一起過渡電阻引起的越級跳閘故障分析

李 萍，潘曉美，李 忠，王 淼

遼寧省電力有限公司撫順供電公司，遼寧撫順 113008

0 引言

在遼寧電網66kV電壓等級的系統中，大多數的66kV輸電線路，距離保護作為主保護而得到廣泛的應用。優點是在沒有分支電流的情況下，不受系統運行方式變化影響。但是距離保護也存在一個無法彌補的缺陷，就是受過渡電阻影響較大。本文通過對一起典型事故的分析，來說明過渡電阻對距離保護存在的影響，同時提出了解決方法。

1 事故簡介

2012年2月22日16時，遼寧地區開始普降大雪，并伴有大風天氣。16時56分34秒66kV甲站66kV南賓線距離保護I段動作跳閘，3秒后重合成功。16時56分50秒220kV乙站66kV中南一線距離保護III段動作跳閘，并閉鎖重合閘。此時甲站現場運行方式為66kV中南一線受電，南華線備用。南賓線為負荷線路，開關在合位。在此情況下備自投動作跳開中南一線開關，合上南華線開關，隨后備自投后加速動作跳閘，致使66kV甲站停電。（見圖1）

圖1 系統接線圖

2 事故調查

2.1 現場巡線

經過現場巡線發現南賓線5#-22#耐張段、26#-28#耐張段的導線發生舞動，致使5#-22#耐張段中的20#-22#中線導線斷落地面，21#-22#右線導線斷落地面，26#-28#右線斷線落地，導致線路跳閘。故障點現場情況如下圖所示：

圖2 21#桿中線瓷橫擔

圖3 27#桿右線斷落地面

2.2 保護動作情況調查

繼電保護人員分別趕到66kV甲站和220kV乙站，對繼電保護裝置的動作報告進行查看如下：

表1 故障報告

2.3 甲站南賓線保護存儲數據典型時刻數據

表2 典型時刻數據

3 保護動作分析

3.1 66kV甲站南賓線保護動作分析

1）南賓線距離保護I段動作時間較長，724ms跳閘。說明此次故障初始階段測量阻抗不穩定，雖達到距離保護I段啟動值，但未達到動作值。隨著故障的發展，測量阻抗進一步減小直到滿足距離I段的動作條件后，保護出口跳閘；

2）測量電阻較大。保護測距僅為2.422 KM，保護重合后測量電阻R=1Ω,電抗x=0.1826Ω（二次值），折算到一次值為5.5+j1.0043Ω。而南賓線導線型號為LGJ-35，在2.422km處導線阻抗一次值為2.0587+j1.0099Ω。兩者對比可以看出電抗值基本接近，而電阻值卻增大了2.67倍，說明此次故障中存在的過渡電阻很大；

3）從巡線結果可以看出此次故障為永久性故障，但南賓線重合后卻沒有再次跳閘。如果從故障報告上看，南賓線重合后沒有故障波形，我們只能斷定南賓線重合后故障已消失了。但是這一結論卻與中南一線及備自投保護動作相矛盾。因此與廠家技術人員聯系將裝置內部數據導出（見前表）。此時，我們可以看到，南賓線重合后仍存在故障電流，并且測量阻抗中的電阻含量偏高，最小值也達到了2Ω，超出了距離III段的保護范圍，因此南賓線保護在開關重合后沒有再次動作跳閘；

4）距離保護的動作最基本條件是測量阻抗落在保護區內，而此次故障，過渡電阻阻值的變化范圍非常大，從1Ω到3.9Ω（二次測量值），如此大的變化導致距離保護測量阻抗變得十分不準確，進而使距離保護判定為區外故障。說明過渡電阻的存在對距離保護判定邏輯有較大影響。

3.2 220kV乙站66kV中南一線動作分析

乙站66kV中南一線的動作為距離保護III段動作跳閘，并閉鎖重合閘，通過保護報告可以看出以下幾個問題：

1）距離III保護動作出口時間較長，從保護啟動到出口跳閘共計10451ms，整定時間為2s，說明該故障類型復雜，故障過程中測量阻抗極其不穩定；

2）保護測距偏差較大。故障報告顯示測距為62.5km，而實際故障點為距離乙站中南一線出口50km左右，說明故障中存在較大的過渡電阻；

3）故障類型在故障過程中發生了轉換。乙站中南一線報告顯示故障相別為AC相，但南賓線故障報告顯示為BC相故障，巡線結果為南賓線出口20-26#桿塔間BC相斷線，A相絕緣擊穿。說明故障是由相間短路故障逐漸發展為兩相斷線及三相接地短路故障。

