220 kV线路单相断线故障分析与处理

张加贝，陈汝昌，王帮灿

(云南电力调度控制中心，昆明 650011)

220 kV线路单相断线故障分析与处理

张加贝，陈汝昌，王帮灿

(云南电力调度控制中心，昆明 650011)

用对称分量法对单相断线故障进行理论分析，得出断线相各序电流与断线前的负荷电流成正比的结论。指出若轻载或空载线路发生此类故障，由于零序电流较小保护装置可能不动作的情况。结合一起220 kV线路单相断线的实际案例，分析单相断线故障对实际电网造成的影响及保护未动作的原因，详细介绍调度员综合故障信息对故障的判断及处置过程，为今后调度员处理此类故障提供了宝贵经验。

单相断线；故障；调度；保护；处置

0 前言

电力系统的实际运行经验表明，在高压电网的线路短路故障中，单相接地故障占绝大多数[1-3]，而且故障大多都是瞬时故障，重合闸动作成功率高，不会对电网造成影响。而单相断线且不接地这种纵向不对称故障在220 kV电压等级以上电网的实际运行中很罕见，经统计2009年至2013年在云南省调管辖的主网线路故障近1 000起，其中单相断线故障仅1起。在线路非全相运行时，由于系统的不对称性，将产生零序和负序电流，可能导致发电机过热和绝缘损坏，影响机组出力，同时还会对通信系统、继电保护装置造成影响。文献 [4-9]虽然分析了很多单相断线故障案例，但大部分是针对110 kV线路断线的情况进行讨论，并且侧重点是如何改进保护算法，以便更好、更快地发现切除故障，对于保护装置未动作以及调度如何判断并处置的案例涉及较少。

用对称分量法对单线断线故障按给定负荷电流的条件进行理论分析，确定了此类故障的电气量特征，得出结论。然后由一起220 kV线路B相断线故障展开，分析了单相断线对电网造成的影响及保护装置配置与行为，详细介绍了调度对此故障的分析、判断及处理，梳理出调度处理难点和风险点，并对单相断线故障进行总结，给出建议。

1 单相断线故障的理论分析

假设在中性点直接接地系统中XY处发生A相断线，如图1所示。可以看出故障处的边界条件为式 (1)。

图1 A相断线

将A相断线的边界条件用序分量表示为：

计及式 (3)，可得：

断相处实际的正序电流应加上断相前的负荷电流，则断相处实际各序电流如公式 (6)所示。

由上式可以得出结论：电网网络结构确定时，断线相各序电流均与断相前的负荷电流成正比，负荷电流越小，断相后各序电流相应也越小。

按照保护装置识别故障的零序电流来分析，断相前如果线路潮流较重，断相后产生的零序电流较大，能够达到保护装置动作值，保护装置能识别并快速切除故障，现场运行人员及调度员便能快速应对。若线路潮流较轻时发生故障，零序电流可能还达不到保护装置的启动条件，更谈不上零序Ⅲ、Ⅳ段动作出口，一旦没有保护动作跳闸情况，现场监控也没有异常告警，运行人员很难从监视的众多信号中发现疑点，系统的非全相运行将影响电网安全。

2 实例分析

故障前地区电网接线如图2所示，220 kV甲变-220 kV乙变-220 kV丙变3个变电站合环运行。之前220 kV甲乙线已经出现#112塔B相双分裂引流线的其中一分裂导线脱出的线路缺陷，因该塔段属于雪山段，抢修人员不能达到现场，未能消缺。此缺陷出现后，经过供电局和省调专业人员核算，要求缺陷处好前，220 kV甲乙线+ 220 kV甲丙线、220 kV甲乙线+220 kV乙丙线断面均按180 MW控制，故障前2条220 kV线路潮流相对较轻。

图2 地区电网接线图

220 kV甲乙线潮流在18：20左右出现突变降低，由90 MW降至55 MW，220 kV甲丙线和220 kV乙丙线潮流同一时刻有所增加，220 kV甲丙线由78 MW增加至111 MW，220 kV乙丙线由89 MW增加至122 MW，见图2。在此18：20时间段220 kV甲变电站和丙变电站的主变上网潮流没有大的波动，地调也没有110 kV网络的操作。

