基于继电保护故障分析整定管理系统的故障分析方法研究

张海静 王黎黎 刘 通 李伟刚 邹抄军

（国网博尔塔拉供电公司）

0 引言

新疆电网因地域原因结构较复杂，110kV 系统存在大量电磁环网、平行双回线路运行等复杂方式，同时新能源占比逐年增加，新能源对整定计算的影响暂时不够明确，整定计算中存在保护上下级不配合和远后备灵敏度不足、部分平行线路零序互感无实测数据等诸多问题，增加了继电保护误动、拒动的风险。整定参数应用错误，电网结构及其它不确定的影响因素对继电保护整定计算的影响是极为隐蔽的，因此亟需一种有效的故障分析方法。

1 事故案例

本故障分析方法主要是从一次线路故障跳闸中发现其中一条接地支路零序电流异常变大中总结提炼出来的。

2020 年9 月10 日，110kV 银古线发生A 相瞬时性接地短路故障，银古线和银戈线保护同时动作，两条线路均重合成功。银古线零序过流Ⅱ段动作、接地距离Ⅱ段动作，零序II 段定值384A/0.4s，银戈线零序II 段定值456A/0.4s。具体保护动作情况：

1.220 kV 银冬变侧110kV 银古线（对侧无源、无主保护）：零序过流Ⅱ段动作、接地距离Ⅱ段动作，重合闸动作，选相A 相，测距14.12 千米。

2.220 kV 银冬变侧110kV 银戈线（对侧主变中性点接地、中压侧接待小电源出力5000kw 左右）：零序过流Ⅱ段动作，重合闸动作（重合闸检无压、检同期均投入）因皇戈线接带的35kV 清桥变有小电源，跳闸一瞬间不满足检无压和检同期条件，79 秒后满足检同期条件（从故障录波图上分析所得），重合闸动作成功。

1.1 初步分析保护动作原因

为了分析保护动作原因，我们从以下方面进行分析：

（1）110kV 银戈线线路参数是否不准确；

（2）银戈线保护CT 变比是否错误；

（3）银戈线保护二次回路接线是否错误；

（4）电网内主变中性点接地情况是否实际不符或者关联设备参数是否错误；

（5）继电保护整定计算系统的计算方法、参数设置、系统设置、检修方式设置是否有误；

（6）核实系统界口阻抗是否正确；

（7）银冬变站内接地网的接地电阻是否满足反措要求。

通过对参数核查和现场排查，以上七项内容均无异常。

1.2 采用故障反推法分析保护动作原因

与现场核实，了解到银戈线与银古线为平行架设线路，线路边相横向距离平均为50m 且与其他线路并无平行架设，初步推断是由于银古线与银戈线线路间可能存在零序互感阻抗的影响造成银戈线零序电流异常增大。故障录波图如下所示：

图1 银戈线故障录波图

由于停电实测两条线路的零序互感阻抗验证是否有零序互感推断需要较长周期，且在此期间线路存在误动可能性。因此采用故障反推法进行验证，方法如下：

为了进一步验证设备参数的正确性，同时证明平行架设线路有零序互感阻抗的影响，按照反逻辑原则，我们选取了架设路径相反，完全不可能存在零序互感阻抗的银油线与皇戈牵线均为放射性终端不接地线路，用故障反推法来验证没有零序互感阻抗影响，故障录波零序分配情况与整定计算系统理论计算值是否一致。

通过选取2020年7月12日银油线故障录波文件。

将故障录波实际零序电流分配情况与整定计算系统模拟故障零序电流分配如下：

表1 银油线故障整定管理系统与故障录波数据比较

可以看出在银油线故障时，银戈线实际流过的零序电流与整定计算系统计算值基本保持一致，说明只有银古线故障时，银戈线流过的零序电流才异常变大，那就是说明确实是银古线和银戈线之间零序互感的影响，同时银园线和银油线也是全线平行架设，银油线故障时，银园线流过的零序电流异常变大。

1.3 平行双回线路间的零序互阻抗

输电线路可以看成三个“导线-大地”回路，当通过零序电流时，就一个“导线-大地”回路来说，另两个“导线-大地”回路产生助磁作用，于是输电线路的零序阻抗比正序阻抗大得多。如果是平行双回线路，则其中一条线路的一个“导线-大地”回路的零序阻抗必须再计及另一条线路三个“导线-大地”回路互阻抗对其的影响，从而使输电线路的零序阻抗进一步增大。