4 過渡電阻對上下級不同原理的距離保護影響分析

220kV乙站66kV中南一線保護配置為南瑞繼保公司的RCS-951A，甲站66kV南賓線保護配置為北京四方公司的CSC166A。根據保護定值利用CAD軟件繪制理想狀態下，線路保護范圍及上下級的配合關系如下圖所示（圖中所標阻抗為二次值）：

圖4 中南一線及南賓線保護范圍圖

從圖中我們可以看到，南賓線在重合后的測量阻抗十分接近南賓線保護電阻線邊緣，由于當測量阻抗在0.95ZZD～1.05 ZZD之間時保護處于可動或可不動的狀態，因此現實情況是南賓線保護一直處于啟動狀態。

中南一線保護特性是阻抗圓特性，距離III段保護范圍將南賓線包括在內，因此當南賓線保護沒有動作時，中南一線距離保護III段動作跳閘，將故障切除。這只是理想狀態下的分析，而現場實際情況是測量阻抗隨著線路的舞動而時刻發生變化，只有當某段時間內測量阻抗落在保護動作區內，且時間達到整定動作時間后，保護才動作出口跳閘。

由于南賓線和中南一線保護配置的是兩家公司的產品，且兩套保護在距離保護的應用方面存在較大的差別。

表3 距離保護原理對比表

從上表中可以看到南瑞繼保在測量過渡電阻時采用了偏移圓特性，同時三段距離保護間逐級配合，測量過渡電阻的能力也是逐級增強的。反觀四方公司保護，三段距離保護中R是始終不變的，依賴X的大小來調整三段距離保護保護范圍。由此可以看出，四方保護在反映過渡電阻能力方面不如南瑞保護的靈敏。

5 結論

通過對上面的分析對比，我們可以確定以下幾方面內容：

1）此次故障的根本原因是天氣惡劣造成的。該地區當天普降大雪并伴有大風天氣，南賓線在降雪過程中發生線路覆冰進而發生舞動現象，并最終造成南賓線BC兩相斷線；

2）斷線使故障類型變得復雜，保護裝置判斷困難。通過保護動作報告可以看到故障初期為BC兩相短路故障，但存在一定的過渡電阻。隨著故障的發展，逐漸演變為BC兩相斷線接地故障。由于66kV為中性點不接地系統，接地故障導致A相電壓升高，最終造成 A相絕緣擊穿放電。縱觀此次故障，持續時間較長，故障類型特殊，此次故障類型為永久性相間短路加斷線故障，且故障過程中存在較大的過渡電阻和故障類型的轉換，這使得過渡電阻在后期大幅增加，保護裝置測量阻抗受此影響變得極不準確，且測量阻抗時刻都在變化，影響了保護的動作邏輯判斷；

3）遼寧省農村電網的線路改造緩慢，基本是線路長、導線細、負荷輕的情況，老舊線路居多，在較大程度上增加了斷線的幾率。要想徹底解決此類問題的發生，還應該加大農村電網的改造力度；

4）繼電保護配置需要完善。從上面的分析可以看到，南瑞繼保和北京四方公司兩家的保護在距離保護原理上的存在著較大差別，通過此次故障可以看出南瑞繼保的保護裝置在反應過渡電阻的能力上更加靈敏。建議在農網線路上應盡可能配置躲過渡電阻能力較強的園特性阻抗繼電器；

5）在農網重要負荷的短線路上，也可以配置光纖差動保護。光纖差動保護反應故障靈敏，受過渡電阻影響較小，能夠快速切除全線故障，有利于保證電網的安全穩定運行。

[1]國家電網公司繼電保護培訓教材.中國電力出版社，2009，4.

[2]李光琦.電力系統暫態分析.中國電力出版社，1995，11.