臺風期間10 kV線路多點同時接地故障分析

劉志鵬

（海南電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，海口　570203）

臺風期間10 kV線路多點同時接地故障分析

劉志鵬

（海南電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，海口570203）

在臺風期間，繼電保護裝置能否正確動作對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。梳理110 k V某變電站的10 kV線路發(fā)生多次接地故障時的保護動作情況，分析故障前該變電站的運行方式和故障后保護裝置的動作過程，通過對比相鄰多條10 kV線路的保護動作報文，驗證了保護裝置動作邏輯的正確性，總結(jié)了此次事件中線路發(fā)生多點同時接地故障的實現(xiàn)過程。

變壓器；電壓跌落；接地故障；高阻；間歇性

0　引言

2014-09-16，第15號臺風“海鷗”在海南文昌登陸，此次臺風對電網(wǎng)造成了嚴重破壞［1］。16日和17 日110 kV某變電站的10 kV線路保護裝置發(fā)出了多次接地保護動作的報文信息。通過對這些報文進行詳細梳理，發(fā)現(xiàn)臺風期間該110 kV站的10 kV線路發(fā)生了多點同時接地故障。理清這些動作過程能夠為開展故障分析工作提供很好的學習素材［2］，為此，對這一比較復雜的保護動作情況進行了分析和研究。

1　事件前運行方式和保護配置情況

1.1事件前運行方式

事件發(fā)生前，110 kV某變電站的運行方式如圖1所示。

圖1　事件前運行方式

110 kV甲站的10 kV母線并列運行，10 kV母線分段開關(guān)1012處于運行狀態(tài)，10 kV甲乙Ⅰ、Ⅱ線處于運行狀態(tài)。

110 kV乙站的110 kV兩條線路和1號主變處于熱備用狀態(tài)；10 kVⅠ母線和Ⅱ段母線分列運行，其分別由110 kV甲站的10 kV甲乙Ⅰ、Ⅱ線供電，10 kV母線分段開關(guān)1012處于熱備用狀態(tài)；10 kVⅠ段母線的10 kV乙Ⅰ線和其他終端線路處于運行狀態(tài)；10 kVⅡ段母線的10 kV乙Ⅱ線和其他終端線路處于運行狀態(tài)。

1.2站內(nèi)保護配置情況

乙站10 kV進線均配置WT2024-C型號保護裝置，版本號為V5.004.017，TA變比為400∶1。10 kV出線均配置WT2031-C型號線路保護裝置，版本號為V5.005.016，TA變比為400∶1。

在10 kV乙Ⅰ線的保護裝置中，設(shè)定電流速斷定值為Izd0=2.03 A，Tzd0=0 s；限時速斷定值為Izd1=1.3 A，Tzd1=0.2 s；過電流定值為Izd2=0.7 A，Tzd2=0.5 s。

2　110 kV乙站10 kV線路保護動作情況

2.110 kV乙Ⅰ線保護的動作情況

10 kV乙Ⅰ線的保護裝置采用三相TA。該保護版本具備母線接地告警功能，定值為U0=15V，T=3 s。

1）9月16日的動作情況。

19∶53∶59.303，保護裝置顯示母線接地，B相接地，該相電壓跌落，A、C兩相電壓升高，Ua=128.0 V，Ub=30.3 V，Uc=107.9V，U0=58.2 V。

19∶54∶07.951，保護裝置顯示母線接地，B相接地，該相電壓跌落，A、C兩相電壓升高，Ua=130.5 V，Ub=33.8 V，Uc=105.3V，U0=58.2 V。

19∶54∶19.973，保護裝置的過電流動作，A相過電流，該相電流為Ia=0.8 A，三相電壓和零序電壓分別為Ua=36.5 V，Ub=63.7 V，Uc=94.8 V，U0=25.9 V。

19∶54∶22.948，重合閘動作合閘。

19∶54∶23.151，保護后加速跳開。

2）9月17日的動作情況。

9∶30∶09.405，手動合上乙Ⅰ線1054開關(guān)。

10∶11∶08.656，保護裝置顯示母線接地。A、B兩相發(fā)生相間接地故障，兩相電流分別為Ia=0.8 A，Ib= 0.5 A。三相電壓和零序電壓分別為Ua=26.2 V，Ub= 87.7 V，Uc=121.6 V，U0=46.9 V。

10∶11∶15.620，保護裝置再次顯示母線接地。B相發(fā)生接地故障，該相電流為Ib=0.3 A。三相電壓和零序電壓分別為Ua=104.4 V，Ub=46.1 V，Uc=62.8 V，U0= 46.9 V；09∶46∶17.010，110 kV甲站后臺報文顯示母線接地告警復歸。

10∶58∶03.000，保護裝置顯示母線接地。B相發(fā)生接地故障，該相電流為Ib=0.2 A。三相電壓和零序電壓分別為Ua=96.9V，Ub=49.9V，Uc=56.6V，U0=25.7V。

