一起非典型相間短路故障分析

劉京輝，周立輝，孫龍印，王玉嵐，馬麗萍

（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司，浙江 杭州 311232)

500 kV鳳儀變電站某220 kV線路，因覆冰引起斷股導致線路相間故障保護跳閘。線路斷股引起的相間放電直至故障通道全部接通是一個短暫的持續(xù)過程，屬于非典型性相間短路故障，電弧引起的短路類似于經(jīng)過渡電阻短路，電氣特性現(xiàn)象復雜，這給保護的可靠動作切除故障帶來很大的考驗，本文深入介紹了分析了整個故障過程和保護動作行為。

1 事故簡介

2018年1月27日，500 kV鳳儀變電站220 kV線路儀安4325線BC相間故障，第一套線路保護高頻距離保護動作；第二套線路保護高頻方向保護動作，重合閘閉鎖，ABC三相跳閘，故障電流5.01 A，兩側(cè)繼電保護裝置動作行為正確。鳳儀變側(cè)保護故障測距約26 km，豐安變側(cè)保護故障測距約7 km。鳳儀側(cè)TA變比為1600∶1?，F(xiàn)場天氣：雨夾雪。

25 min后，鳳儀側(cè)強送儀安4325線合閘成功。875 ms后，儀安4325線第一套保護高頻保護手合加速，距離手合出口，重合閘閉鎖，線路ABC三相跳閘。儀安4325線第二套保護僅有啟動信息，無相關保護動作信號。

2 事故過程

2.1 第一次故障

14:18:17.235，儀安4325 BC相間故障，第一、第二套線路高頻保護均可靠正確動作，重合閘被閉鎖，開關三相跳閘。

該線路全長為36.15 km，2套線路保護距離I段保護范圍按70%考慮，距離I段保護范圍為25.31 km，第1套保護故障測距26.25 km，第2套保護故障測距25.1 km，故障范圍均臨近距離I段保護范圍，同時考慮到過渡電阻影響，可以基本判斷2套保護測距基本正確，保護動作行為正確。

表1 儀安4325線路保護配置

2.2 第二次故障

2.2.1 第一階段

根據(jù)RCS901A保護裝置記錄，15:14:03.918開關三相強送成功，線路跳閘位置由0變?yōu)?，如圖2所示。

2.2.2 第二階段

867 ms前開關三相合位，如圖2所示。867 ms后，15:14:04.785，南瑞繼保RCS901保護啟動，15:14:04第1套高頻保護手合加速，距離手合出口，如圖1所示；260 ms后，15:14:05.045 ABC三相跳閘，強送失敗。

圖1 第一次BC相間故障波形圖

3 強送失敗保護動作分析

強送合閘后約867 ms線路再次發(fā)生BC相間故障，第一套線路保護CSL101手合后加速動作，開關三相跳閘，線路強送失敗，而第二套線路保護RCS901保護未動作出口。

3.1 第一套保護

CSL101保護，當收到對側(cè)高頻信號,且本側(cè)開關在跳閘位置（TWJ=1），則延時160 ms發(fā)信，同時，當檢測到開關跳位開入5 s以上且開關無流，保護啟動后立即投入手合加速功能，在此過程中程序?qū)⒀h(huán)計算六種相別阻抗，任一種在Ⅲ段偏移特性動作區(qū)內(nèi)即出口永跳，手合加速的保持時間為裝置定值中整組返回時間（4 s），手合加速不利用通道。

四方保護啟動時刻約在15:14:04.793，15:14:04.840（47 ms后）高頻保護手合加速出口，北京四方保護正確出口動作。

3.2 第二套保護

867 ms前，電流變化量低定值啟動發(fā)信。RCS901A保護啟動元件中配置了電流變化量低定值啟動元件，用以啟動閉鎖式方向保護的發(fā)信，其判據(jù)為：

