一起罕見的主變后備保護動作事件分析及探討

陳希

摘 要：文章從一起罕見的保護動作事件出發，較深入地分析其動作過程及原因，發現其動作與電容電流不熄弧有關，并舉一反三，提出改進措施，為提高電網運行的安全性與可靠性提供借鑒。

關鍵詞：變電站；后備保護；小電流接地系統；電容電流；事故分析

1 事故概述

2014年4月29日，我市某110kV線路（文中簡稱D線）發生單相瞬時性故障，系統電源側某站（文中簡稱A站）線路保護距離、零序I段均動作并檢無壓重合成功。負荷側某站（文中簡稱B站）主變高后備動作，跳三側，線路保護未動作，B站備自投檢測到母線無壓后，合F線，形成C站至A站的電磁環網。

2 故障前運行方式

B站由D線供電，F線為備用電源，在B站開環，B站投入110kV備自投。

3 動作行為分析

3.1 A站D線動作分析

D線線路發生瞬時性接地故障，A站110kV側主變中性點接地，反應出明顯的接地故障電流，故翁江側保護動作為正確動作。

3.2 B站D線動作分析

由于考慮到直流偏磁對主變的影響，B站主變中性點為不接地運行方式，當D線發生故障后，在B主變與線路間并不能形成零序網絡，零序電流不能流通，反應線路接地故障的距離、零序保護均無故障量，故線路保護正常不動作。

3.3 B站主變動作分析

D線發生接地故障時，A站側保護跳閘后，因B站110kV為不接地系統，應無故障電流，故障立即消失。正常情況下，B站線路、主變保護均無需動作，可通過A站D線重合閘恢復供電。

錄波圖顯示：D線B相持續存在微小的故障電流，經分析此故障電流僅為電容電流，由于B站小電源作用維持D線線路一定電壓，D線維持弧光接地，因此，B站保護能反應的故障量僅為主變中性點的零序過電壓保護，110kV系統中性點零序電壓有效值達到200V，且持續存在，導致官渡站主變110kV中性點零序過壓保護動作，跳開主變三側開關。

4 小電流接地系統故障電流分析

因電容電流不熄弧導致主變后備保護跳閘，在韶關電網為首例，檢索相關科技文獻亦未找到類似案例。

根據《電力系統設計手冊一次部分》，小電流接地系統發生單相接地時，架空線路電容電流估算方法：

有架空地線金屬桿塔：Ic=1.1×3.3×U×L/1000（A）；

其中U為額定線電壓（kV）；L為線路長度（kM）；1.1為系數

B站D線線路長度8.876km，G線全長20.633km，B站110kV系統中性點不接地，不接地系統在單相接地后，故障電流為線路電容電流之和。

故流過線路故障點電容電流估算值為：

Ic=1.1×3.3×110×（8.876+20.633）/1000=11.783A

結合錄波圖，線路故障點實際流過電容電流為：0.1152×120=13.824A，考慮到實際架空線路有混搭水泥桿桿塔架設可能，故實際故障點電容電流略大于計算值。本次故障，由于無110kV系統接地相關電容電流數據可借鑒，故參考10kV單相接地電容電流數據，規范《過電壓及絕緣配合》，在3～66kV線路，若接地電容電流大于10A，則需在中性點加消弧線圈補償入地電容電流，達到故障點熄弧目的。顯然，此次故障故障點電容電流大于10A，且110kV主變中性點未裝設消弧線圈，故不能自動熄弧。

5 建議

綜合上述分析，本次線路故障，各保護均為正確動作，但從一次系統考慮，此次故障造成了B站主變后備跳閘，不利于110kV線路重合閘、備自投恢復供電，對系統可靠性供電產生了一定的影響。

為避免類似事故的再次發生，作者提出以下建議：

（1）若輸電線路綜合長度大于12.5km，需要整改。若110kV變電站不接地且有小水電上網，110kV線路單相接地電源側開關跳開后，考慮充分的裕度，線路自動熄弧的電容電流取5A，根據線路接地電容電流計算公式可推算出在該電流下綜合線路長度約為12.5km（包括該站其他110kV熱備用出線），若該站綜合線路綜合長度小于12.5km，可不采取整改措施。若線路綜合長度大于12.5km，可將該站接地方式改為中性點接地方式。

（2）加裝中性點加消弧線圈補償入地電容電流，達到故障點熄弧目的。

（3）線路配備光纖差動保護，更好地反應故障電流，保證線路切除故障而非通過主變保護動作。故障線路D配備的是長園南瑞的ISA-311G線路保護，故障時零序保護投入，零序過流I段定值11.17A（一次值6700）；零序過流II段定值3A（一次值1800），0.4s；零序過流III段定值1.83A（一次值1100），1.2s；零序過流IV段定值0.46A（一次值280），1.5s；零序過流加速定值1A。這些一次值根據韶關電網零序電網計算所得經驗值。這次事故中，A線路A相電流0.03A，B相電流0.15A，C相電流0.02A，未達到保護的整定值，保護未動作。因此，可以考慮線路配備光纖差動保護，合理整定起動元件定值，從而避免此類事故再次發生。

（4）若110kV變電站不接地，但該站后面串供有110kV中性點接地變電站時，可不采取整改措施。

參考文獻

[1]何仰贊，溫增銀.電力系統分析（下冊）（第三版）[M].華中科技大學出版社，2002.

[2]姚春球，楊盤興，陳小虎.發電廠電氣部分[M].中國電力出版社，2007.

[3]張保會，尹項根.電力系統繼電保護[M].中國電力出版社，2005.

[4]深圳南瑞科技有限公司.ISA-300變電站綜合自動化系統技術使用說明書Ver3.11（修訂版）[S].