负荷电流对终端变电站相间故障的影响

马 娟， 房雪雷， 吴义纯

(国网安徽省电力有限公司培训中心， 安徽 合肥 230022)

0 引言

在电力系统运行中，常见的横向短路故障类型主要有四种，即三相短路、两相相间短路、两相接地短路以及单相接地短路。鉴于故障时负荷电流相对较小，计算分析时不考虑[1,2]。短路故障的分析主要是建立在复合序网与故障分量网络的基础上，得出故障相及非故障相的的电流、电压等相关量值[3-6]。

故障分析需要结合系统运行方式进行。在不考虑负荷电流情况下，负荷侧发生相间故障时，所有相电流将全部为零[7]，而在考虑负荷电流的情况下，负荷侧不同相别对应的电流是否存在，存在怎样的关系，却没有被研究、关注过。

本文在考虑负荷的情况下，以培训中心220 kV智能变电站数字物理混合仿真系统为平台，分析输电导线终端馈供线(单电源线路)运行方式下[8-11]，发生相间金属性故障时，负荷侧不同相别的故障电流关系。

1 忽略负荷电流，相间金属性短路故障

当系统在K点发生两相(BC)金属性短路故障时，在不考虑负荷电流时，边界条件如下：

由此得出对应的A相序分量电流为：

两相短路故障时没有零序分量，故障相BC电流满足大小相等，方向相反的特点[12]。

2 考虑负荷电流，相间金属性短路故障

系统发生短路故障时，与故障电流相比，负荷电流可以忽略，为了更好地分析了解终端变电站相间短路时输电导线两侧的电流关系，以220 kV智能变电站实训室为基础，展开相应的实验项目。220 kV智能变电站系统如图1所示。

图1 220 kV智能站系统图

运行方式：220 kV电压侧为双母并列运行，2813线路间隔及2801主变间隔运行于Ι母，2814线路间隔运行于II母，2813、2814间隔均为进线；保护配置：母线双重化，均为PCS-915GA-D，主变分别为PCS-978以及PST-1200U，2813线路分别为PCS-931以及PCS-902，2814间隔线路分别为WXH- 803以及PSL- 603U[13]。

2.1 正常运行方式，相间短路故障

220 kV智能变电站2813间隔、2814间隔正常运行，以2813线路发生AB相间短路故障为例。

动作现象：两套保护均为纵联差动保护动作，相间距离I段动作，ABC三相跳闸。对应本侧A套保护PCS-931录波图如图2所示。

从录波图中可以看到，AB相间故障，负荷电流仅为0.574 A，而故障电流在5 A以上，在不考虑负荷电流的前提下，两相电流大小相等，方向相反[14,15]。

图2 2813线路相间短路故障录波图

2.2 终端运行方式，相间短路故障

鉴于2813间隔、2814间隔保护配置不同，分别针对2813及2814间隔模拟发生AB相间短路故障，分析负荷侧电流幅值及相位关系。

2.2.1 线路2813间隔相间短路故障

系统在运行过程中，因为外界因素造成2814线路断路器偷跳，此时220 kV电压等级只有2813线路间隔，形成特殊的终端运行方式，此时发生2813相间短路故障。动作现象：本侧A套保护PCS-931纵联差动保护动作，故障相别AB，B套PCS-902保护启动(未投弱馈方式)。对应本侧A套保护PCS-931录波图如图3所示。

图3 2813线路相间短路故障录波图(终端方式)

2.2.2 线路2814间隔相间短路故障

当2813线路偷跳，此时在终端运行方式下，2814线路发生AB相间短路故障。动作现象：2814本侧A套保护WXH- 803分相差动动作，三相跳闸，B套保护PSL- 603U分相差动动作，三相跳闸，故障类型均为AB。

对应本侧A套保护WXH- 803录波图如图4所示。

图4 2814线路相间短路故障A套录波图(终端方式)

对应本侧B套保护PSL- 603U录波图如图5所示。

图5 2814线路相间短路故障B套录波图(终端方式)

对应的A相正序分量滞后于C相120°，负序分量超前于C相120°，大小均为C相电流的一半，与表中相关数据一致。因此得出，在发生相间短路故障时，负荷侧故障相电流大小相等，为非故障相的一半，且方向相同，特殊相的正序负序分量也为非故障相的一半，相差120°。

3 结论

本文在220 kV智能变电站实训室的基础上，通过实验结合录波数据，分析对比有无负荷电流，以及在正常运行方式、终端变电站的特殊运行方式下，发生相间短路故障时，电流及序分量的幅值、相位关系，帮助现场人员更深层次的理解负荷电流、看懂故障录波图，在实际工作中起到实质性的指导作用。