2例110 kV線路故障掉閘分析

段巍釗

國網(wǎng)運(yùn)城供電公司,山西 運(yùn)城 044000

0 引言

繼電保護(hù)裝置用于切除電力系統(tǒng)中的各類故障,但由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性,各種類型故障所產(chǎn)生的現(xiàn)象及后果均有所不同,反映在繼電保護(hù)裝置上所產(chǎn)生的現(xiàn)象通常為不同類型的保護(hù)啟動(dòng)。110 kV及以上系統(tǒng)均為大電流接地系統(tǒng),發(fā)生故障時(shí)應(yīng)快速切除故障[1]。其中,110 kV線路的主保護(hù)為距離保護(hù)與零序電流保護(hù)[2-3]。本文分析了2起110 kV線路距離保護(hù)與零序電流保護(hù)均同時(shí)動(dòng)作的情況,但線路的具體故障特性不同,導(dǎo)致調(diào)度員對(duì)2起事故處理采取了不同的處置措施。

1 110 kV系統(tǒng)的保護(hù)配置情況

某電網(wǎng)110 kV線路配置的接地保護(hù)有零序接地保護(hù)、接地距離保護(hù),其接地距離Ⅰ段、零序Ⅰ段的保護(hù)范圍均按照被保護(hù)線路全長(zhǎng)的80%整定[2],動(dòng)作時(shí)限為0 s或0.3 s。接地距離Ⅱ段、零序Ⅱ段按照保護(hù)線路的全長(zhǎng)整定,動(dòng)作時(shí)限為0.3 s(XZ線)或0.6 s(甲1線)?？紤]經(jīng)濟(jì)性原因,通常情況下,末端變電站的進(jìn)線開關(guān)如圖1或圖2中的201、202開關(guān),均不配置保護(hù)。通過上級(jí)電源側(cè)的101、102開關(guān)保護(hù)動(dòng)作切除故障。當(dāng)故障發(fā)生后,101、102開關(guān)分閘,201、202開關(guān)為合閘。

圖1 110 kV XZ線運(yùn)行方式圖

圖2 110 kV甲站運(yùn)行方式圖

110 kV主變的主保護(hù)為差動(dòng)保護(hù)與瓦斯保護(hù),為避免所接的110 kV線路發(fā)生單相接地時(shí)中性點(diǎn)電壓升高擊穿變壓器絕緣,主變?cè)鲈O(shè)零序電壓保護(hù)即間隙過壓保護(hù),動(dòng)作時(shí)限為0.5 s,保護(hù)動(dòng)作定值取110kV母線PT開口三角形電壓,動(dòng)作值150 V,動(dòng)作邏輯切除主變各側(cè)開關(guān)[4]。

2 事故前運(yùn)行方式及過程

2.1 110 kV XZ線故障掉閘情況

2020年7月,某電網(wǎng)220 kV XXZ站110 k VXZ線101開關(guān)“零序Ⅱ段”“接地距離Ⅱ段”動(dòng)作掉閘,重合成功。110 kV XZ線所接XZ站110 kV 1號(hào)、2號(hào)主變高后備間隙過壓動(dòng)作掉。掉閘后,XZ站110 kV母線電壓為:A相66.7 kV、B相2.7 kV、C相66.6 kV,線電壓為65.4 kV,XZ站110 kV主變以下設(shè)備失壓。110 kV XZ線運(yùn)行方式如圖1所示。

當(dāng)值調(diào)度員初步判定110 kV XZ線發(fā)生線路斷線故障,導(dǎo)致XZ站110 kV B相母線電壓快速降低。此時(shí)XZ站的備供線路110 kV WX線檢修工作結(jié)束,可以將XZ站轉(zhuǎn)移至WX線供電。當(dāng)值調(diào)度員將110 kV XZ線線路兩側(cè)開關(guān)拉開后,通過110 kV WX線轉(zhuǎn)運(yùn)行的方式恢復(fù)了XZ站的供電。

