110kV線路單相經(jīng)過渡電阻接地故障實(shí)例分析

摘要：根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，線路發(fā)生接地故障時(shí)，大都不是瞬間金屬性接地，而是在接地點(diǎn)存在過渡電阻。過渡電阻的存在，尤其是大的過渡電阻，往往會影響到保護(hù)裝置的性能，造成保護(hù)的誤動(dòng)和拒動(dòng)。此時(shí)保護(hù)的方式配合顯得尤為重要?，F(xiàn)就一起電網(wǎng)中發(fā)生110kV線路單相經(jīng)過渡電阻接地故障實(shí)例進(jìn)行分析，提出了問題和解決方案，希望能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)同類型工作提供參考。

關(guān)鍵詞：線路單相 過渡電阻 接地故障

中圖分類號：TM773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號1672-3791（2015）07（c）-0000-00

當(dāng)前電網(wǎng)規(guī)模越來越龐大，為保證電力的可靠供應(yīng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，在不斷提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的同時(shí)，也給電網(wǎng)繼電保護(hù)帶來了新的課題。電力系統(tǒng)對繼電保護(hù)的基本要求是：可靠性、選擇性、速動(dòng)性和靈敏性。其中可靠性是指保護(hù)該動(dòng)作時(shí)應(yīng)可靠動(dòng)作，不該動(dòng)作時(shí)應(yīng)可靠不動(dòng)作，是對繼電保護(hù)性能的最根本要求；選擇性是指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)切除故障，當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，才允許由相鄰設(shè)備保護(hù)、線路保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)切除故障；繼電保護(hù)的誤動(dòng)和拒動(dòng)都會給電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害。下面將結(jié)合實(shí)例進(jìn)行分析。

1故障基本情況

1.1系統(tǒng)運(yùn)行方式

某220kV站110kV系統(tǒng)為雙母線并聯(lián)運(yùn)行，2#主變110kV側(cè)中性點(diǎn)直接接地；110kV133#線路運(yùn)行于該站110kVII段母線，處于空載運(yùn)行；110kVNH站、CJ站通過該220kV站110kVI段母線形成單側(cè)電源環(huán)網(wǎng)供電。此環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式的考慮因素是，當(dāng)B、C、D線路中任一線路發(fā)生故障時(shí)，不造成110kVNH站和110kVCJ站任一變電站停電。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2相關(guān)保護(hù)配置情況

133開關(guān)采用為南瑞繼保股份有限公司的RCS-941D型線路保護(hù)裝置，配置三段式接地和相間距離保護(hù)，四段方向零序過流保護(hù)等；方向零序過流I段保護(hù)未投，重合閘啟用。

134#、151#開關(guān)采用深圳南瑞科技有限公司的PRS-753D型線路保護(hù)，配置光纖分相縱差保護(hù)、三段式接地和相間距離保護(hù)，四段方向零序過流保護(hù)等；方向零序過流I段保護(hù)未投，重合閘停用。

135#、112#開關(guān)采用北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司的CSC-163A型線路保護(hù)，配置光纖分相縱差保護(hù)、三段式接地和相間距離保護(hù)，四段方向零序過流保護(hù)等；方向零序過流I段、II段保護(hù)未投，重合閘停用。

1.3故障原因

某日中午12點(diǎn)40左右，因一市政施工單位在電力線路附近施工時(shí)，現(xiàn)場安全措施及監(jiān)督管理不到位，其吊車臂誤觸正在運(yùn)行的110kV A線路（圖中K處，線路接地點(diǎn)實(shí)際位置距220kV站2.8kM左右），造成線路C相對吊車臂放電，最終形成單相接地。

2保護(hù)裝置動(dòng)作情況

2.1 220kV站133#開關(guān)保護(hù)裝置動(dòng)作信息

12時(shí)44分39秒647毫秒保護(hù)裝置啟動(dòng)

相對時(shí)間763毫秒零序過流II段保護(hù)動(dòng)作

故障測距結(jié)果：45.8kM

故障相別：CN

故障相電流值：33.86 A

故障零序電流：33.83 A

12時(shí)44分42秒544毫秒重合閘動(dòng)作

相對時(shí)間192毫秒零序加速動(dòng)作

相對時(shí)間221毫秒距離加速動(dòng)作

故障測距結(jié)果：2.8kM

故障相別：CN

故障相電流值：33.50 A

故障零序電流：33.46 A

2.2 110kV南河站151#開關(guān)保護(hù)裝置動(dòng)作信息

12時(shí)41分24秒738毫秒保護(hù)裝置啟動(dòng)

相對時(shí)間425毫秒零序過流II段保護(hù)動(dòng)作

故障零序電流：2.98 A

由于不同變電站的同步時(shí)鐘差異，兩站保護(hù)動(dòng)作的絕對時(shí)間并不完全吻合。

3保護(hù)動(dòng)作行為分析

因故障非常清楚且單一，此處不再作故障分析，主要分析保護(hù)動(dòng)作情況。

3.1 133#開關(guān)保護(hù)動(dòng)作分析

133#開關(guān)保護(hù)裝置首先由方向零序過流II段保護(hù)動(dòng)作跳閘，并重合成功，然后由零序、距離保護(hù)加速動(dòng)作，再次跳閘。具體分析如下。

