220 kV線路單相斷線故障分析與處理

張加貝，陳汝昌，王幫燦

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

220 kV線路單相斷線故障分析與處理

張加貝，陳汝昌，王幫燦

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

用對稱分量法對單相斷線故障進(jìn)行理論分析，得出斷線相各序電流與斷線前的負(fù)荷電流成正比的結(jié)論。指出若輕載或空載線路發(fā)生此類故障，由于零序電流較小保護(hù)裝置可能不動作的情況。結(jié)合一起220 kV線路單相斷線的實(shí)際案例，分析單相斷線故障對實(shí)際電網(wǎng)造成的影響及保護(hù)未動作的原因，詳細(xì)介紹調(diào)度員綜合故障信息對故障的判斷及處置過程，為今后調(diào)度員處理此類故障提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

單相斷線；故障；調(diào)度；保護(hù)；處置

0 前言

電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在高壓電網(wǎng)的線路短路故障中，單相接地故障占絕大多數(shù)[1-3]，而且故障大多都是瞬時故障，重合閘動作成功率高，不會對電網(wǎng)造成影響。而單相斷線且不接地這種縱向不對稱故障在220 kV電壓等級以上電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中很罕見，經(jīng)統(tǒng)計(jì)2009年至2013年在云南省調(diào)管轄的主網(wǎng)線路故障近1 000起，其中單相斷線故障僅1起。在線路非全相運(yùn)行時，由于系統(tǒng)的不對稱性，將產(chǎn)生零序和負(fù)序電流，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過熱和絕緣損壞，影響機(jī)組出力，同時還會對通信系統(tǒng)、繼電保護(hù)裝置造成影響。文獻(xiàn) [4-9]雖然分析了很多單相斷線故障案例，但大部分是針對110 kV線路斷線的情況進(jìn)行討論，并且側(cè)重點(diǎn)是如何改進(jìn)保護(hù)算法，以便更好、更快地發(fā)現(xiàn)切除故障，對于保護(hù)裝置未動作以及調(diào)度如何判斷并處置的案例涉及較少。

用對稱分量法對單線斷線故障按給定負(fù)荷電流的條件進(jìn)行理論分析，確定了此類故障的電氣量特征，得出結(jié)論。然后由一起220 kV線路B相斷線故障展開，分析了單相斷線對電網(wǎng)造成的影響及保護(hù)裝置配置與行為，詳細(xì)介紹了調(diào)度對此故障的分析、判斷及處理，梳理出調(diào)度處理難點(diǎn)和風(fēng)險點(diǎn)，并對單相斷線故障進(jìn)行總結(jié)，給出建議。

1 單相斷線故障的理論分析

假設(shè)在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中XY處發(fā)生A相斷線，如圖1所示。可以看出故障處的邊界條件為式 (1)。

圖1 A相斷線

將A相斷線的邊界條件用序分量表示為：

計(jì)及式 (3)，可得：

斷相處實(shí)際的正序電流應(yīng)加上斷相前的負(fù)荷電流，則斷相處實(shí)際各序電流如公式 (6)所示。

由上式可以得出結(jié)論：電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定時，斷線相各序電流均與斷相前的負(fù)荷電流成正比，負(fù)荷電流越小，斷相后各序電流相應(yīng)也越小。

按照保護(hù)裝置識別故障的零序電流來分析，斷相前如果線路潮流較重，斷相后產(chǎn)生的零序電流較大，能夠達(dá)到保護(hù)裝置動作值，保護(hù)裝置能識別并快速切除故障，現(xiàn)場運(yùn)行人員及調(diào)度員便能快速應(yīng)對。若線路潮流較輕時發(fā)生故障，零序電流可能還達(dá)不到保護(hù)裝置的啟動條件，更談不上零序Ⅲ、Ⅳ段動作出口，一旦沒有保護(hù)動作跳閘情況，現(xiàn)場監(jiān)控也沒有異常告警，運(yùn)行人員很難從監(jiān)視的眾多信號中發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn)，系統(tǒng)的非全相運(yùn)行將影響電網(wǎng)安全。