故障發(fā)生后,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)110 kV XZ站站內(nèi)主變無故障,110 kV XZ線67號(hào)桿B相引流線線夾燒斷,B相導(dǎo)線處于懸空位置(110 kV線路運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng),且當(dāng)時(shí)處于夏季高峰負(fù)荷時(shí)期,線路通過潮流較大,接近線路負(fù)載率的85%)。110 kV XZ線經(jīng)過線路消缺、補(bǔ)強(qiáng)后,隨即轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 110 kV甲1線故障情況

2021年1月,某電網(wǎng)220 kV AA站110 kV甲1線101開關(guān)“接地距離Ⅱ段”“零序Ⅱ段”保護(hù)動(dòng)作掉閘,重合成功,110 kV甲1線負(fù)荷由55 MW降至11 MW,檢查甲站110 kV南母C相電壓為7 kV,其余兩相63 kV)3U0為116 V。甲1線兩側(cè)開關(guān)C相電流為20A(其余兩相42A)。甲站所接110 kV用戶反映供電質(zhì)量下降、電壓不平衡。110 kV甲站運(yùn)行方式如圖2所示。

因甲站110 kV轉(zhuǎn)接110 kV用戶屬重要用戶,須盡量減少停電,根據(jù)2020年7月110 kV XZ線故障情況綜合分析,當(dāng)值調(diào)度員試圖用合上甲站110 kV母聯(lián)200開關(guān)、拉開110 kV甲1線201開關(guān)的方式的方式恢復(fù)甲站正常供電。

當(dāng)合上甲站110 kV母聯(lián)200開關(guān)后,220 kV AA站110 kV甲1線101開關(guān) “接地距離Ⅱ段”“零序Ⅱ段”保護(hù)動(dòng)作掉閘,重合成功,110 kV甲2線102開關(guān)“接地距離Ⅱ段”“零序Ⅱ段”保護(hù)動(dòng)作掉閘,重合復(fù)掉。當(dāng)值調(diào)度員判斷故障點(diǎn)位于甲站110 kV甲1線201開關(guān)側(cè),最終將110 kV甲1線退出運(yùn)行后,通過110 kV甲2線恢復(fù)對(duì)甲站的供電。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn),110 kV甲1線線路無故障,110 kV甲站站內(nèi)110 kV甲1線的201開關(guān)線路側(cè)201隔離開關(guān)與線路龍門架構(gòu)間C相引流線斷,分別懸空或搭掛至隔離開關(guān)基座上。

3 事故分析

3.1 2例線路故障現(xiàn)象分析

2例線路事故保護(hù)動(dòng)作情況一致,但由于線路所供饋線端變電站主變保護(hù)動(dòng)作的不同,導(dǎo)致其不同的事故影響。2例事故的故障點(diǎn)如圖3所示。

圖3 110 kV XZ線、甲1線故障點(diǎn)示意圖

可以看出2例故障的區(qū)別在于110 kV XZ線因67號(hào)桿B相引流線線夾燒斷后導(dǎo)致B相導(dǎo)線斷線且導(dǎo)線懸空,未與桿塔或地面接觸。

而110 kV甲1線線路因甲站站內(nèi)的201開關(guān)線路側(cè)201隔離開關(guān)與線路龍門架構(gòu)間C相引流線斷,兩側(cè)引流線分別懸空或搭掛至隔離開關(guān)基座上。110 kV甲1線故障點(diǎn)情況如圖4所示。

