幾起零序過流保護動作事故分析及改進措施探討

江志波，何潤華

（中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣州　510663）

幾起零序過流保護動作事故分析及改進措施探討

江志波，何潤華

（中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣州510663）

摘要：隨著繼電保護技術的發展，主保護不斷強化，后備保護逐漸簡化，但在很多特殊情況下，主保護往往未能啟動，無法快速切除故障，只能依靠后備保護隔離故障來保證人身、電網和設備的安全，對此，本文介紹了幾起典型的零序過流保護動作事故，通過分析故障過程、探討暴露的問題，指出在加強主保護、合理簡化后備保護的同時，仍必須重視后備保護的運行維護，以及電網結構的合理性和一次設備的性能。

關鍵詞：主保護；后備保護；零序過流保護；重要性

0　引言

如果配備了完善的接地距離保護，零序過流保護作為接地距離保護的補充，僅用作切除高電阻接地故障[1]；或是在主保護或斷路器拒動等情況下，負責切除故障。但在某些情況下，系統的穩定和設備的安全都有可能受到影響，本文便根據運行中零序過流保護動作的幾起典型案例，如山火、人為責任、保護拒動等原因引起零序過流保護動作，對事故過程、暴露的問題進行了分析和探討。

1　山火引起零序過流保護動作事故

1.1事故過程簡介

圖1、圖2為某500kV線路A相因山火引起高阻接地故障時的兩側錄波，其中A側零序II段保護動作，直接三跳；B側差A相動保護動作，單跳A相，重合不成功三跳。

圖1　A側故障錄波

圖2　B側故障錄波

1.2事故過程分析

（1）根據兩側錄波，故障時故障電流突變相對較小，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，由此判斷線路上發生了高阻接地故障。

（2）在近故障側（A側）保護感受到的故障電流較大，故障發生后，保護裝置能夠立即啟動；而遠故障側（B側），保護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，故在故障發生后2340ms左右都未能啟動。

差動保護動作條件為裝置啟動、差流滿足且收到對側的允許信號。故障發生后，兩側差動電流可以很快達到差動動作定值，但是由于B側保護裝置未啟動，無法給A側發允許信號，故相差保護不能動作。

而針對高阻接地故障、可以不經對側允許信號動作的零序差動元件，需檢測到本側零序電壓（3U0）達到定值，隨后將跳閘令發到對側聯跳對側。但是對于本次故障，A側在故障發生后，保護裝置感受到的電壓沒有明顯的變化，故零差保護也未能動作。

直到B側零序電流達到零序II段的定值并經2.3s的延時后，B側零序過流II段動作跳開三相，同時將跳閘令發送至對側；對側結合差流條件，A相差流滿足動作條件，B側保護A相差動保護動作跳開A相，1s左右后重合于線路，此時故障沒有消失，故差動保護加速動作跳三相。

1.3結論

（1）發生高阻接地故障時往往可能會出現一側故障電流太小而無法啟動保護，對于此類零序弱饋的問題，差動保護多采用零序電壓變化量來強制弱饋側保護啟動，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，差動保護仍可能拒動，此時，由于系統故障電流總體水平很低，因此可以依靠長延時的零序后備段保護動作先切除一側開關，再由保護縱續動作切除另一側開關。

（2）整定時應注意零序保護的配合，尤其在后備保護不斷簡化的背景下[2-4]，防止在類似故障情況下主變或其它線路的零序保護提前動作，造成事故擴大。

2　誤短接電流回路造成零序反時限保護動作事故

2.1故障概況

某500kV線路為3/2接線方式，在一次邊開關檢修過程中，由中開關帶線路運行。工作人員在邊開關間隔執行安措時將B相電流回路短接，造成故障側在7225ms時刻主1零序反時限保護動作，跳開中開關三相，主2保護未動作；對側主1差動保護B相動作，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事故過程分析

（1）零序反時限保護動作過程分析。由于短接點的分流作用，故障側保護裝置感受到零序電流為0.21A，根據零序反時限保護的原理和相應定值，保護動作時間計算如下：

其中：Ip為零序反時限過流定值，設為0.08A；Tp為零序反時限時間定值，為1s。

上述計算的保護動作時間與保護裝置實際保護動作時間7225ms基本一致

（2）故障側差動保護未動作原因分析。差動保護動作條件為裝置啟動、差流滿足且收到對側的允許信號。雖然故障時刻B相電流減小，差動電流達到0.22A，超過差動定值（0.15A），但由于非故障側保護裝置的電流和電壓均無變化，故其保護未啟動，故障側無法收到“非故障側的差動保護動作允許信號”，因此，故障側差動保護無法動作。

（3）非故障側保護動作過程分析。故障側零序反時限保護動作并啟動三跳瞬間，同時將跳閘命令發給非故障側，非故障側保護啟動且B相差動元件動作。所以在故障側三跳后，非故障側側B相差動保護瞬時動作。

非故障側B相單跳后，由于故障側三相已跳開，線路無流，重合成功。

2.3結論

工作人員執行安措時誤將B相電流回路短接是造成本次事故的直接原因，故障過程中，一次系統實際上運行平穩，非故障側保護無法啟動，導致故障無法快速隔離，故障側可能對人身、設備造成威脅。因此，不僅要重視提高檢修工作人員技術技能水平，同時在二次回路上作業時，必須認真研究制定工作方案、分析驗證作業方法、充分進行風險評估，仔細核對現場接線、圖紙資料，確保方法正確，嚴防出現類似的不良后果。

