220 kV線路單相斷線故障分析與處理

張加貝，陳汝昌，王幫燦

(云南電力調度控制中心，昆明 650011)

220 kV線路單相斷線故障分析與處理

張加貝，陳汝昌，王幫燦

(云南電力調度控制中心，昆明 650011)

用對稱分量法對單相斷線故障進行理論分析，得出斷線相各序電流與斷線前的負荷電流成正比的結論。指出若輕載或空載線路發生此類故障，由于零序電流較小保護裝置可能不動作的情況。結合一起220 kV線路單相斷線的實際案例，分析單相斷線故障對實際電網造成的影響及保護未動作的原因，詳細介紹調度員綜合故障信息對故障的判斷及處置過程，為今后調度員處理此類故障提供了寶貴經驗。

單相斷線；故障；調度；保護；處置

0 前言

電力系統的實際運行經驗表明，在高壓電網的線路短路故障中，單相接地故障占絕大多數[1-3]，而且故障大多都是瞬時故障，重合閘動作成功率高，不會對電網造成影響。而單相斷線且不接地這種縱向不對稱故障在220 kV電壓等級以上電網的實際運行中很罕見，經統計2009年至2013年在云南省調管轄的主網線路故障近1 000起，其中單相斷線故障僅1起。在線路非全相運行時，由于系統的不對稱性，將產生零序和負序電流，可能導致發電機過熱和絕緣損壞，影響機組出力，同時還會對通信系統、繼電保護裝置造成影響。文獻 [4-9]雖然分析了很多單相斷線故障案例，但大部分是針對110 kV線路斷線的情況進行討論，并且側重點是如何改進保護算法，以便更好、更快地發現切除故障，對于保護裝置未動作以及調度如何判斷并處置的案例涉及較少。

用對稱分量法對單線斷線故障按給定負荷電流的條件進行理論分析，確定了此類故障的電氣量特征，得出結論。然后由一起220 kV線路B相斷線故障展開，分析了單相斷線對電網造成的影響及保護裝置配置與行為，詳細介紹了調度對此故障的分析、判斷及處理，梳理出調度處理難點和風險點，并對單相斷線故障進行總結，給出建議。

1 單相斷線故障的理論分析

假設在中性點直接接地系統中XY處發生A相斷線，如圖1所示?？梢钥闯龉收咸幍倪吔鐥l件為式 (1)。

圖1 A相斷線

將A相斷線的邊界條件用序分量表示為：

計及式 (3)，可得：

斷相處實際的正序電流應加上斷相前的負荷電流，則斷相處實際各序電流如公式 (6)所示。

由上式可以得出結論：電網網絡結構確定時，斷線相各序電流均與斷相前的負荷電流成正比，負荷電流越小，斷相后各序電流相應也越小。

按照保護裝置識別故障的零序電流來分析，斷相前如果線路潮流較重，斷相后產生的零序電流較大，能夠達到保護裝置動作值，保護裝置能識別并快速切除故障，現場運行人員及調度員便能快速應對。若線路潮流較輕時發生故障，零序電流可能還達不到保護裝置的啟動條件，更談不上零序Ⅲ、Ⅳ段動作出口，一旦沒有保護動作跳閘情況，現場監控也沒有異常告警，運行人員很難從監視的眾多信號中發現疑點，系統的非全相運行將影響電網安全。

2 實例分析

故障前地區電網接線如圖2所示，220 kV甲變-220 kV乙變-220 kV丙變3個變電站合環運行。之前220 kV甲乙線已經出現#112塔B相雙分裂引流線的其中一分裂導線脫出的線路缺陷，因該塔段屬于雪山段，搶修人員不能達到現場，未能消缺。此缺陷出現后，經過供電局和省調專業人員核算，要求缺陷處好前，220 kV甲乙線+ 220 kV甲丙線、220 kV甲乙線+220 kV乙丙線斷面均按180 MW控制，故障前2條220 kV線路潮流相對較輕。

圖2 地區電網接線圖

220 kV甲乙線潮流在18：20左右出現突變降低，由90 MW降至55 MW，220 kV甲丙線和220 kV乙丙線潮流同一時刻有所增加，220 kV甲丙線由78 MW增加至111 MW，220 kV乙丙線由89 MW增加至122 MW，見圖2。在此18：20時間段220 kV甲變電站和丙變電站的主變上網潮流沒有大的波動，地調也沒有110 kV網絡的操作。

