對2 條線路相繼跳閘的保護配置分析

劉 明，伏祥運，盧 笛，莊海龍，張志福

(連云港供電公司，江蘇 連云港 222004)

單相接地是110 kV 及以下電壓等級線路經常發生的故障，單相接地后接地點的零序電壓升至最高，零序電流也隨著距離短路點的遠近而大小變化[1，2]。發生永久性單相接地短路時，保護應該快速可靠而有選擇性地切除故障點，縮小停電范圍，在實際電網中，由于電源點的增加和電網規模的不斷加大，線路保護之間的配合會出現失去選擇性的問題，保護整定部門和電網生產現場也在根據問題逐步改善現有的保護配置。

1 一起非典型故障的分析

1.1 系統模型及簡介

220 kV 佟圩變系統接線如圖1 所示。其220 kV和110 kV 側均為雙母線接線方式，為了便于分析，圖中將110 kV 側簡化為單母線分段接線方式，35 kV側為單母線接線方式；佟圩變為單變運行的變電站，主變容量180 MV·A，主變為自耦變壓器帶平衡繞組，這樣可以保證高次諧波的通道，使得感應電動勢的波形不會發生畸變，從而提高變壓器帶不平衡負載的能力，穩定中性點電壓，提高電能質量。

佟圩變所配置的保護有主變的主保護配置差動I套和差動II 套，其中電流互感器斷線閉鎖差動保護，本體重瓦斯投跳閘，本體輕瓦斯、壓力釋放、油溫高、本體油位異常、風冷消失投信號，后備保護配置高壓側復壓過流保護、零序方向保護，中壓側復壓過流和零序過流保護，低壓側復壓過流保護以及失靈保護；110 kV 線路配置三段接地距離保護、三段相間距離保護、四段零序過流保護，線路測量方向指向線路，重合閘投入。

1.2 發生事故

圖1 佟圩變系統接線圖

如圖1 所示，佟圩變佟西767 開關保護測距0 km，佟西767 線路2～3 號桿有吊車碰線，造成C 相導線斷股，發生永久性單相接地，重合不成功；同一時間內，晨興電廠銀圩761 開關跳閘，保護屏上零序保護、差動保護和距離保護均有信息打出，2 號機組解列。經過現場檢查確認并查閱故障信息得知保護具體動作情況如表1 所示。

表1 保護動作情況

1.3 保護配置及動作情況

佟西767 線路C 相接地故障時零序電流在網絡中的流向如圖2 所示。佟圩變自耦變壓器接地，佟西線所供的西墅變主變中性點不接地，晨興電廠2 號主變接地，因此零序電流流向佟圩變主變和晨興電廠2 號變壓器，接地點零序電壓最高，實際的零序電流方向為由故障點流向接地點，而零序電流的正方向規定為母線流向線路，與零序電流的實際方向相反，在多電源系統中保護裝置會根據零序電流的正方向而有選擇性地動作，系統中單相接地發生在佟西線出口側，零序電流正方向由母線流向線路，應該由佟圩變佟西767 開關保護動作切除故障。

圖2 零序電流分布圖

佟西 767 開關采用的保護裝置為許繼WXH-811A，用于110 kV 線路的主保護和后備保護中，其四段零序保護和三段接地距離保護均投入，零序I 段電流定值整定為9000/75 A，動作時限0 s，零序II段電流定值整定為1800/15 A，動作時限0.5 s。晨興電廠銀圩761 開關采用的保護裝置為南瑞繼保RCS-9611C，用于110 kV 以下電壓等級的非直接接地系統或小電阻接地系統線路的電流保護中，在連云港地區正常用作10 kV 線路的保護裝置，其零序I 段電流定值整定為12 A，動作時限0 s，零序II 段電流定值整定為2 A,動作時限0.2 s。

