110kV線路單相經過渡電阻接地故障實例分析

摘要：根據電力系統運行經驗，線路發生接地故障時，大都不是瞬間金屬性接地，而是在接地點存在過渡電阻。過渡電阻的存在，尤其是大的過渡電阻，往往會影響到保護裝置的性能，造成保護的誤動和拒動。此時保護的方式配合顯得尤為重要。現就一起電網中發生110kV線路單相經過渡電阻接地故障實例進行分析，提出了問題和解決方案，希望能夠為電力系統同類型工作提供參考。

關鍵詞：線路單相 過渡電阻 接地故障

中圖分類號：TM773 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）07（c）-0000-00

當前電網規模越來越龐大，為保證電力的可靠供應，電網結構也日趨復雜，在不斷提高電網運行可靠性的同時，也給電網繼電保護帶來了新的課題。電力系統對繼電保護的基本要求是：可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。其中可靠性是指保護該動作時應可靠動作，不該動作時應可靠不動作，是對繼電保護性能的最根本要求；選擇性是指首先由故障設備或線路本身的保護切除故障，當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備保護、線路保護或斷路器失靈保護切除故障；繼電保護的誤動和拒動都會給電力系統造成嚴重危害。下面將結合實例進行分析。

1故障基本情況

1.1系統運行方式

某220kV站110kV系統為雙母線并聯運行，2#主變110kV側中性點直接接地；110kV133#線路運行于該站110kVII段母線，處于空載運行；110kVNH站、CJ站通過該220kV站110kVI段母線形成單側電源環網供電。此環網運行方式的考慮因素是，當B、C、D線路中任一線路發生故障時，不造成110kVNH站和110kVCJ站任一變電站停電。如圖1所示。

圖1 系統結構圖

1.2相關保護配置情況

133開關采用為南瑞繼保股份有限公司的RCS-941D型線路保護裝置，配置三段式接地和相間距離保護，四段方向零序過流保護等；方向零序過流I段保護未投，重合閘啟用。

134#、151#開關采用深圳南瑞科技有限公司的PRS-753D型線路保護，配置光纖分相縱差保護、三段式接地和相間距離保護，四段方向零序過流保護等；方向零序過流I段保護未投，重合閘停用。

135#、112#開關采用北京四方繼保自動化股份有限公司的CSC-163A型線路保護，配置光纖分相縱差保護、三段式接地和相間距離保護，四段方向零序過流保護等；方向零序過流I段、II段保護未投，重合閘停用。

1.3故障原因

某日中午12點40左右，因一市政施工單位在電力線路附近施工時，現場安全措施及監督管理不到位，其吊車臂誤觸正在運行的110kV A線路（圖中K處，線路接地點實際位置距220kV站2.8kM左右），造成線路C相對吊車臂放電，最終形成單相接地。

2保護裝置動作情況

2.1 220kV站133#開關保護裝置動作信息

12時44分39秒647毫秒保護裝置啟動

相對時間763毫秒零序過流II段保護動作

故障測距結果：45.8kM

故障相別：CN

故障相電流值：33.86 A

故障零序電流：33.83 A

12時44分42秒544毫秒重合閘動作

相對時間192毫秒零序加速動作

相對時間221毫秒距離加速動作

故障測距結果：2.8kM

故障相別：CN

故障相電流值：33.50 A

故障零序電流：33.46 A

2.2 110kV南河站151#開關保護裝置動作信息

12時41分24秒738毫秒保護裝置啟動

相對時間425毫秒零序過流II段保護動作

故障零序電流：2.98 A

由于不同變電站的同步時鐘差異，兩站保護動作的絕對時間并不完全吻合。

3保護動作行為分析

因故障非常清楚且單一，此處不再作故障分析，主要分析保護動作情況。

3.1 133#開關保護動作分析

133#開關保護裝置首先由方向零序過流II段保護動作跳閘，并重合成功，然后由零序、距離保護加速動作，再次跳閘。具體分析如下。

因133#開關出線為空載運行，當線路發生C相接地故障時，故障電流非常明顯，而C相電壓變化較小，從錄波圖上看到，零序電流超前零序電壓約100度左右（該保護未加補償阻抗，波形相位與實際一致）。且保護測距為45.8kM，與實際接地點相差巨大，可看出線路并非瞬間金屬性接地，而是經過渡電阻接地。接地距離保護未啟動，同時方向零序過流I段未投，所以由方向零序過流II段動作。

