对2 条线路相继跳闸的保护配置分析

刘 明，伏祥运，卢 笛，庄海龙，张志福

(连云港供电公司，江苏 连云港 222004)

单相接地是110 kV 及以下电压等级线路经常发生的故障，单相接地后接地点的零序电压升至最高，零序电流也随着距离短路点的远近而大小变化[1，2]。发生永久性单相接地短路时，保护应该快速可靠而有选择性地切除故障点，缩小停电范围，在实际电网中，由于电源点的增加和电网规模的不断加大，线路保护之间的配合会出现失去选择性的问题，保护整定部门和电网生产现场也在根据问题逐步改善现有的保护配置。

1 一起非典型故障的分析

1.1 系统模型及简介

220 kV 佟圩变系统接线如图1 所示。其220 kV和110 kV 侧均为双母线接线方式，为了便于分析，图中将110 kV 侧简化为单母线分段接线方式，35 kV侧为单母线接线方式；佟圩变为单变运行的变电站，主变容量180 MV·A，主变为自耦变压器带平衡绕组，这样可以保证高次谐波的通道，使得感应电动势的波形不会发生畸变，从而提高变压器带不平衡负载的能力，稳定中性点电压，提高电能质量。

佟圩变所配置的保护有主变的主保护配置差动I套和差动II 套，其中电流互感器断线闭锁差动保护，本体重瓦斯投跳闸，本体轻瓦斯、压力释放、油温高、本体油位异常、风冷消失投信号，后备保护配置高压侧复压过流保护、零序方向保护，中压侧复压过流和零序过流保护，低压侧复压过流保护以及失灵保护；110 kV 线路配置三段接地距离保护、三段相间距离保护、四段零序过流保护，线路测量方向指向线路，重合闸投入。

1.2 发生事故

图1 佟圩变系统接线图

如图1 所示，佟圩变佟西767 开关保护测距0 km，佟西767 线路2～3 号杆有吊车碰线，造成C 相导线断股，发生永久性单相接地，重合不成功；同一时间内，晨兴电厂银圩761 开关跳闸，保护屏上零序保护、差动保护和距离保护均有信息打出，2 号机组解列。经过现场检查确认并查阅故障信息得知保护具体动作情况如表1 所示。

表1 保护动作情况

1.3 保护配置及动作情况

佟西767 线路C 相接地故障时零序电流在网络中的流向如图2 所示。佟圩变自耦变压器接地，佟西线所供的西墅变主变中性点不接地，晨兴电厂2 号主变接地，因此零序电流流向佟圩变主变和晨兴电厂2 号变压器，接地点零序电压最高，实际的零序电流方向为由故障点流向接地点，而零序电流的正方向规定为母线流向线路，与零序电流的实际方向相反，在多电源系统中保护装置会根据零序电流的正方向而有选择性地动作，系统中单相接地发生在佟西线出口侧，零序电流正方向由母线流向线路，应该由佟圩变佟西767 开关保护动作切除故障。

图2 零序电流分布图

佟西 767 开关采用的保护装置为许继WXH-811A，用于110 kV 线路的主保护和后备保护中，其四段零序保护和三段接地距离保护均投入，零序I 段电流定值整定为9000/75 A，动作时限0 s，零序II段电流定值整定为1800/15 A，动作时限0.5 s。晨兴电厂银圩761 开关采用的保护装置为南瑞继保RCS-9611C，用于110 kV 以下电压等级的非直接接地系统或小电阻接地系统线路的电流保护中，在连云港地区正常用作10 kV 线路的保护装置，其零序I 段电流定值整定为12 A，动作时限0 s，零序II 段电流定值整定为2 A,动作时限0.2 s。