3　某220kV變電站兩臺主變零序保護相繼動作事故

3.1事故概況

某220kV變電站內共有兩臺主變，其中#1主變中壓側中性點經間隙接地、#2主變中壓側中性點直接接地。某次區外110kV線路發生高阻接地且零序保護拒動期間，#2主變零序過流保護III段動作，跳開三側開關；隨后，#1主變零序電壓升高，造成#1主變零序過壓保護動作，跳開#1主變三側，隨著兩臺主變的停運，最后造成了較大面積的停電。

圖4　#1、2主變故障錄波

3.2事故過程分析

（1）0ms-4600ms。在區外線路發生高阻接地故障且其相關保護拒動期間，#2主變（中性點接地）出現明顯的零序電流，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，短路電流不穩定，多次變小，導致#2主變中壓側零序電流保護多次啟動、返回，未持續達到#2主變保護動作定值（0.45A，2.7S），故期間#2主變保護未動作。

（2）4600ms-7300ms。隨著接地故障的發展，#2主變零序電流一直大于零序保護電流定值0.45A，持續2700ms后，滿足動作條件，#2主變中壓側零序過流保護III段動作，跳開#2主變三側開關。

（3）7300ms-10700ms。#2主變跳閘前，系統中存在#2主變及共兩個接地點。#2主變跳閘后，故障仍然沒有被切除；由于其它變電站內仍有一臺主變接地，故系統存在零序電壓，但零序電壓幅值不高，約為50V，未達到#1主變變中零序過壓定值（180V）。

（4）10700ms-13200ms。10700ms時刻，接地的主變所外接的線路發生故障并跳閘，導致整個110kV系統成為不接地系統，因此#1主變零序電壓升高，峰值達到210V。但是線路高阻接地故障點不穩定，導致這段時間內#1主變零序電壓曾多次突然下降，不滿足零序過壓保護動作延時（1.2s），所以#1主變零序過壓保護未動作。

（5）13200ms—14500ms。隨著線路故障的發展，#1主變零序電壓持續高于零序過壓保護定值并滿足動作延時，#1主變零序過壓保護出口，最終導致變電站兩臺主變全停，110kV雙母線失壓。

3.3結論及改進建議

（1）區外線路發生高阻接地故障時保護拒動，是本次事故的根本原因，經檢查發現拒動的保護為1992年生產，1998年投產，設備老化嚴重；同時檢查發現零序過流III段的時間繼電器動作值和整定值存在很大誤差：整定值為2.1s，實際動作時間為3s，與#2主變零序保護動作時間（2.7s）失配，擴大了事故影響范圍；

（2）本次事故過程中，由于接地的主變跳閘后，另一臺主變所相關的系統成為不接地系統，并造成零序過壓保護動作，最終造成較大范圍的不良影響。而根據規程，220kV廠站宜按一臺變壓器中性點直接接地運行。

結合本次事故，在保證零序阻抗相對穩定的前提下，為避免110kV系統成為不接地系統運行時再發生故障對一次設備造成損傷，建議考慮在220kV變電站有兩臺及以上主變運行時，正常兩臺主變中性點直接接地且運行于不同段母線，母聯正常合環運行。在短路電流嚴重超標的地區，正常運行時斷開110kV母聯開關，母線分列運行，采用母聯備自投，每段母線上安排一臺變壓器中性點直接接地運行；在完成增加母聯備自投前，110kV母線并列運行時，應只將一臺變壓器中性點直接接地運行，當該變壓器接地中性點失去時，運行人員應盡快操作將，另一臺中性點不接地變壓器改為直接接地，盡可能縮短中性點不接地系統的運行時間。

4　結語

目前，隨著保護技術的發展，保護原理越來越成熟，保護裝置越來越可靠，而隨著管理的規范化、作業的標準化，對裝置以及現場作業的風險控制能力也越來越強，很多運行維護單位和調管機構對此提出了“加強主保護，合理簡化后備保護”。

然而，通過本文介紹的幾起事故便可以發現，在很多情況下，主保護限于某些原因，往往未能啟動，無法快速切除故障，這時只能依靠后備保護隔離故障點，保證人身、電網和設備的安全；同時，如果忽視后備保護的運行維護，同樣可能造成災難性的后果；另外，電網結構的合理性、一次設備的性能，與保護的設置、定值的整定等密切相關，應引起繼電保護人員的高度重視。

參考文獻：

[1]全國電力系統繼電保護標準化技術委員會 .DL/T559-2007220kV-750kV電網繼電保護裝置運行整定規程[S].北京：中國電力出版社，2002.

National Standardization Technical Committees of Power System Protection.DL/T559-2007Setting guide for 220kV-750kV power system protections.Beijing ：China Electric Power Press，2007.

[2]廖曉玉，張太升，杜凌，等.繼電保護整定計算的簡化[J].繼電器，2003（08）：67-71.

LIAO Xiao-yu，ZHANG Tai-sheng，DU Ling，et al.Simplify calculation of line protection settings，Relay，2003（08）：67-71.

[3]陳祥文，柳煥.超高壓線路簡化整定計算的原則和方法[J]，繼電器，2004（02）：11-14.

CHEN Xiang-wen，LIU Huan-zhang.Rules and methods for simplifying setting calculation of protections of extra-high voltage transmission line，Relay，2004（02）：11-14.

[4]王建勛，馬麗紅.吉林電網繼電保護整定計算簡化的探討[J].吉林電力，2010（05）：12-15.

WANG Jian-xun，MA Li-hong.Discussions on Simplification of Power Relay Protection Setting for Jilin Power Grid，Jilin Electric Power，2010（05）：12-15.