220 kV线路故障引起110 kV系统保护异常动作的研究分析

薛 峰 ，谢夏寅 ，孙徐龙 ，周 瑾，童勤毅

（1.苏州供电公司，江苏苏州 215004；2.吴江供电公司，江苏吴江 215200）

分析了强电源附近的220 kV馈供线路发生单相接地故障后，较高的零序电压引起所供110 kV系统主变中性点间隙击穿后又造成110 kV线路距离保护异常动作的原因。并提出对于强电源附近的馈供线路发生接地故障时抑制零序电压的建议和防止相关保护不正确动作的措施。

线路故障；中性点间隙；击穿；保护动作

1 故障

2009年4月9日，苏州地区500 kV吴江变馈供220 kV松陵变的2527吴松线发生C相金属性单相接地故障，事故造成松陵变110 kV系统1903庄吴线所供鲈乡变2号主变及垂虹变2号主变中性点间隙击穿，1903庄吴线B相接地距离I段动作，开关跳闸。同一时刻1925中山线所供中山变1号主变中性点间隙也击穿。

2 间隙击穿分析

（1）故障前系统运行方式如图1所示。

（2）系统相关参数如图1标注。标幺值基准容量SB=1 000 MV·A，计算中忽略线路及主变的电阻分量，不计负荷电流[1，2]。

（3） 2527 吴松线故障发生时，在B2，B3，B4主变间隙未击穿时的正序、负序、零序网络图，如图1所示。

（4） 2527 吴松线故障发生时，在B2，B3，B4主变间隙未击穿时的复合序网图，如图2所示。

图2 B2和B3主变间隙未击穿时的复合序网

则：

由零序网络图可知此时B2，B3，B4主变的中性点间隙所承受的零序电压为：

由计算可得B2，B3，B4主变中性点零序电压可达1.392倍相电压，按平均基准电压115/kV计算，有名值为92.42 kV。

根据不同变压器中性点的绝缘水平不同，110 kV主变中性点放电间隙距离一般为12～15 cm，工频击穿电压在60～75 kV。现实际承受电压为92.42 kV，故B2，B3，B4主变中性点放电间隙均击穿。从录波图显示，3台主变的中性点间隙在220 kV线路故障发生的同一时刻击穿。

3 保护异常动作分析

（1）B2，B3主变间隙击穿后的零序网络图如图3所示。 为保护安装处零序电压，=0.971∠116.9o为保护安装处零序电流。

图3 B2和B3主变间隙击穿后的零序网络图

（2）间隙击穿后的复合序网，如图4所示。

图4 B2和B3主变间隙击穿后的复合序网

图中：Z0Σ= （ZS0+Z'L10）//（Z''L10+Z''B10+ZBlu0）//（Z''B10+（ZL30+ZB40）//（ZL20+ZB30//（Z'L20+ZB30）=j0.259

计算故障点零序电流I˙k0得：

（3） 计算保护安装处 B 相电压U˙mb，得：

保护安装处电流电压相量图，如图5所示。

（4）计算接地距离保护测量阻抗Zm。

图5 1903庄吴线保护安装处电压电流相量图

二次有名值：

（5）阻抗元件动作行为分析。

1903庄吴线保护配PSL621C线路保护，主要为三段式距离及零序保护。距离保护采用多边形特性，特性如图6所示粗黑实线，折线cod为阻抗元件的方向线，ae边下倾12o。

1903庄吴线接地距离电阻定值RZD=7 Ω （二次值）；接地距离 I段定值ZZD=2.51 Ω（二次值）；线路阻抗角 φZD=70o（∠aod）；电流互感器变比 600/5；电压互感器变比110/0.1。

将测量阻抗Zm标注在接地距离保护特性图中，如图6所示。

由图可得：∠aoe=180o-70o-12o=98o

图6 接地距离保护特性图

4 结束语

（1）在强电源附近的馈供线路发生接地故障后，故障点零序电压将偏高，特别是强电源长线路馈供，故障点远离电源中性点时零序电压上升幅度较大，理论分析最高可达9/5的相电压值。针对该种问题，应考虑在馈供系统中采取抑制零序电压的措施[3，4]，譬如本案应降低松陵变220 kV主变零序励磁阻抗（ZBlu0）来限制零序电压，松陵变该主变器实为三相五柱式三星型无平衡绕组的自耦变压器，故零序励磁阻抗较高[5，6]，若采用三相三柱式变压器将有效降低零序励磁阻抗，从而限制零序电压，同时增加平衡绕组也可以在一定程度上限制零序电压。这样就可以减小过高的零序电压对110 kV系统的影响。

（2）对于110 kV接地距离保护的异常动作，可考虑采取适当减小接地距离电阻定值RZD的方法来避免；也可考虑增设相电流判据或零序功率方向判据来避免接地距离保护不必要的动作，这对提高供电可靠性是有意义的。

[1]崔家佩，孟庆炎，陈永芳，等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京：中国电力出版社，2001.

[2]刘万顺.电力系统故障分析[M].北京：水利电力出版社，1986.

[3]王梅义.电网继电保护应用[M].北京：中国电力出版社，1999.

[4]王梅义.高压电网继电保护运行与设计[M].北京：中国电力出版社，2007.

[5]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].北京：中国电力出版社，1995.

[6]江苏省电力公司.电力系统继电保护原理与实用技术[M].北京：中国电力出版社，2006.