1.4 事故及保護動作分析

分析表1 中的保護動作情況可以看出，晨興電廠銀圩761 開關零序II 段保護先動作，1076 ms 后佟圩變佟西767 開關零序II 段保護動作；故障點在佟西767 線路2～3 號桿，應該由佟西767 開關零序I 段保護或接地距離I 段保護動作瞬時切除故障點，而零序I段和接地距離I 段保護并未啟動出口；另外晨興電廠告知銀圩761 開關保護的方向為由線路指向母線，按照規定的方向，銀圩761 開關保護不應該動作跳閘，它卻啟動出口了；帶著疑問通過保護整定方案和定值單來查找原因。

1.4.1 零序I 段保護未出口原因分析

被保護線路較短時運行方式對零序保護范圍的影響如圖3 所示。I為最大運行方式時零序I 段的保護范圍，II為最小運行方式時零序I 段的保護范圍。

圖3 運行方式對零序保護范圍的影響

零序保護按照系統最大運行方式進行整定，由于系統中接地點的數量和位置在不斷變化，它受系統運行方式的影響很大，佟西線全長7.2 km，對于這樣的短線路來說，零序I 段保護的范圍會變得更小，系統運行方式的變化導致了零序I 段保護范圍為零的情況，所以佟西767 線路零序I 段保護未出口。

1.4.2 接地距離I 段保護未出口原因分析

接地距離保護測量的是故障點至保護裝置處的阻抗，它受系統運行方式的影響很小，保護范圍較穩定。當導線通過樹木、吊車或其他物體對地發生短路時，過渡電阻較大，可達到幾十歐姆；故障點離保護裝置越近，保護整定的數值越小，則過渡電阻的影響就會越大，阻抗繼電器的動作特性受過渡電阻的影響也較大。過渡電阻與阻抗關系如圖4 所示。Rg即為接地短路時的過渡電阻，767 保護裝置的測量阻抗Zm.A等于Rg。

圖4 過渡電阻與阻抗關系

佟西767 開關保護裝置WXH-811A 使用的為偏移阻抗繼電器，佟西767 線路C 相經吊車接地時，為非金屬性接地，過渡電阻較大，另外接地距離I 段定值為1.14/0.12 Ω，數值較小，受過渡電阻的影響會更大，如圖5 所示。短路點離保護裝置很近，過渡電阻很容易就超出距離保護的范圍，這就是接地距離I 段未啟動出口的原因。

1.4.3 零序II 段保護出口原因分析

圖5 過渡電阻對接地距離保護影響的分析

2 改進措施

2.1 升級保護裝置

晨興電廠所用的保護裝置RCS-9611C 常用于連云港地區35 kV，10 kV 線路中，不能滿足110 kV 線路的保護配合要求，由于它不判別零序電流的方向即行動作，會造成保護動作失去可靠性，升級晨興電廠側的保護裝置可以解決這一問題。

2.2 零序保護定值自適應

由于零序保護定值是按系統最大運行方式整定的，在其他運行情況下保護的范圍要縮小，如果能夠給保護裝置整定N 套定值，實時監測電力系統運行中的有關參數，并在發生故障瞬間快速獲得故障類型以及系統阻抗，按照條件切換至適應于現有運行方式的整定值，再與實際零序電流進行比較，以確定保護是否應該動作于跳閘[3]。

2.3 減小過渡電阻的影響

如果佟圩變佟西767 開關的接地距離I 段采用不同特性的阻抗元件，其整定值都一樣的時候，全阻抗繼電器在+R 軸所占的面積較大，則受過渡電阻的影響越小，因此可以采用全阻抗繼電器的保護裝置；還可以采用多邊形動作特性、圓與四邊形組合動作特性的阻抗元件，均可有效減小不同情況下過渡電阻對保護裝置的影響。

3 結束語

通過深入分析連云港地區一起典型的接地故障，非典型的保護動作情況，發現了電網中現有保護配置所存在的問題，研究分析了問題產生的原因，并給出了解決方法。

[1]張自偉，李加慶，夏偉偉.一起10 kV 出線保護跳閘分析與探討[J].江蘇電機工程，2012，31(4)：18-20.

[2]張 磊.一起由于10 kV 線路拒動引起主變越級跳閘的事故分析[J].江蘇電機工程，2012，31(2)：16-17.

[3]賀家李，宋從矩.電力系統繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，2010：13-17.