時(shí)的兩側(cè)錄波，其中A側(cè)零序II段保護(hù)動(dòng)作，直接三跳；B側(cè)差A(yù)相動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，單跳A相，重合不成功三跳。

圖1　A側(cè)故障錄波

圖2　B側(cè)故障錄波

1.2事故過(guò)程分析

（1）根據(jù)兩側(cè)錄波，故障時(shí)故障電流突變相對(duì)較小，故障后故障電流逐漸變大，故障相電壓超前電流的角度較小，由此判斷線路上發(fā)生了高阻接地故障。

（2）在近故障側(cè)（A側(cè)）保護(hù)感受到的故障電流較大，故障發(fā)生后，保護(hù)裝置能夠立即啟動(dòng)；而遠(yuǎn)故障側(cè)（B側(cè)），保護(hù)裝置感受到的零序電流（0.04A左右）和電流變化量均小于裝置整定定值，故在故障發(fā)生后2340ms左右都未能啟動(dòng)。

差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件為裝置啟動(dòng)、差流滿足且收到對(duì)側(cè)的允許信號(hào)。故障發(fā)生后，兩側(cè)差動(dòng)電流可以很快達(dá)到差動(dòng)動(dòng)作定值，但是由于B側(cè)保護(hù)裝置未啟動(dòng)，無(wú)法給A側(cè)發(fā)允許信號(hào)，故相差保護(hù)不能動(dòng)作。

而針對(duì)高阻接地故障、可以不經(jīng)對(duì)側(cè)允許信號(hào)動(dòng)作的零序差動(dòng)元件，需檢測(cè)到本側(cè)零序電壓（3U0）達(dá)到定值，隨后將跳閘令發(fā)到對(duì)側(cè)聯(lián)跳對(duì)側(cè)。但是對(duì)于本次故障，A側(cè)在故障發(fā)生后，保護(hù)裝置感受到的電壓沒(méi)有明顯的變化，故零差保護(hù)也未能動(dòng)作。

直到B側(cè)零序電流達(dá)到零序II段的定值并經(jīng)2.3s的延時(shí)后，B側(cè)零序過(guò)流II段動(dòng)作跳開(kāi)三相，同時(shí)將跳閘令發(fā)送至對(duì)側(cè)；對(duì)側(cè)結(jié)合差流條件，A相差流滿足動(dòng)作條件，B側(cè)保護(hù)A相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)A相，1s左右后重合于線路，此時(shí)故障沒(méi)有消失，故差動(dòng)保護(hù)加速動(dòng)作跳三相。

1.3結(jié)論

（1）發(fā)生高阻接地故障時(shí)往往可能會(huì)出現(xiàn)一側(cè)故障電流太小而無(wú)法啟動(dòng)保護(hù)，對(duì)于此類(lèi)零序弱饋的問(wèn)題，差動(dòng)保護(hù)多采用零序電壓變化量來(lái)強(qiáng)制弱饋側(cè)保護(hù)啟動(dòng)，這種方法可以解決大部分的高阻接地故障。但在如本次故障的極端情況下，零序電流和零序電壓均很小，差動(dòng)保護(hù)仍可能拒動(dòng)，此時(shí)，由于系統(tǒng)故障電流總體水平很低，因此可以依靠長(zhǎng)延時(shí)的零序后備段保護(hù)動(dòng)作先切除一側(cè)開(kāi)關(guān)，再由保護(hù)縱續(xù)動(dòng)作切除另一側(cè)開(kāi)關(guān)。

（2）整定時(shí)應(yīng)注意零序保護(hù)的配合，尤其在后備保護(hù)不斷簡(jiǎn)化的背景下[2-4]，防止在類(lèi)似故障情況下主變或其它線路的零序保護(hù)提前動(dòng)作，造成事故擴(kuò)大。

2　誤短接電流回路造成零序反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作事故

2.1故障概況

某500kV線路為3/2接線方式，在一次邊開(kāi)關(guān)檢修過(guò)程中，由中開(kāi)關(guān)帶線路運(yùn)行。工作人員在邊開(kāi)關(guān)間隔執(zhí)行安措時(shí)將B相電流回路短接，造成故障側(cè)在7225ms時(shí)刻主1零序反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)中開(kāi)關(guān)三相，主2保護(hù)未動(dòng)作；對(duì)側(cè)主1差動(dòng)保護(hù)B相動(dòng)作，單跳單重成功。