2 實(shí)例分析

故障前地區(qū)電網(wǎng)接線如圖2所示，220 kV甲變-220 kV乙變-220 kV丙變3個變電站合環(huán)運(yùn)行。之前220 kV甲乙線已經(jīng)出現(xiàn)#112塔B相雙分裂引流線的其中一分裂導(dǎo)線脫出的線路缺陷，因該塔段屬于雪山段，搶修人員不能達(dá)到現(xiàn)場，未能消缺。此缺陷出現(xiàn)后，經(jīng)過供電局和省調(diào)專業(yè)人員核算，要求缺陷處好前，220 kV甲乙線+ 220 kV甲丙線、220 kV甲乙線+220 kV乙丙線斷面均按180 MW控制，故障前2條220 kV線路潮流相對較輕。

圖2 地區(qū)電網(wǎng)接線圖

220 kV甲乙線潮流在18：20左右出現(xiàn)突變降低，由90 MW降至55 MW，220 kV甲丙線和220 kV乙丙線潮流同一時刻有所增加，220 kV甲丙線由78 MW增加至111 MW，220 kV乙丙線由89 MW增加至122 MW，見圖2。在此18：20時間段220 kV甲變電站和丙變電站的主變上網(wǎng)潮流沒有大的波動，地調(diào)也沒有110 kV網(wǎng)絡(luò)的操作。

圖3 各220 kV線路潮流

結(jié)合地調(diào)匯報的情況，省調(diào)通知220 kV乙變開展檢查，結(jié)果220 kV甲乙線A相電流為182 A，B相為50.65 A，C相為168 A，220 kV甲變檢查220 kV甲乙線 A相電流為180.94 A，B相僅為24.83 A，C相為202.97 A。由此看出，兩側(cè)變電站B相電流已經(jīng)與AC兩相出現(xiàn)明顯不平衡。結(jié)合此前220 kV甲乙線B相已經(jīng)有導(dǎo)線斷股情況，且220 kV甲乙線潮流降低了約1/3的情況，此時調(diào)度員初步懷疑220 kV甲乙線B相已經(jīng)斷線。但還需要進(jìn)行詳細(xì)的分析并進(jìn)行佐證，排除線路斷股或測控裝置異常的可能。

3 對故障的分析判斷及處置

3.1 通過保護(hù)配置進(jìn)行分析判斷

220 kV甲乙線保護(hù)為雙重化配置，采用的是南京南瑞繼保電氣有限公司RCS-931BMV和RCS -902BFZ型型保護(hù)裝置。RCS-931BMV型保護(hù)裝置內(nèi)保護(hù)配置為：分相電流差動、零序電流差動、工頻變化量距離、三段式接地距離、三段式相間距離、自動重合閘；RCS-902BFZ型保護(hù)裝置內(nèi)保護(hù)配置為：縱聯(lián)距離、縱聯(lián)零序方向、工頻變化量距離、三段式接地距離、三段式相間距離、自動重合閘。

接到匯報后，調(diào)度員反復(fù)詢問220 kV甲乙線的兩側(cè)變電站是否有保護(hù)裝置啟動或出口，但現(xiàn)場明確答復(fù)保護(hù)均未啟動，同時監(jiān)控后臺也無異常告警。調(diào)度員分析220 kV甲乙線如果B相斷線且沒有接地，則線路兩側(cè)無差流，則 RCS-931BMV主保護(hù)不會動作。根據(jù)單相斷線故障的理論分析結(jié)果，線路非全相運(yùn)行雖有零序電流產(chǎn)生，RCS-902BFZ縱聯(lián)零序方向保護(hù)有可能動作。經(jīng)查詢該線路的定值單，電流變化量啟動值、零序啟動電流二次值為0.5 A，折算到一次側(cè)僅為160 A(CT變比320)。綜上調(diào)度員判斷由于斷線時負(fù)荷較輕可能達(dá)不到零序電流的啟動值而保護(hù)未啟動，線路保護(hù)裝置及現(xiàn)場人員匯報不存在問題。