式中：ΔIT為內(nèi)部計算的浮動門檻，啟動前斷路器分位，可近似按0考慮；ΔIZD為整定的電流變化量啟動值。

表2 手合于故障保護動作信息

電流變化量低定值啟動元件動作仍進入正常運行程序，低定值啟動后不會觸發(fā)裝置錄波，因此本次手合初期的波形裝置未有記錄。

867 ms前即15:14:03.918—15:14:04.785期間，鳳儀側(cè)開關短時強送成功，根據(jù)表2:15:14:04:00保護收信0→1分析，強送初期鳳儀側(cè)“故障電流”電流變化量滿足RCS901A的低定值啟動條件，造成鳳儀側(cè)保護遠方啟信豐安側(cè)，本側(cè)收信。

由于豐安側(cè)斷路器三相分位，保護遠方啟信，則延時100 ms發(fā)信，100 ms進入10 s遠方啟信回路，持續(xù)發(fā)信10 s。

867 ms后，因本側(cè)保護一直收到對側(cè)閉鎖信號，所以故障發(fā)生時縱聯(lián)保護被閉鎖，故保護僅啟動，縱聯(lián)保護不動作。

3.3 南瑞繼保手合加速未動作分析

南瑞繼保RCS901A手合加速邏輯為，裝置線路三相無流，TWJ動作，保護認為線路不在運行，開放準備手合于故障400 ms。本次故障強送后867 ms，線路再次故障，但因保護手合加速程序已退出，故手合加速未動作，南瑞繼保保護裝置動作行為符合裝置原理設計。

4 非典型故障分析

4.1 電弧相間短路

儀安4325線在鳳儀側(cè)強送時，因距鳳儀側(cè)約26 km處線路C相斷股，強送初始時刻為BC相間經(jīng)電弧大過渡電阻間歇性放電短路，867 ms后BC相間電弧放電通道完全建立，故障重現(xiàn)，如圖2所示。

從保護裝置動作行為分析，強送初始BC相間經(jīng)電弧大過渡電阻短路，故障電流較小尚未達到兩套保護啟動定值，后故障繼續(xù)發(fā)展，達到保護裝置啟動和動作條件，四方保護由手合后加速保護動作跳開三相開關。

圖2 C相斷股引起電弧相間短路相間

4.2 距離I段未動作

4.2.1 經(jīng)過渡電阻短路

過渡電阻Rg一般為純電阻。假設流過Rg的電流為Ik，流過保護的電流為I，則繼電器的測量阻抗為：

式中：ZR為過渡電阻在繼電器測量阻抗中引起的附加阻抗，其是由過渡電阻上的壓降產(chǎn)生的；Zk為測量阻抗。

4.2.2 過渡電阻對阻抗繼電器影響

以單側(cè)電源為例：

Ik與I大小相同，但相位不一定相同，設Ik超前I的角度為θ，對于方向阻抗繼電器：

θ>0附加阻抗Za呈阻感性；θ=0附加阻抗Za是純阻性。影響：區(qū)內(nèi)拒動。

θ＜0附加阻抗Za呈阻容性。影響：區(qū)外誤動（超越），正向出口短路拒動（死區(qū)）。

由圖1第一次BC相間故障波形圖做如下向量圖3，θ=UBCIBC≈ 45°，呈阻感性。

4.2.3 距離I段未動作分析

儀安4325線全長36.15 km，距離I段保護范圍按70%考慮，距離I段保護范圍為25.31 km，同時考慮該線路距離相對較短，短線路阻抗繼電器動作特性圓很小，且電弧短路呈阻感性特征，第1套保護故障測距26.25 km，第2套保護故障測距25.1 km，故障測距雖在距離I段保護范圍內(nèi)，綜合考慮阻感性過渡電阻及測量誤差等因素影響，距離保護I段不動作，保護動作行為正確。

5 結(jié)束語

電網(wǎng)系統(tǒng)以單相接地故障為主，相間故障發(fā)生概率相對較小，但對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行破壞性極大，特別是極端、非典型性故障，如本次寒冷天氣導致線路覆冰引起斷股異常，過程特殊，現(xiàn)象復雜，給事故后的分析判斷帶來很大挑戰(zhàn)。提高事故異常數(shù)據(jù)分析、總結(jié)能力，全面綜合分析事故跳閘信息，是正確處置事故，確保電網(wǎng)及時恢復安全穩(wěn)定運行的重要保障。