圖3 各220 kV線路潮流

結合地調匯報的情況，省調通知220 kV乙變開展檢查，結果220 kV甲乙線A相電流為182 A，B相為50.65 A，C相為168 A，220 kV甲變檢查220 kV甲乙線 A相電流為180.94 A，B相僅為24.83 A，C相為202.97 A。由此看出，兩側變電站B相電流已經與AC兩相出現明顯不平衡。結合此前220 kV甲乙線B相已經有導線斷股情況，且220 kV甲乙線潮流降低了約1/3的情況，此時調度員初步懷疑220 kV甲乙線B相已經斷線。但還需要進行詳細的分析并進行佐證，排除線路斷股或測控裝置異常的可能。

3 對故障的分析判斷及處置

3.1 通過保護配置進行分析判斷

220 kV甲乙線保護為雙重化配置，采用的是南京南瑞繼保電氣有限公司RCS-931BMV和RCS -902BFZ型型保護裝置。RCS-931BMV型保護裝置內保護配置為：分相電流差動、零序電流差動、工頻變化量距離、三段式接地距離、三段式相間距離、自動重合閘；RCS-902BFZ型保護裝置內保護配置為：縱聯距離、縱聯零序方向、工頻變化量距離、三段式接地距離、三段式相間距離、自動重合閘。

接到匯報后，調度員反復詢問220 kV甲乙線的兩側變電站是否有保護裝置啟動或出口，但現場明確答復保護均未啟動，同時監控后臺也無異常告警。調度員分析220 kV甲乙線如果B相斷線且沒有接地，則線路兩側無差流，則 RCS-931BMV主保護不會動作。根據單相斷線故障的理論分析結果，線路非全相運行雖有零序電流產生，RCS-902BFZ縱聯零序方向保護有可能動作。經查詢該線路的定值單，電流變化量啟動值、零序啟動電流二次值為0.5 A，折算到一次側僅為160 A(CT變比320)。綜上調度員判斷由于斷線時負荷較輕可能達不到零序電流的啟動值而保護未啟動，線路保護裝置及現場人員匯報不存在問題。

3.2 利用潮流變化進行分析判斷

假若220 kV甲乙線發生B相斷線而不是斷股，那么調整此線路的潮流則B相電流應不發生變化。于是調度員考慮調減220 kV甲變的上網潮流約20 MW負荷來進行驗證，見圖2中22：20時間點。調減后，220 kV甲乙線兩側A、C相電流隨潮流變化，但是B相電流不變，同時220 kV甲丙線及220 kV乙丙線則ABC三相電流都隨之變化，至此調度員判斷220 kV甲乙線確已斷線，線路兩側B相電流應該是空充兩截空導線所產生的，同時也排除了220 kV甲乙線B相斷股及兩側因測控裝置或者電流采集設備缺陷導致B相電流顯示不對的可能。

3.3 故障處置

由于單相斷線造成220 kV甲乙線非全相運行，一旦再發生220 kV乙丙線或甲丙線跳閘情況，220 kV甲乙線潮流加重，零序電流將達到保護出口定值而保護動作跳閘，造成甲、丙地區電網解列，發生大面積停電事故的嚴重后果。為了進一步驗 “兩側B相電流應該是空充兩截空導線所產生”的結論，220 kV甲乙線停電前后，記錄了220 kV甲乙線220 kV甲變側斷路器解環前后220 kV乙變側ABC三相電流情況。

表1 220 kV甲乙線三相電流

從表1中看出，B相電流無變化，且220 kV乙變A、C相充電電流 (76 A)與兩側變電站B相充電電流之和 (50.65 A+24.83 A)基本上一致，再一次驗證了調度員判斷的正確性。隨后省調操作 220 kV甲乙線停處冷備用狀態待后續查線。

4 調度處置難點及經驗

1)本次故障220 kV甲乙線斷線前潮流較小，根據對保護錄波的分析，斷線后零序電流為0.305 A達不到保護的啟動值0.5 A，零序保護不會啟動。于是220 kV甲乙線斷線后兩側保護裝置均未啟動，更不能動作出口跳閘。缺陷處置的難點在于現場不能提供相應的保護信息及故障錄波情況，對于分析故障、處理缺陷帶來了難度，影響了對于缺陷的判斷和處理速度。