设Z（Ⅰ-Ⅱ）0为两平行双回线路单位长度间的零序互阻抗，Z（Ⅰ-Ⅱ）0就是另一回线路单位长度三个“导线-大地”回路与本线路单位长度一个“导线-大地”回路的互阻抗，即Z（Ⅰ-Ⅱ）0等于一回线路的一个“导线-大地”回路与另一回线路一个“导线-大地”回路单位长度间互阻抗的三倍。于是，计及平行双回线路间的零序互阻抗的影响后，一条平行双回线路单位长度的零序阻抗Z0（Ⅰ）可表示为

两平行双回线路愈靠近，Z（Ⅰ-Ⅱ）0愈大。

假设平行双回线路内部接地故障发生在Ⅱ回线路上，如下图所示K 点，M 母线左侧、N 母线右侧均为中性点接地的系统（相应的等值零序阻抗为ZM0、ZN0）可以将MN 母线间的平行双回线路分成两部分，l＇为其中一个平行双回线路，l〞为另外的一个平行双回线路，平行双回线路内部接地故障时的零序等值电路如下图所示，其中

银古线与银戈线线路临近无同杆架设，但线路属于平行架设线路，平行双回线路间虽没又电的直接连接，但当接地故障点靠近线路的一端时，会在另一线路中感应出较大的零序电流并使该线路两侧的零序方向元件处在动作状态，对该线路零序构成的保护带来不利影响。

图2 一侧分列运行平行双回线路零序等值电路

1.4 采用故障反推法的深化应用

我们从继电保护整定平台中模拟银古线和银油线故障，通过模拟出与故障时零序分配情况一致的情况，进而反推出零序互感阻抗的值。具体方法：

第一步：从整定计算平台中的”绘图“找到“输入互感”，如图所示，在支路1和支路2分别选择两条平行线路。

第二步：点击“利用经验值计算互感阻抗”，注意调整互感系数，系统默认值为0.7，是全线同杆架设线路的经验值，根据平行线路实际平行程度去折算一个互感系数，得出一个推荐值。

第三步：点击“增加”就增加到了下表中第3 行零序互感数据，即在平台中输入了互感阻抗。

第四步：然后根据故障下的零序电流分配情况，不断地调整零序互感阻抗的大小来模拟故障，直到与实际录波的零序电流分配一致，此时输入的零序互感阻抗即为模拟加入的零序互感阻抗，可以作为实测后的参考值。

反推出银古线和银戈线之间存在的零序互感阻抗有名值为8.498Ω，为了验证结果的正确性。选取2019 年银古线另一次故障，将此反推出的零序互感值录入整定计算系统，结果如下：

表2 银古线（上一次）故障整定管理系统与故障录波数据比较

通过上表可以看出在将反推出的零序互感录入整定计算系统后，计算出各零序之路电流分配值与故障录波文件获取数据保持一致。同时为了进一步推动零序互感阻抗的实测工作和进一步验证故障分析反推法的实效性，后期对银戈线和银古线同时停电进行了参数实测工作，实测零序互感阻抗为8.3648Ω，反推出的零序互感阻抗为8.498Ω，测试结果与反推结果基本完全一致。说明此故障分析法有效。

2 结束语

根据实际测量的零序互感参数，录入继电保护故障分析整定管理系统，按照故障时实际运行方式和故障点进行模拟计算，计算结果与实际故障结果十分吻合。从理论上分析，在银古牵线故障时，银古牵线和银戈线零序电流方向相反，起到去磁作用，减少110kV 银戈线输电线路的零序阻抗，同时在银戈线中压侧接带有小电源，减少了正序阻抗，间接增大了零序分配的电流，使得银戈线分配的零序电流更大。

本文通过每次线路故障后将实际故障电流分配情况与整定计算模拟情况进行对比分析，通过每一次故障情况，分析故障录波中每个零序支路流过的零序电流是否与整定平台模拟计算值吻合，养成每次事故都去深度分析的好习惯。如果有异常值，都应该去深度分析到底是什么原因造成的，按照“有异常必究，没问题保平安”的原则，分析的同时还可以发现其他与整定计算有关设备参数、运行状况等问题和风险，故障分析反推法可以反推出整定参数值特别是零序互感阻抗值，能够有效地验证零序互感阻抗的实测值或理论值，如果未实测也没有理论值，即可以将反推出的零序阻抗值作为参考值进行应用，为解决存量未实测参数提供了有效、可靠的的参考数据。

本文的故障分析法，让每一次故障跳闸都成为整定计算人员验证整定结果是否正确的的机会。通过对比分析，可以非常直观地发现实际与理论的差异，差异的值可以量化显示，不仅能够让整定计算人员快速、准确地发现问题，还能够获取到差异的量化值，使得整定计算人员能够预估到差异量对整定计算的影响程度。通过异常数据进一步分析偏差原因，从而锁定影响偏差的具体因素，为整定计算人员验证整定计算整定结果提供了可靠的平台。