3.2 利用潮流變化進(jìn)行分析判斷

假若220 kV甲乙線發(fā)生B相斷線而不是斷股，那么調(diào)整此線路的潮流則B相電流應(yīng)不發(fā)生變化。于是調(diào)度員考慮調(diào)減220 kV甲變的上網(wǎng)潮流約20 MW負(fù)荷來進(jìn)行驗(yàn)證，見圖2中22：20時間點(diǎn)。調(diào)減后，220 kV甲乙線兩側(cè)A、C相電流隨潮流變化，但是B相電流不變，同時220 kV甲丙線及220 kV乙丙線則ABC三相電流都隨之變化，至此調(diào)度員判斷220 kV甲乙線確已斷線，線路兩側(cè)B相電流應(yīng)該是空充兩截空導(dǎo)線所產(chǎn)生的，同時也排除了220 kV甲乙線B相斷股及兩側(cè)因測控裝置或者電流采集設(shè)備缺陷導(dǎo)致B相電流顯示不對的可能。

3.3 故障處置

由于單相斷線造成220 kV甲乙線非全相運(yùn)行，一旦再發(fā)生220 kV乙丙線或甲丙線跳閘情況，220 kV甲乙線潮流加重，零序電流將達(dá)到保護(hù)出口定值而保護(hù)動作跳閘，造成甲、丙地區(qū)電網(wǎng)解列，發(fā)生大面積停電事故的嚴(yán)重后果。為了進(jìn)一步驗(yàn) “兩側(cè)B相電流應(yīng)該是空充兩截空導(dǎo)線所產(chǎn)生”的結(jié)論，220 kV甲乙線停電前后，記錄了220 kV甲乙線220 kV甲變側(cè)斷路器解環(huán)前后220 kV乙變側(cè)ABC三相電流情況。

表1 220 kV甲乙線三相電流

從表1中看出，B相電流無變化，且220 kV乙變A、C相充電電流 (76 A)與兩側(cè)變電站B相充電電流之和 (50.65 A+24.83 A)基本上一致，再一次驗(yàn)證了調(diào)度員判斷的正確性。隨后省調(diào)操作 220 kV甲乙線停處冷備用狀態(tài)待后續(xù)查線。

4 調(diào)度處置難點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)

1)本次故障220 kV甲乙線斷線前潮流較小，根據(jù)對保護(hù)錄波的分析，斷線后零序電流為0.305 A達(dá)不到保護(hù)的啟動值0.5 A，零序保護(hù)不會啟動。于是220 kV甲乙線斷線后兩側(cè)保護(hù)裝置均未啟動，更不能動作出口跳閘。缺陷處置的難點(diǎn)在于現(xiàn)場不能提供相應(yīng)的保護(hù)信息及故障錄波情況，對于分析故障、處理缺陷帶來了難度，影響了對于缺陷的判斷和處理速度。

2)應(yīng)充分評估異?；蛉毕菰斐傻南到y(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險，及時、全面獲取缺陷相關(guān)的信息，幫助現(xiàn)場運(yùn)維單位分析缺陷，同時也要敦促運(yùn)維單位及時對缺陷分析判斷，達(dá)到既降低系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險。

5 結(jié)束語

1)單相斷線故障，斷線相的零序電流與斷相前的負(fù)荷電流成正比，負(fù)荷電流越小，斷相后零序電流相應(yīng)也越小。在線路空載或輕載時，斷相后保護(hù)裝置可能不動作，也不發(fā)任何告警。