10∶58∶20.000，手動分開乙Ⅰ線1054開關(guān)。

2.210 kV甲乙Ⅰ線進線保護動作情況

10 kV甲乙Ⅰ線的保護裝置采用三相TA。作為終端線路開關(guān)，其保護出口壓板退出。該保護版本具備母線接地告警功能。

1）9月16日的動作情況。

19∶53∶55.973，保護裝置顯示過電流保護動作，A相電流為Ia=1.1A。

19∶53∶59.003、19∶54∶03.308和19∶54∶07.616，保護裝置先后三次顯示母線接地。

19∶54∶19.458、19∶54∶19.861和19∶54∶23.040，保護裝置顯示三次過電流保護動作，A相電流為Ia=0.9A。

19∶54∶26.585和56∶20.648，保護裝置先后兩次顯示母線接地，電壓分別為Ua=28.7 V，Ub=31.0 V，Uc=108.1 V，U0=58.7 V；Ua=127.2 V，Ub=42.4 V，Uc= 87.7 V，U0=50.7 V。

2）9月17日的動作情況。

10∶11∶04.960、10∶11∶05.050、10∶11∶05.120 和10∶11∶05.768，保護裝置先后四次顯示過電流保護動作，A、B相電流分別為Ia=1.0 A左右，Ib=0.6 A左右。

10∶11∶10.095，保護裝置顯示母線接地。

10∶11∶12.243，保護裝置顯示過電流保護動作，三相電流分別為Ia=1.0 A，Ib=0.3A，Ic=0.2 A。

2.3乙站10 kV乙Ⅱ線保護動作情況

10 kV乙Ⅱ線在110 kV乙站II段母線上運行，其配置一套WT2031-C型號線路保護裝置，該保護版本具備母線接地告警功能。

1）9月16日的動作情況。

19∶53∶56.295，保護裝置顯示速斷電流保護動作。A、B相電流分別為Ia=3.6A，Ib=3.2 A（電流速斷定值為Idz1=2.9 A，t1=0.0 s）。

19∶53∶59.360，保護裝置顯示重合閘動作。

19∶53∶59.553，保護裝置顯示母線接地。

19∶54∶00.353，保護裝置顯示過電流保護動作，A相電流為Ia=6.0 A。過電流保護動作后，開關(guān)才完成儲能，已儲能信號復歸，因此不啟動重合閘。

19∶54∶23.073，保護裝置顯示母線接地。

19∶54∶26.345和19∶56∶20.130，保護裝置先后兩次顯示母線接地。

2）9月17日的動作情況。

9∶36∶40.580，手動合閘線路送電。

10∶11∶05.068，保護裝置顯示速斷過流保護動作，A、B相電流分別為Ia=3.3 A，Ib=3.9 A。

10∶11∶08.120，保護裝置顯示重合閘動作。

10∶11∶09.881，保護裝置顯示母線接地。

10∶11∶12.381，保護裝置顯示速斷過流保護動作。B、C兩相電流分別為Ib=3.4 A，Ic=3.9A。

10∶11∶14.315，保護裝置顯示母線接地。三相電壓和零序電壓分別為 Ua=107.4 V，Ub=44.3 V，Uc= 66.1 V，U0=33.0 V。

3　110 kV乙站10 kV線路保護的動作分析

3.19月16日乙Ⅰ線保護的動作分析

19∶54∶19.458、19∶54∶19.861和19∶54∶23.040，乙站甲乙Ⅰ線保護裝置先后3次發(fā)生A相過電流保護動作，A相故障電流均為0.9 A，電壓和電流情況如表1所示。

19∶54∶19.973，乙Ⅰ線路保護的A相過電流保護動作。A相電流為Ia=0.8 A，三相電壓和零序電壓分別為Ua=36.5 V，Ub=63.7 V，Uc=94.8 V，U0=25.9 V。

以上兩點說明，故障發(fā)生時，乙Ⅰ線中A相電流和甲乙Ⅰ線中A相電流吻合。同時，A相電壓沒有完全跌落到零，B相電壓沒有明顯升高。由此判斷，乙站乙Ⅰ線A相與甲乙Ⅰ線A相存在經(jīng)過渡電阻的間隙性接地現(xiàn)象，屬于跨線相間高阻接地短路。

表1　甲乙I線保護裝置動作時刻報文信息

3.29月16日乙Ⅱ線保護的動作分析

19∶53∶56.295，乙站乙Ⅱ線速斷保護動作，三相電流分別為Ia=3.6 A，Ib=3.2 A，Ic=0.3 A，即A、B兩相故障。

19∶53∶55.973，乙站甲乙Ⅰ線A相過流保護動作，A相電流為Ia=1.1 A；19∶53∶59.553，乙Ⅱ線保護顯示母線接地；19∶54∶00.353，乙Ⅱ線A相過流保護動作。