重合于故障線路后加速啟動時，故障測距為2.8kM，與實際故障點距離相符，此時線路故障已經呈現為金屬性接地，故零序、距離保護均加速動作跳閘。

3.2 151#開關保護動作分析

151#開關保護裝置由方向零序過流II段保護動作跳閘，具體分析如下。

圖2 保護裝置故障錄波

由圖2可見，受到電源側220kV站110kVA線路單相接地故障的影響，151#開關出現了三相電流電壓不平衡的情況，具體表現為：A、B相電流電壓穩定無變化，C相電流、電壓同時降低，從而產生了零序電流和零序電壓。根據圖示錄波分析，三相不平衡所產生的零序電流電壓相位剛好滿足零序過流正方向判據（180°

4 問題原因及解決方案

在這次事故中，131#開關保護正確動作，但未達到速動性要求，而151#開關保護動作則存在選擇性失誤。主要原因在以下方面。

（1）133#開關保護受過渡電阻影響，未能瞬時動作，本地電網對方向零序電流保護的整定原則是：由于接地距離保護的采用，方向零序電流保護的作用已明顯弱化，方向零序電流I段保護范圍短，適應系統運行方式變化的能力差，在電網發生連續故障時，還可能由于網架的變化而導致誤動。其保護功能完全可以由允許較大接地電阻的接地距離保護I段替代。因此，本電網110kV線路所配置的方向零序電流I段、零序不靈敏I段都停用。

但在經過渡電阻接地短路的情況下，對接地距離保護會造成如下影響：

1）過渡電阻的存在使繼電器的測量阻抗增大，保護范圍縮短；

2）保護裝置距短路點越近，受過渡電阻影響越大，有可能導致保護無選擇性動作；

3）整定值越小，受過渡電阻的影響越大。

此次事故中，在133#開關保護第一次啟動時，接地距離I段（整定阻抗0.28Ω，動作時限0S）未能動作（A線路全長7.431kM，接地故障點距離保護安裝處2.8kM，在接地距離I段保護范圍內），明顯受到了過渡電阻的影響。致使故障未能瞬時切除。在由方向零序過流II段保護啟動跳閘時，因動作時限問題，造成151#開關先于故障線路開關跳閘。

（2）151#保護未能躲開三相不平衡電流影響，在上述小環網運行方式下，當220kV站發生其它110kV出線單相接地故障時，環內的開關必然出現三相不平衡的情況。根據以上分析，三相不平衡所產生的零序電流電壓相位關系很有可能滿足與151#、112#開關零序過流正方向判據，而不平衡電流的水平則與負荷水平有關，即負荷電流越大，不平衡電流越大，電流值很容易超過其方向零序過流II段定值（151#開關方向零序過流II段定值為2.7A，112#開關方向零序過流II段定值僅為1.3A，但本次112#開關方向零序過流II段未投），如果故障線路保護不能瞬時動作跳閘，則很容易造成環內開關誤動作跳閘。

（3）解決方案：1）從此次事故來看，接地距離保護I段覆蓋較大接地電阻的效果并不理想，尚無法完全替代方向零序電流I段保護，可對未配備縱聯全線速動保護的110kV線路啟用方向零序電流I段，以增強快速切除單相經過渡電阻接地故障的能力；2）當合環運行時，按方向（母線指向線路）排列，151#開關處于末端，其保護范圍僅限于B線路。鑒于151#開關具備光纖電流縱差全線速動保護，并且具備三段式相間、接地距離保護，方向零序過流II段的保護作用意義不大，可將方向零序過流II段保護停用（環網內同樣情況的112#開關已停用），以避免在類似情況下發生誤動作。

參考文獻

[1]張保會，尹項根.電力系統繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]RCS-941系列高壓輸電線路成套保護裝置技術說明書[Z].南京南瑞繼保電氣有限公司，2013.

[3]《PRS-753D光纖分相縱差成套保護裝置技術說明書[Z].深圳南瑞科技有限公司，2005.