圖4 110 kV甲1線故障點(diǎn)情況

對(duì)于110 kV甲1線故障情況,由引線斷開點(diǎn)分裂為2個(gè)系統(tǒng):斷開點(diǎn)至甲1線線路為110 kV甲1線線路B相斷線運(yùn)行,斷開點(diǎn)至甲站主變側(cè)為站內(nèi)B相高壓側(cè)接地。對(duì)于此時(shí)甲2線,當(dāng)110 kV分段200開關(guān)合閘時(shí),甲1線與甲2線合環(huán)運(yùn)行,相當(dāng)于甲2線直接送至故障接地點(diǎn),保護(hù)裝置顯示甲2線102開關(guān)“接地距離Ⅱ段”“零序Ⅱ段”保護(hù)動(dòng)作掉閘,重合復(fù)掉,與故障點(diǎn)情況相符。

某電網(wǎng)110 kV系統(tǒng)站的主變中性點(diǎn)不接地運(yùn)行,當(dāng)區(qū)外發(fā)生故障時(shí),通過主變間隙過壓保護(hù)動(dòng)作,切除主變各側(cè)開關(guān),以達(dá)到保護(hù)主變的目的。主變間隙過壓保護(hù)取的保護(hù)電壓為各站內(nèi)的110 kV母線PT的開口三角形電壓。110 kV XZ站、甲站站內(nèi)主變保護(hù)情況的不同在于線路故障后造成的站內(nèi)接地情況不同。而計(jì)算出發(fā)生故障時(shí)站內(nèi)的母線PT開口三角形電壓會(huì)為主變間隙保護(hù)提供動(dòng)作依據(jù)。

3.2 2例線路故障向量分析

圖5 110 kV系統(tǒng)斷線示意圖

圖6 PT開口三角形電壓示意圖

利用對(duì)稱分量法[5-6],以A相斷線為例。因低壓側(cè)為三角形接線,則低壓側(cè)三相繞組電壓相量和為0。因此,由圖6可得:

(1)

(2)

又因A相斷線,所以可得:

(3)

又得出:

(4)

(5)

而XZ站110 kV主變的間隙過壓定值為150 V,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置檢查故障發(fā)生時(shí),保護(hù)動(dòng)作值為158 V,達(dá)到保護(hù)啟動(dòng)條件,XZ站主變間隙過壓保護(hù)動(dòng)作切除主變。

對(duì)于110 kV甲1線單相斷線且甲站接地示意圖如圖7所示。

圖7 單相斷線接地示意圖

(6)

達(dá)不到XZ站110 kV主變的間隙過壓定值150 V,甲站內(nèi)主變間隙過壓保護(hù)不動(dòng)作。

由以上分析得出,110 kV線路發(fā)生故障掉閘伴隨線路所接主變間隙保護(hù)動(dòng)作同時(shí)動(dòng)作的情況,調(diào)度員應(yīng)初步判定為線路發(fā)生故障,且無論線路重合閘動(dòng)作與否都應(yīng)視為線路存在斷線隱患,應(yīng)立即將線路退出運(yùn)行,并通過備供線路恢復(fù)變電站供電且不能通過合解環(huán)方式恢復(fù),避免備供線路合環(huán)于故障線路處引起伴生故障。

根據(jù)上述事故復(fù)盤及分析,本文所述2次故障后發(fā)生的3起110 kV線路故障伴隨變電站間隙保護(hù)動(dòng)作的情況,調(diào)度員均通過上述方式恢復(fù)了變電站供電。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)通常為線路發(fā)生永久性故障,如線路斷線或異物搭掛等,變電站站內(nèi)并無故障存在。

4 結(jié)束語

對(duì)于110 kV電力線路經(jīng)常發(fā)生的單相接地故障,在未能判斷具體故障點(diǎn)的情況,如線路是否接地或者線路懸空,都可能對(duì)線路所帶變電站產(chǎn)生不同的影響,這都會(huì)對(duì)調(diào)度員處理事故造成困擾。本文分析了某電網(wǎng)2例110 kV線路的類似故障,針對(duì)其所帶變電站主變保護(hù)動(dòng)作情況的不同,采取了不同的處置措施,為調(diào)度員處理相似事故提供了理論依據(jù)。