因133#開關(guān)出線為空載運(yùn)行，當(dāng)線路發(fā)生C相接地故障時(shí)，故障電流非常明顯，而C相電壓變化較小，從錄波圖上看到，零序電流超前零序電壓約100度左右（該保護(hù)未加補(bǔ)償阻抗，波形相位與實(shí)際一致）。且保護(hù)測距為45.8kM，與實(shí)際接地點(diǎn)相差巨大，可看出線路并非瞬間金屬性接地，而是經(jīng)過渡電阻接地。接地距離保護(hù)未啟動(dòng)，同時(shí)方向零序過流I段未投，所以由方向零序過流II段動(dòng)作。

重合于故障線路后加速啟動(dòng)時(shí)，故障測距為2.8kM，與實(shí)際故障點(diǎn)距離相符，此時(shí)線路故障已經(jīng)呈現(xiàn)為金屬性接地，故零序、距離保護(hù)均加速動(dòng)作跳閘。

3.2 151#開關(guān)保護(hù)動(dòng)作分析

151#開關(guān)保護(hù)裝置由方向零序過流II段保護(hù)動(dòng)作跳閘，具體分析如下。

圖2 保護(hù)裝置故障錄波

由圖2可見，受到電源側(cè)220kV站110kVA線路單相接地故障的影響，151#開關(guān)出現(xiàn)了三相電流電壓不平衡的情況，具體表現(xiàn)為：A、B相電流電壓穩(wěn)定無變化，C相電流、電壓同時(shí)降低，從而產(chǎn)生了零序電流和零序電壓。根據(jù)圖示錄波分析，三相不平衡所產(chǎn)生的零序電流電壓相位剛好滿足零序過流正方向判據(jù)（180°

4 問題原因及解決方案

在這次事故中，131#開關(guān)保護(hù)正確動(dòng)作，但未達(dá)到速動(dòng)性要求，而151#開關(guān)保護(hù)動(dòng)作則存在選擇性失誤。主要原因在以下方面。

（1）133#開關(guān)保護(hù)受過渡電阻影響，未能瞬時(shí)動(dòng)作，本地電網(wǎng)對方向零序電流保護(hù)的整定原則是：由于接地距離保護(hù)的采用，方向零序電流保護(hù)的作用已明顯弱化，方向零序電流I段保護(hù)范圍短，適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的能力差，在電網(wǎng)發(fā)生連續(xù)故障時(shí)，還可能由于網(wǎng)架的變化而導(dǎo)致誤動(dòng)。其保護(hù)功能完全可以由允許較大接地電阻的接地距離保護(hù)I段替代。因此，本電網(wǎng)110kV線路所配置的方向零序電流I段、零序不靈敏I段都停用。

但在經(jīng)過渡電阻接地短路的情況下，對接地距離保護(hù)會造成如下影響：

1）過渡電阻的存在使繼電器的測量阻抗增大，保護(hù)范圍縮短；

2）保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近，受過渡電阻影響越大，有可能導(dǎo)致保護(hù)無選擇性動(dòng)作；

3）整定值越小，受過渡電阻的影響越大。

此次事故中，在133#開關(guān)保護(hù)第一次啟動(dòng)時(shí)，接地距離I段（整定阻抗0.28Ω，動(dòng)作時(shí)限0S）未能動(dòng)作（A線路全長7.431kM，接地故障點(diǎn)距離保護(hù)安裝處2.8kM，在接地距離I段保護(hù)范圍內(nèi)），明顯受到了過渡電阻的影響。致使故障未能瞬時(shí)切除。在由方向零序過流II段保護(hù)啟動(dòng)跳閘時(shí)，因動(dòng)作時(shí)限問題，造成151#開關(guān)先于故障線路開關(guān)跳閘。

（2）151#保護(hù)未能躲開三相不平衡電流影響，在上述小環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式下，當(dāng)220kV站發(fā)生其它110kV出線單相接地故障時(shí)，環(huán)內(nèi)的開關(guān)必然出現(xiàn)三相不平衡的情況。根據(jù)以上分析，三相不平衡所產(chǎn)生的零序電流電壓相位關(guān)系很有可能滿足與151#、112#開關(guān)零序過流正方向判據(jù)，而不平衡電流的水平則與負(fù)荷水平有關(guān)，即負(fù)荷電流越大，不平衡電流越大，電流值很容易超過其方向零序過流II段定值（151#開關(guān)方向零序過流II段定值為2.7A，112#開關(guān)方向零序過流II段定值僅為1.3A，但本次112#開關(guān)方向零序過流II段未投），如果故障線路保護(hù)不能瞬時(shí)動(dòng)作跳閘，則很容易造成環(huán)內(nèi)開關(guān)誤動(dòng)作跳閘。

（3）解決方案：1）從此次事故來看，接地距離保護(hù)I段覆蓋較大接地電阻的效果并不理想，尚無法完全替代方向零序電流I段保護(hù)，可對未配備縱聯(lián)全線速動(dòng)保護(hù)的110kV線路啟用方向零序電流I段，以增強(qiáng)快速切除單相經(jīng)過渡電阻接地故障的能力；2）當(dāng)合環(huán)運(yùn)行時(shí)，按方向（母線指向線路）排列，151#開關(guān)處于末端，其保護(hù)范圍僅限于B線路。鑒于151#開關(guān)具備光纖電流縱差全線速動(dòng)保護(hù)，并且具備三段式相間、接地距離保護(hù)，方向零序過流II段的保護(hù)作用意義不大，可將方向零序過流II段保護(hù)停用（環(huán)網(wǎng)內(nèi)同樣情況的112#開關(guān)已停用），以避免在類似情況下發(fā)生誤動(dòng)作。

參考文獻(xiàn)

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