以上兩點說明，一方面甲乙Ⅰ線只有A相存在電流，且10 kV母線存在零序電壓，判斷甲乙Ⅰ線A相存在間歇性接地現(xiàn)象。另一方面，乙Ⅱ線發(fā)生的故障屬于A、B相間接地故障，后經(jīng)查實乙Ⅱ線的分支線4號桿有樹木傾斜碰到導線。

3.39月17日乙Ⅰ線保護的動作分析

在09∶30和09∶36左右，分別手動合上乙Ⅰ線開關(guān)1054和乙Ⅱ線開關(guān)1059進行恢復送電。

10∶11∶04.960、10∶11∶05.050、10∶11∶05.120和10∶11∶05.768，甲乙Ⅰ線保護裝置先后4次顯示過電流保護動作，電壓、電流情況詳見表2。

表2　甲乙I線保護裝置動作時刻報文信息

10∶11∶05.068，乙Ⅱ線保護裝置速斷保護動作，A、B兩相存在故障電流。10∶11∶09.881，保護裝置顯示母線接地。10∶11∶12.381，保護裝置顯示速斷過流保護動作，B、C兩相存在故障電流。

10∶11∶08.656，乙Ⅰ線保護裝置報文顯示母線接地，A、B電流分別為Ia=0.8A，Ib=0.5 A。10∶11∶15.620，乙Ⅰ線保護裝置再次顯示母線接地，B相電流為Ib= 0.3 A。三相電壓和零序電壓分別為Ua=104.4 V，Ub= 46.1 V，Uc=62.8 V，U0=46.9 V。此時C相電壓沒有明顯升高，A相電壓升為線電壓，所以乙Ⅰ線A相接地消除。

以上三點說明，甲乙Ⅰ線A相仍然存在間歇性接地現(xiàn)象；在乙Ⅰ線和乙Ⅱ線恢復送電后，乙Ⅱ線的分支線上仍然有樹木傾斜碰到導線；乙Ⅰ線存在A、B兩相接地短路發(fā)展為B相經(jīng)過渡電阻接地短路現(xiàn)象，經(jīng)事后排查發(fā)現(xiàn)乙Ⅰ線確有A相燒斷現(xiàn)象，且該線路B相存在接地點。

4　110 kV乙站10 kV線路保護動作原因分析

9月16日的19∶54左右，乙Ⅰ線A相與甲乙Ⅰ線A相存在經(jīng)過渡電阻的間隙性接

5　結(jié)語

在“海鷗”臺風期間，110 kV乙站10 kV線路發(fā)生多次接地故障。梳理故障發(fā)生時保護裝置動作過程，通過對比相鄰多條10 kV線路的保護動作報文分析，驗證了保護裝置動作邏輯的正確性。臺風期間這些接地故障雖然很常見，但是其具有同時發(fā)生、多點出現(xiàn)、間隙持續(xù)、高阻接地、分析復雜等多種特點。為繼電保護專業(yè)人員開展復雜性的故障分析工作提供學習素材和分析方法。

［1］袁華，張雄.10 kV線路接地故障原因分析及防范措施［J］.湖北電力，2011，35（3）：47-49.

［2］尤田柱.配電線路接地短路故障調(diào)查分析［J］.吉林電力，2000 （5）：28-29.

［3］周玉超.配電網(wǎng)接地故障原因分析及處理［J］.農(nóng)村電氣化，2004 （11）：41-41.

［4］徐波，張建文，蔡旭，等.電網(wǎng)不對稱條件下小電流接地系統(tǒng)接地相辨識［J］.電工技術(shù)學報，2011，26（12）：175-182.

［5］高升宇.用配網(wǎng)接地故障波形分析推斷故障原因的研究［J］.華東電力，2001，29（12）：14-18.

M ulti-point Ground Faults of 10 kV Lines during the Typhoon

LIU Zhipeng
（Electric Power Dispatching Control Center，Hainan Power Gird Corporation，Haikou 570203，China）

Actions of relay protections played a crucial role on the security and stability of power systems during the typhoon. The research on detail actions of 10 kV line protections in the 110 kV substation when multi-point ground faults happed was made.Operationmodesof thissubstation before faultsand action processesof10 kV line protectionsafter faultswere analyzed.The validity of the action logic of 10 kV line protectionswas verified by the comparison of actionmessageswith adjacent 10 kV line protections.Implementation procedures ofmulti-pointground faultsof10 kV lineswere concluded in detailduring this event.

transformer；voltage drop；ground fault；high resistance；intermittency

TM726

B

1007－9904（2016）03－0038－03

2015-10-24

劉志鵬（1983），男，博士，工程師，從事分布式發(fā)電、電動汽車、低頻減載和最優(yōu)潮流以及繼電保護專業(yè)方面的研究工作。