2)保護(hù)如果未能及時切除故障，此時電網(wǎng)已經(jīng)處于緊急狀態(tài)，調(diào)度員不能僅憑沒有保護(hù)動作就不關(guān)注，置之不理。由于其隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)，表面上看對電網(wǎng)無影響，但其隱患非常大，隨時有可能由其他線路N-1故障發(fā)展成N-2故障，對于本就接線薄弱的地區(qū)電網(wǎng)帶來災(zāi)難性后果。

3)故障后，可以通過增減斷線線路潮流，來觀察斷線相的電流是否發(fā)生變化，以判斷線路是否完全斷線，若潮流不發(fā)生變化則可判斷確已斷線。如果電網(wǎng)條件允許，也可以斷開該線一側(cè)的斷路器，驗(yàn)證斷線相所載電流是否為線路的充電電流。

4)一旦確認(rèn)發(fā)生單相斷線，盡量將此線路潮流調(diào)整為0 MW，防止出現(xiàn)因其他線路跳閘而引起潮流轉(zhuǎn)移，斷相線路零序電流增加而保護(hù)出口跳閘。調(diào)度員須將斷相線路視為停電設(shè)備，并做好N-2的故障預(yù)想，防止事故擴(kuò)大。

5)建議在保護(hù)中加入線路斷線相應(yīng)的判據(jù)，比如零序電流與負(fù)荷電流的突變量、線路電流突變量等，在線路單相斷線又達(dá)不到跳閘條件時，發(fā)告警信號，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定。

[1] 江蘇省電力公司.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理及實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 [M].北京：中國電力出版社，1995.

[3] 李堅(jiān).電網(wǎng)運(yùn)行及調(diào)度技術(shù)問答 [M].北京：中國電力出版社，2004.

[4] 趙曼勇.線路非全相運(yùn)行時保護(hù)問題探討 [J].繼電器，2003，31(7)：81-83.

[5] 袁浩，王琰，倪益民，等.高壓線路保護(hù)非全相運(yùn)行狀態(tài)下的考慮 [J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34(20)：103 -107.

[6] 陽家書，李國友，孫建華.一次110 kV線路單相斷線故障的繼電保護(hù)動作分析 [J].繼電器，2007，35(22)：58 -60.

[7] 王志華，郭明敘.斷路器本體非全相保護(hù)裝置故障分析及防范措施 [J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2013，7(2)：124-126.

[8] 彭建寧，魏莉.110 kV輸電線路單相斷線故障分析 [J].繼電器，2007，35(18)：75-77，81.

[9] 余偉，馬艷，毛德?lián)?輸電線路單相斷線時的保護(hù)行為分析及對策 [J].安徽電力，2011，28(1)：16-17.

Analysis and Disposal for Single-phase Line Break Fault of 220 kV Transmission Line

ZHANG Jiabei，CHEN Ruchang，WANG Bangcan
(Yunnan Electric Power Dispatching＆Control Center，Kunming 650011，China)

Based on the theoretical analysis of single-phase line break fault by using symmetrical component method，it is proved the phase sequence current is proportional to the pre-fault load current.If a fault occurs on light load or no-load line without relay protection action due to the low zero sequence current，it is difficult for the persons on duty to detect any anomalies form monitoring system.Combined with a actual case of 220 kV single-phase line break fault，the influence after fault on power-grid and the reason of protection action failure are analyzed.The diagnosis and disposal process of dispatchers by synthesizing fault information are also proposed.It is hopeful to provide beneficial reference for the power dispatcher in dealing similar defaults.

single-phase line break；fault；dispatching；relay protection；disposal

TM75

B

1006-7345(2014)06-0117-04

2014-08-08

張加貝 (1982)，男，碩士，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、管理方面工作， (e-mail)zhang.jiabei＠qq.com。

陳汝昌 (1985)，男，學(xué)士，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、管理方面工作，(e-mail)346490316＠qq.com。

王幫燦 (1985)，男，碩士，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、管理方面工作，(e-mail)278792706＠qq.com。