2)應充分評估異?；蛉毕菰斐傻南到y運行風險，及時、全面獲取缺陷相關的信息，幫助現場運維單位分析缺陷，同時也要敦促運維單位及時對缺陷分析判斷，達到既降低系統運行風險。

5 結束語

1)單相斷線故障，斷線相的零序電流與斷相前的負荷電流成正比，負荷電流越小，斷相后零序電流相應也越小。在線路空載或輕載時，斷相后保護裝置可能不動作，也不發任何告警。

2)保護如果未能及時切除故障，此時電網已經處于緊急狀態，調度員不能僅憑沒有保護動作就不關注，置之不理。由于其隱蔽性強的特點，表面上看對電網無影響，但其隱患非常大，隨時有可能由其他線路N-1故障發展成N-2故障，對于本就接線薄弱的地區電網帶來災難性后果。

3)故障后，可以通過增減斷線線路潮流，來觀察斷線相的電流是否發生變化，以判斷線路是否完全斷線，若潮流不發生變化則可判斷確已斷線。如果電網條件允許，也可以斷開該線一側的斷路器，驗證斷線相所載電流是否為線路的充電電流。

4)一旦確認發生單相斷線，盡量將此線路潮流調整為0 MW，防止出現因其他線路跳閘而引起潮流轉移，斷相線路零序電流增加而保護出口跳閘。調度員須將斷相線路視為停電設備，并做好N-2的故障預想，防止事故擴大。

5)建議在保護中加入線路斷線相應的判據，比如零序電流與負荷電流的突變量、線路電流突變量等，在線路單相斷線又達不到跳閘條件時，發告警信號，確保電網安全穩定。

[1] 江蘇省電力公司.電力系統繼電保護原理及實用技術[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 李光琦.電力系統暫態分析 [M].北京：中國電力出版社，1995.

[3] 李堅.電網運行及調度技術問答 [M].北京：中國電力出版社，2004.

[4] 趙曼勇.線路非全相運行時保護問題探討 [J].繼電器，2003，31(7)：81-83.

[5] 袁浩，王琰，倪益民，等.高壓線路保護非全相運行狀態下的考慮 [J].電力系統自動化，2010，34(20)：103 -107.

[6] 陽家書，李國友，孫建華.一次110 kV線路單相斷線故障的繼電保護動作分析 [J].繼電器，2007，35(22)：58 -60.

[7] 王志華，郭明敘.斷路器本體非全相保護裝置故障分析及防范措施 [J].南方電網技術，2013，7(2)：124-126.

[8] 彭建寧，魏莉.110 kV輸電線路單相斷線故障分析 [J].繼電器，2007，35(18)：75-77，81.

[9] 余偉，馬艷，毛德擁.輸電線路單相斷線時的保護行為分析及對策 [J].安徽電力，2011，28(1)：16-17.

Analysis and Disposal for Single-phase Line Break Fault of 220 kV Transmission Line

ZHANG Jiabei，CHEN Ruchang，WANG Bangcan
(Yunnan Electric Power Dispatching＆Control Center，Kunming 650011，China)

Based on the theoretical analysis of single-phase line break fault by using symmetrical component method，it is proved the phase sequence current is proportional to the pre-fault load current.If a fault occurs on light load or no-load line without relay protection action due to the low zero sequence current，it is difficult for the persons on duty to detect any anomalies form monitoring system.Combined with a actual case of 220 kV single-phase line break fault，the influence after fault on power-grid and the reason of protection action failure are analyzed.The diagnosis and disposal process of dispatchers by synthesizing fault information are also proposed.It is hopeful to provide beneficial reference for the power dispatcher in dealing similar defaults.

single-phase line break；fault；dispatching；relay protection；disposal

TM75

B

1006-7345(2014)06-0117-04

2014-08-08

張加貝 (1982)，男，碩士，工程師，云南電力調度控制中心，從事電網調度運行、管理方面工作， (e-mail)zhang.jiabei＠qq.com。

陳汝昌 (1985)，男，學士，工程師，云南電力調度控制中心，從事電網調度運行、管理方面工作，(e-mail)346490316＠qq.com。

王幫燦 (1985)，男，碩士，工程師，云南電力調度控制中心，從事電網調度運行、管理方面工作，(e-mail)278792706＠qq.com。