1.4 事故及保护动作分析

分析表1 中的保护动作情况可以看出，晨兴电厂银圩761 开关零序II 段保护先动作，1076 ms 后佟圩变佟西767 开关零序II 段保护动作；故障点在佟西767 线路2～3 号杆，应该由佟西767 开关零序I 段保护或接地距离I 段保护动作瞬时切除故障点，而零序I段和接地距离I 段保护并未启动出口；另外晨兴电厂告知银圩761 开关保护的方向为由线路指向母线，按照规定的方向，银圩761 开关保护不应该动作跳闸，它却启动出口了；带着疑问通过保护整定方案和定值单来查找原因。

1.4.1 零序I 段保护未出口原因分析

被保护线路较短时运行方式对零序保护范围的影响如图3 所示。I为最大运行方式时零序I 段的保护范围，II为最小运行方式时零序I 段的保护范围。

图3 运行方式对零序保护范围的影响

零序保护按照系统最大运行方式进行整定，由于系统中接地点的数量和位置在不断变化，它受系统运行方式的影响很大，佟西线全长7.2 km，对于这样的短线路来说，零序I 段保护的范围会变得更小，系统运行方式的变化导致了零序I 段保护范围为零的情况，所以佟西767 线路零序I 段保护未出口。

1.4.2 接地距离I 段保护未出口原因分析

接地距离保护测量的是故障点至保护装置处的阻抗，它受系统运行方式的影响很小，保护范围较稳定。当导线通过树木、吊车或其他物体对地发生短路时，过渡电阻较大，可达到几十欧姆；故障点离保护装置越近，保护整定的数值越小，则过渡电阻的影响就会越大，阻抗继电器的动作特性受过渡电阻的影响也较大。过渡电阻与阻抗关系如图4 所示。Rg即为接地短路时的过渡电阻，767 保护装置的测量阻抗Zm.A等于Rg。

图4 过渡电阻与阻抗关系

佟西767 开关保护装置WXH-811A 使用的为偏移阻抗继电器，佟西767 线路C 相经吊车接地时，为非金属性接地，过渡电阻较大，另外接地距离I 段定值为1.14/0.12 Ω，数值较小，受过渡电阻的影响会更大，如图5 所示。短路点离保护装置很近，过渡电阻很容易就超出距离保护的范围，这就是接地距离I 段未启动出口的原因。

1.4.3 零序II 段保护出口原因分析

图5 过渡电阻对接地距离保护影响的分析

2 改进措施

2.1 升级保护装置

晨兴电厂所用的保护装置RCS-9611C 常用于连云港地区35 kV，10 kV 线路中，不能满足110 kV 线路的保护配合要求，由于它不判别零序电流的方向即行动作，会造成保护动作失去可靠性，升级晨兴电厂侧的保护装置可以解决这一问题。

2.2 零序保护定值自适应

由于零序保护定值是按系统最大运行方式整定的，在其他运行情况下保护的范围要缩小，如果能够给保护装置整定N 套定值，实时监测电力系统运行中的有关参数，并在发生故障瞬间快速获得故障类型以及系统阻抗，按照条件切换至适应于现有运行方式的整定值，再与实际零序电流进行比较，以确定保护是否应该动作于跳闸[3]。

2.3 减小过渡电阻的影响

如果佟圩变佟西767 开关的接地距离I 段采用不同特性的阻抗元件，其整定值都一样的时候，全阻抗继电器在+R 轴所占的面积较大，则受过渡电阻的影响越小，因此可以采用全阻抗继电器的保护装置；还可以采用多边形动作特性、圆与四边形组合动作特性的阻抗元件，均可有效减小不同情况下过渡电阻对保护装置的影响。

3 结束语

通过深入分析连云港地区一起典型的接地故障，非典型的保护动作情况，发现了电网中现有保护配置所存在的问题，研究分析了问题产生的原因，并给出了解决方法。

[1]张自伟，李加庆，夏伟伟.一起10 kV 出线保护跳闸分析与探讨[J].江苏电机工程，2012，31(4)：18-20.

[2]张 磊.一起由于10 kV 线路拒动引起主变越级跳闸的事故分析[J].江苏电机工程，2012，31(2)：16-17.

[3]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2010：13-17.