工作中誤接線示意圖如下：

圖3誤接線示意圖

2.2事故過(guò)程分析

（1）零序反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作過(guò)程分析。由于短接點(diǎn)的分流作用，故障側(cè)保護(hù)裝置感受到零序電流為0.21A，根據(jù)零序反時(shí)限保護(hù)的原理和相應(yīng)定值，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間計(jì)算如下：

其中：Ip為零序反時(shí)限過(guò)流定值，設(shè)為0.08A；Tp為零序反時(shí)限時(shí)間定值，為1s。

上述計(jì)算的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與保護(hù)裝置實(shí)際保護(hù)動(dòng)作時(shí)間7225ms基本一致

（2）故障側(cè)差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作原因分析。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件為裝置啟動(dòng)、差流滿足且收到對(duì)側(cè)的允許信號(hào)。雖然故障時(shí)刻B相電流減小，差動(dòng)電流達(dá)到0.22A，超過(guò)差動(dòng)定值（0.15A），但由于非故障側(cè)保護(hù)裝置的電流和電壓均無(wú)變化，故其保護(hù)未啟動(dòng)，故障側(cè)無(wú)法收到“非故障側(cè)的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作允許信號(hào)”，因此，故障側(cè)差動(dòng)保護(hù)無(wú)法動(dòng)作。

（3）非故障側(cè)保護(hù)動(dòng)作過(guò)程分析。故障側(cè)零序反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作并啟動(dòng)三跳瞬間，同時(shí)將跳閘命令發(fā)給非故障側(cè)，非故障側(cè)保護(hù)啟動(dòng)且B相差動(dòng)元件動(dòng)作。所以在故障側(cè)三跳后，非故障側(cè)側(cè)B相差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作。

非故障側(cè)B相單跳后，由于故障側(cè)三相已跳開(kāi)，線路無(wú)流，重合成功。

2.3結(jié)論

工作人員執(zhí)行安措時(shí)誤將B相電流回路短接是造成本次事故的直接原因，故障過(guò)程中，一次系統(tǒng)實(shí)際上運(yùn)行平穩(wěn)，非故障側(cè)保護(hù)無(wú)法啟動(dòng)，導(dǎo)致故障無(wú)法快速隔離，故障側(cè)可能對(duì)人身、設(shè)備造成威脅。因此，不僅要重視提高檢修工作人員技術(shù)技能水平，同時(shí)在二次回路上作業(yè)時(shí)，必須認(rèn)真研究制定工作方案、分析驗(yàn)證作業(yè)方法、充分進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，仔細(xì)核對(duì)現(xiàn)場(chǎng)接線、圖紙資料，確保方法正確，嚴(yán)防出現(xiàn)類(lèi)似的不良后果。

3　某220kV變電站兩臺(tái)主變零序保護(hù)相繼動(dòng)作事故

3.1事故概況

某220kV變電站內(nèi)共有兩臺(tái)主變，其中#1主變中壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地、#2主變中壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地。某次區(qū)外110kV線路發(fā)生高阻接地且零序保護(hù)拒動(dòng)期間，#2主變零序過(guò)流保護(hù)III段動(dòng)作，跳開(kāi)三側(cè)開(kāi)關(guān)；隨后，#1主變零序電壓升高，造成#1主變零序過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)#1主變?nèi)齻?cè)，隨著兩臺(tái)主變的停運(yùn)，最后造成了較大面積的停電。

圖4　#1、2主變故障錄波

3.2事故過(guò)程分析

（1）0ms-4600ms。在區(qū)外線路發(fā)生高阻接地故障且其相關(guān)保護(hù)拒動(dòng)期間，#2主變（中性點(diǎn)接地）出現(xiàn)明顯的零序電流，零序電流在約0.15A到0.45A之間變化，但由于是高阻接地故障，短路電流不穩(wěn)定，多次變小，導(dǎo)致#2主變中壓側(cè)零序電流保護(hù)多次啟動(dòng)、返回，未持續(xù)達(dá)到#2主變保護(hù)動(dòng)作定值（0.45A，2.7S），故期間#2主變保護(hù)未動(dòng)作。

（2）4600ms-7300ms。隨著接地故障的發(fā)展，#2主變零序電流一直大于零序保護(hù)電流定值0.45A，持續(xù)2700ms后，滿足動(dòng)作條件，#2主變中壓側(cè)零序過(guò)流保護(hù)III段動(dòng)作，跳開(kāi)#2主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)。

