几起零序过流保护动作事故分析及改进措施探讨

江志波，何润华

（中国南方电网超高压输电公司广州局，广州　510663）

几起零序过流保护动作事故分析及改进措施探讨

江志波，何润华

（中国南方电网超高压输电公司广州局，广州510663）

摘要：随着继电保护技术的发展，主保护不断强化，后备保护逐渐简化，但在很多特殊情况下，主保护往往未能启动，无法快速切除故障，只能依靠后备保护隔离故障来保证人身、电网和设备的安全，对此，本文介绍了几起典型的零序过流保护动作事故，通过分析故障过程、探讨暴露的问题，指出在加强主保护、合理简化后备保护的同时，仍必须重视后备保护的运行维护，以及电网结构的合理性和一次设备的性能。

关键词：主保护；后备保护；零序过流保护；重要性

0　引言

如果配备了完善的接地距离保护，零序过流保护作为接地距离保护的补充，仅用作切除高电阻接地故障[1]；或是在主保护或断路器拒动等情况下，负责切除故障。但在某些情况下，系统的稳定和设备的安全都有可能受到影响，本文便根据运行中零序过流保护动作的几起典型案例，如山火、人为责任、保护拒动等原因引起零序过流保护动作，对事故过程、暴露的问题进行了分析和探讨。

1　山火引起零序过流保护动作事故

1.1事故过程简介

图1、图2为某500kV线路A相因山火引起高阻接地故障时的两侧录波，其中A侧零序II段保护动作，直接三跳；B侧差A相动保护动作，单跳A相，重合不成功三跳。

图1　A侧故障录波

图2　B侧故障录波

1.2事故过程分析

（1）根据两侧录波，故障时故障电流突变相对较小，故障后故障电流逐渐变大，故障相电压超前电流的角度较小，由此判断线路上发生了高阻接地故障。

（2）在近故障侧（A侧）保护感受到的故障电流较大，故障发生后，保护装置能够立即启动；而远故障侧（B侧），保护装置感受到的零序电流（0.04A左右）和电流变化量均小于装置整定定值，故在故障发生后2340ms左右都未能启动。

差动保护动作条件为装置启动、差流满足且收到对侧的允许信号。故障发生后，两侧差动电流可以很快达到差动动作定值，但是由于B侧保护装置未启动，无法给A侧发允许信号，故相差保护不能动作。

而针对高阻接地故障、可以不经对侧允许信号动作的零序差动元件，需检测到本侧零序电压（3U0）达到定值，随后将跳闸令发到对侧联跳对侧。但是对于本次故障，A侧在故障发生后，保护装置感受到的电压没有明显的变化，故零差保护也未能动作。

直到B侧零序电流达到零序II段的定值并经2.3s的延时后，B侧零序过流II段动作跳开三相，同时将跳闸令发送至对侧；对侧结合差流条件，A相差流满足动作条件，B侧保护A相差动保护动作跳开A相，1s左右后重合于线路，此时故障没有消失，故差动保护加速动作跳三相。

1.3结论

（1）发生高阻接地故障时往往可能会出现一侧故障电流太小而无法启动保护，对于此类零序弱馈的问题，差动保护多采用零序电压变化量来强制弱馈侧保护启动，这种方法可以解决大部分的高阻接地故障。但在如本次故障的极端情况下，零序电流和零序电压均很小，差动保护仍可能拒动，此时，由于系统故障电流总体水平很低，因此可以依靠长延时的零序后备段保护动作先切除一侧开关，再由保护纵续动作切除另一侧开关。

（2）整定时应注意零序保护的配合，尤其在后备保护不断简化的背景下[2-4]，防止在类似故障情况下主变或其它线路的零序保护提前动作，造成事故扩大。

2　误短接电流回路造成零序反时限保护动作事故

2.1故障概况

某500kV线路为3/2接线方式，在一次边开关检修过程中，由中开关带线路运行。工作人员在边开关间隔执行安措时将B相电流回路短接，造成故障侧在7225ms时刻主1零序反时限保护动作，跳开中开关三相，主2保护未动作；对侧主1差动保护B相动作，单跳单重成功。

工作中误接线示意图如下：

图3误接线示意图

2.2事故过程分析

（1）零序反时限保护动作过程分析。由于短接点的分流作用，故障侧保护装置感受到零序电流为0.21A，根据零序反时限保护的原理和相应定值，保护动作时间计算如下：

其中：Ip为零序反时限过流定值，设为0.08A；Tp为零序反时限时间定值，为1s。

上述计算的保护动作时间与保护装置实际保护动作时间7225ms基本一致

（2）故障侧差动保护未动作原因分析。差动保护动作条件为装置启动、差流满足且收到对侧的允许信号。虽然故障时刻B相电流减小，差动电流达到0.22A，超过差动定值（0.15A），但由于非故障侧保护装置的电流和电压均无变化，故其保护未启动，故障侧无法收到“非故障侧的差动保护动作允许信号”，因此，故障侧差动保护无法动作。

（3）非故障侧保护动作过程分析。故障侧零序反时限保护动作并启动三跳瞬间，同时将跳闸命令发给非故障侧，非故障侧保护启动且B相差动元件动作。所以在故障侧三跳后，非故障侧侧B相差动保护瞬时动作。

