負荷電流對終端變電站相間故障的影響

馬 娟， 房雪雷， 吳義純

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司培訓中心， 安徽 合肥 230022)

0 引言

在電力系統(tǒng)運行中，常見的橫向短路故障類型主要有四種，即三相短路、兩相相間短路、兩相接地短路以及單相接地短路。鑒于故障時負荷電流相對較小，計算分析時不考慮[1,2]。短路故障的分析主要是建立在復合序網(wǎng)與故障分量網(wǎng)絡的基礎上，得出故障相及非故障相的的電流、電壓等相關量值[3-6]。

故障分析需要結合系統(tǒng)運行方式進行。在不考慮負荷電流情況下，負荷側(cè)發(fā)生相間故障時，所有相電流將全部為零[7]，而在考慮負荷電流的情況下，負荷側(cè)不同相別對應的電流是否存在，存在怎樣的關系，卻沒有被研究、關注過。

本文在考慮負荷的情況下，以培訓中心220 kV智能變電站數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)為平臺，分析輸電導線終端饋供線(單電源線路)運行方式下[8-11]，發(fā)生相間金屬性故障時，負荷側(cè)不同相別的故障電流關系。

1 忽略負荷電流，相間金屬性短路故障

當系統(tǒng)在K點發(fā)生兩相(BC)金屬性短路故障時，在不考慮負荷電流時，邊界條件如下：

由此得出對應的A相序分量電流為：

兩相短路故障時沒有零序分量，故障相BC電流滿足大小相等，方向相反的特點[12]。

2 考慮負荷電流，相間金屬性短路故障

系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，與故障電流相比，負荷電流可以忽略，為了更好地分析了解終端變電站相間短路時輸電導線兩側(cè)的電流關系，以220 kV智能變電站實訓室為基礎，展開相應的實驗項目。220 kV智能變電站系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 220 kV智能站系統(tǒng)圖

運行方式：220 kV電壓側(cè)為雙母并列運行，2813線路間隔及2801主變間隔運行于Ι母，2814線路間隔運行于II母，2813、2814間隔均為進線；保護配置：母線雙重化，均為PCS-915GA-D，主變分別為PCS-978以及PST-1200U，2813線路分別為PCS-931以及PCS-902，2814間隔線路分別為WXH- 803以及PSL- 603U[13]。

2.1 正常運行方式，相間短路故障

220 kV智能變電站2813間隔、2814間隔正常運行，以2813線路發(fā)生AB相間短路故障為例。

動作現(xiàn)象：兩套保護均為縱聯(lián)差動保護動作，相間距離I段動作，ABC三相跳閘。對應本側(cè)A套保護PCS-931錄波圖如圖2所示。

從錄波圖中可以看到，AB相間故障，負荷電流僅為0.574 A，而故障電流在5 A以上，在不考慮負荷電流的前提下，兩相電流大小相等，方向相反[14,15]。

圖2 2813線路相間短路故障錄波圖

2.2 終端運行方式，相間短路故障

鑒于2813間隔、2814間隔保護配置不同，分別針對2813及2814間隔模擬發(fā)生AB相間短路故障，分析負荷側(cè)電流幅值及相位關系。

2.2.1 線路2813間隔相間短路故障

系統(tǒng)在運行過程中，因為外界因素造成2814線路斷路器偷跳，此時220 kV電壓等級只有2813線路間隔，形成特殊的終端運行方式，此時發(fā)生2813相間短路故障。動作現(xiàn)象：本側(cè)A套保護PCS-931縱聯(lián)差動保護動作，故障相別AB，B套PCS-902保護啟動(未投弱饋方式)。對應本側(cè)A套保護PCS-931錄波圖如圖3所示。

圖3 2813線路相間短路故障錄波圖(終端方式)

2.2.2 線路2814間隔相間短路故障

當2813線路偷跳，此時在終端運行方式下，2814線路發(fā)生AB相間短路故障。動作現(xiàn)象：2814本側(cè)A套保護WXH- 803分相差動動作，三相跳閘，B套保護PSL- 603U分相差動動作，三相跳閘，故障類型均為AB。

對應本側(cè)A套保護WXH- 803錄波圖如圖4所示。

圖4 2814線路相間短路故障A套錄波圖(終端方式)

對應本側(cè)B套保護PSL- 603U錄波圖如圖5所示。

圖5 2814線路相間短路故障B套錄波圖(終端方式)

對應的A相正序分量滯后于C相120°，負序分量超前于C相120°，大小均為C相電流的一半，與表中相關數(shù)據(jù)一致。因此得出，在發(fā)生相間短路故障時，負荷側(cè)故障相電流大小相等，為非故障相的一半，且方向相同，特殊相的正序負序分量也為非故障相的一半，相差120°。

3 結論

本文在220 kV智能變電站實訓室的基礎上，通過實驗結合錄波數(shù)據(jù)，分析對比有無負荷電流，以及在正常運行方式、終端變電站的特殊運行方式下，發(fā)生相間短路故障時，電流及序分量的幅值、相位關系，幫助現(xiàn)場人員更深層次的理解負荷電流、看懂故障錄波圖，在實際工作中起到實質(zhì)性的指導作用。