（3）7300ms-10700ms。#2主變跳閘前，系統(tǒng)中存在#2主變及共兩個(gè)接地點(diǎn)。#2主變跳閘后，故障仍然沒(méi)有被切除；由于其它變電站內(nèi)仍有一臺(tái)主變接地，故系統(tǒng)存在零序電壓，但零序電壓幅值不高，約為50V，未達(dá)到#1主變變中零序過(guò)壓定值（180V）。

（4）10700ms-13200ms。10700ms時(shí)刻，接地的主變所外接的線路發(fā)生故障并跳閘，導(dǎo)致整個(gè)110kV系統(tǒng)成為不接地系統(tǒng)，因此#1主變零序電壓升高，峰值達(dá)到210V。但是線路高阻接地故障點(diǎn)不穩(wěn)定，導(dǎo)致這段時(shí)間內(nèi)#1主變零序電壓曾多次突然下降，不滿足零序過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作延時(shí)（1.2s），所以#1主變零序過(guò)壓保護(hù)未動(dòng)作。

（5）13200ms—14500ms。隨著線路故障的發(fā)展，#1主變零序電壓持續(xù)高于零序過(guò)壓保護(hù)定值并滿足動(dòng)作延時(shí)，#1主變零序過(guò)壓保護(hù)出口，最終導(dǎo)致變電站兩臺(tái)主變?nèi)＃?10kV雙母線失壓。

3.3結(jié)論及改進(jìn)建議

（1）區(qū)外線路發(fā)生高阻接地故障時(shí)保護(hù)拒動(dòng)，是本次事故的根本原因，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)拒動(dòng)的保護(hù)為1992年生產(chǎn)，1998年投產(chǎn)，設(shè)備老化嚴(yán)重；同時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)零序過(guò)流III段的時(shí)間繼電器動(dòng)作值和整定值存在很大誤差：整定值為2.1s，實(shí)際動(dòng)作時(shí)間為3s，與#2主變零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)間（2.7s）失配，擴(kuò)大了事故影響范圍；

（2）本次事故過(guò)程中，由于接地的主變跳閘后，另一臺(tái)主變所相關(guān)的系統(tǒng)成為不接地系統(tǒng)，并造成零序過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作，最終造成較大范圍的不良影響。而根據(jù)規(guī)程，220kV廠站宜按一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行。

結(jié)合本次事故，在保證零序阻抗相對(duì)穩(wěn)定的前提下，為避免110kV系統(tǒng)成為不接地系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)再發(fā)生故障對(duì)一次設(shè)備造成損傷，建議考慮在220kV變電站有兩臺(tái)及以上主變運(yùn)行時(shí)，正常兩臺(tái)主變中性點(diǎn)直接接地且運(yùn)行于不同段母線，母聯(lián)正常合環(huán)運(yùn)行。在短路電流嚴(yán)重超標(biāo)的地區(qū)，正常運(yùn)行時(shí)斷開(kāi)110kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)，母線分列運(yùn)行，采用母聯(lián)備自投，每段母線上安排一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行；在完成增加母聯(lián)備自投前，110kV母線并列運(yùn)行時(shí)，應(yīng)只將一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，當(dāng)該變壓器接地中性點(diǎn)失去時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)盡快操作將，另一臺(tái)中性點(diǎn)不接地變壓器改為直接接地，盡可能縮短中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。

4　結(jié)語(yǔ)

目前，隨著保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，保護(hù)原理越來(lái)越成熟，保護(hù)裝置越來(lái)越可靠，而隨著管理的規(guī)范化、作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)裝置以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)控制能力也越來(lái)越強(qiáng)，很多運(yùn)行維護(hù)單位和調(diào)管機(jī)構(gòu)對(duì)此提出了“加強(qiáng)主保護(hù)，合理簡(jiǎn)化后備保護(hù)”。

然而，通過(guò)本文介紹的幾起事故便可以發(fā)現(xiàn)，在很多情況下，主保護(hù)限于某些原因，往往未能啟動(dòng)，無(wú)法快速切除故障，這時(shí)只能依靠后備保護(hù)隔離故障點(diǎn)，保證人身、電網(wǎng)和設(shè)備的安全；同時(shí)，如果忽視后備保護(hù)的運(yùn)行維護(hù)，同樣可能造成災(zāi)難性的后果；另外，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理性、一次設(shè)備的性能，與保護(hù)的設(shè)置、定值的整定等密切相關(guān)，應(yīng)引起繼電保護(hù)人員的高度重視。

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