非故障侧B相单跳后，由于故障侧三相已跳开，线路无流，重合成功。

2.3结论

工作人员执行安措时误将B相电流回路短接是造成本次事故的直接原因，故障过程中，一次系统实际上运行平稳，非故障侧保护无法启动，导致故障无法快速隔离，故障侧可能对人身、设备造成威胁。因此，不仅要重视提高检修工作人员技术技能水平，同时在二次回路上作业时，必须认真研究制定工作方案、分析验证作业方法、充分进行风险评估，仔细核对现场接线、图纸资料，确保方法正确，严防出现类似的不良后果。

3　某220kV变电站两台主变零序保护相继动作事故

3.1事故概况

某220kV变电站内共有两台主变，其中#1主变中压侧中性点经间隙接地、#2主变中压侧中性点直接接地。某次区外110kV线路发生高阻接地且零序保护拒动期间，#2主变零序过流保护III段动作，跳开三侧开关；随后，#1主变零序电压升高，造成#1主变零序过压保护动作，跳开#1主变三侧，随着两台主变的停运，最后造成了较大面积的停电。

图4　#1、2主变故障录波

3.2事故过程分析

（1）0ms-4600ms。在区外线路发生高阻接地故障且其相关保护拒动期间，#2主变（中性点接地）出现明显的零序电流，零序电流在约0.15A到0.45A之间变化，但由于是高阻接地故障，短路电流不稳定，多次变小，导致#2主变中压侧零序电流保护多次启动、返回，未持续达到#2主变保护动作定值（0.45A，2.7S），故期间#2主变保护未动作。

（2）4600ms-7300ms。随着接地故障的发展，#2主变零序电流一直大于零序保护电流定值0.45A，持续2700ms后，满足动作条件，#2主变中压侧零序过流保护III段动作，跳开#2主变三侧开关。

（3）7300ms-10700ms。#2主变跳闸前，系统中存在#2主变及共两个接地点。#2主变跳闸后，故障仍然没有被切除；由于其它变电站内仍有一台主变接地，故系统存在零序电压，但零序电压幅值不高，约为50V，未达到#1主变变中零序过压定值（180V）。

（4）10700ms-13200ms。10700ms时刻，接地的主变所外接的线路发生故障并跳闸，导致整个110kV系统成为不接地系统，因此#1主变零序电压升高，峰值达到210V。但是线路高阻接地故障点不稳定，导致这段时间内#1主变零序电压曾多次突然下降，不满足零序过压保护动作延时（1.2s），所以#1主变零序过压保护未动作。

（5）13200ms—14500ms。随着线路故障的发展，#1主变零序电压持续高于零序过压保护定值并满足动作延时，#1主变零序过压保护出口，最终导致变电站两台主变全停，110kV双母线失压。

3.3结论及改进建议

（1）区外线路发生高阻接地故障时保护拒动，是本次事故的根本原因，经检查发现拒动的保护为1992年生产，1998年投产，设备老化严重；同时检查发现零序过流III段的时间继电器动作值和整定值存在很大误差：整定值为2.1s，实际动作时间为3s，与#2主变零序保护动作时间（2.7s）失配，扩大了事故影响范围；

（2）本次事故过程中，由于接地的主变跳闸后，另一台主变所相关的系统成为不接地系统，并造成零序过压保护动作，最终造成较大范围的不良影响。而根据规程，220kV厂站宜按一台变压器中性点直接接地运行。

结合本次事故，在保证零序阻抗相对稳定的前提下，为避免110kV系统成为不接地系统运行时再发生故障对一次设备造成损伤，建议考虑在220kV变电站有两台及以上主变运行时，正常两台主变中性点直接接地且运行于不同段母线，母联正常合环运行。在短路电流严重超标的地区，正常运行时断开110kV母联开关，母线分列运行，采用母联备自投，每段母线上安排一台变压器中性点直接接地运行；在完成增加母联备自投前，110kV母线并列运行时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器接地中性点失去时，运行人员应尽快操作将，另一台中性点不接地变压器改为直接接地，尽可能缩短中性点不接地系统的运行时间。

4　结语

目前，随着保护技术的发展，保护原理越来越成熟，保护装置越来越可靠，而随着管理的规范化、作业的标准化，对装置以及现场作业的风险控制能力也越来越强，很多运行维护单位和调管机构对此提出了“加强主保护，合理简化后备保护”。

然而，通过本文介绍的几起事故便可以发现，在很多情况下，主保护限于某些原因，往往未能启动，无法快速切除故障，这时只能依靠后备保护隔离故障点，保证人身、电网和设备的安全；同时，如果忽视后备保护的运行维护，同样可能造成灾难性的后果；另外，电网结构的合理性、一次设备的性能，与保护的设置、定值的整定等密切相关，应引起继电保护人员的高度重视。

参考文献：

[1]全国电力系统继电保护标准化技术委员会 .DL/T559-2007220kV-750kV电网继电保护装置运行整定规程[S].北京：中国电力出版社，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]廖晓玉，张太升，杜凌，等.继电保护整定计算的简化[J].继电器，2003（08）：67-71.

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