图3 各220 kV线路潮流

结合地调汇报的情况，省调通知220 kV乙变开展检查，结果220 kV甲乙线A相电流为182 A，B相为50.65 A，C相为168 A，220 kV甲变检查220 kV甲乙线 A相电流为180.94 A，B相仅为24.83 A，C相为202.97 A。由此看出，两侧变电站B相电流已经与AC两相出现明显不平衡。结合此前220 kV甲乙线B相已经有导线断股情况，且220 kV甲乙线潮流降低了约1/3的情况，此时调度员初步怀疑220 kV甲乙线B相已经断线。但还需要进行详细的分析并进行佐证，排除线路断股或测控装置异常的可能。

3 对故障的分析判断及处置

3.1 通过保护配置进行分析判断

220 kV甲乙线保护为双重化配置，采用的是南京南瑞继保电气有限公司RCS-931BMV和RCS -902BFZ型型保护装置。RCS-931BMV型保护装置内保护配置为：分相电流差动、零序电流差动、工频变化量距离、三段式接地距离、三段式相间距离、自动重合闸；RCS-902BFZ型保护装置内保护配置为：纵联距离、纵联零序方向、工频变化量距离、三段式接地距离、三段式相间距离、自动重合闸。

接到汇报后，调度员反复询问220 kV甲乙线的两侧变电站是否有保护装置启动或出口，但现场明确答复保护均未启动，同时监控后台也无异常告警。调度员分析220 kV甲乙线如果B相断线且没有接地，则线路两侧无差流，则 RCS-931BMV主保护不会动作。根据单相断线故障的理论分析结果，线路非全相运行虽有零序电流产生，RCS-902BFZ纵联零序方向保护有可能动作。经查询该线路的定值单，电流变化量启动值、零序启动电流二次值为0.5 A，折算到一次侧仅为160 A(CT变比320)。综上调度员判断由于断线时负荷较轻可能达不到零序电流的启动值而保护未启动，线路保护装置及现场人员汇报不存在问题。

3.2 利用潮流变化进行分析判断

假若220 kV甲乙线发生B相断线而不是断股，那么调整此线路的潮流则B相电流应不发生变化。于是调度员考虑调减220 kV甲变的上网潮流约20 MW负荷来进行验证，见图2中22：20时间点。调减后，220 kV甲乙线两侧A、C相电流随潮流变化，但是B相电流不变，同时220 kV甲丙线及220 kV乙丙线则ABC三相电流都随之变化，至此调度员判断220 kV甲乙线确已断线，线路两侧B相电流应该是空充两截空导线所产生的，同时也排除了220 kV甲乙线B相断股及两侧因测控装置或者电流采集设备缺陷导致B相电流显示不对的可能。

3.3 故障处置

由于单相断线造成220 kV甲乙线非全相运行，一旦再发生220 kV乙丙线或甲丙线跳闸情况，220 kV甲乙线潮流加重，零序电流将达到保护出口定值而保护动作跳闸，造成甲、丙地区电网解列，发生大面积停电事故的严重后果。为了进一步验 “两侧B相电流应该是空充两截空导线所产生”的结论，220 kV甲乙线停电前后，记录了220 kV甲乙线220 kV甲变侧断路器解环前后220 kV乙变侧ABC三相电流情况。

表1 220 kV甲乙线三相电流

从表1中看出，B相电流无变化，且220 kV乙变A、C相充电电流 (76 A)与两侧变电站B相充电电流之和 (50.65 A+24.83 A)基本上一致，再一次验证了调度员判断的正确性。随后省调操作 220 kV甲乙线停处冷备用状态待后续查线。

4 调度处置难点及经验

1)本次故障220 kV甲乙线断线前潮流较小，根据对保护录波的分析，断线后零序电流为0.305 A达不到保护的启动值0.5 A，零序保护不会启动。于是220 kV甲乙线断线后两侧保护装置均未启动，更不能动作出口跳闸。缺陷处置的难点在于现场不能提供相应的保护信息及故障录波情况，对于分析故障、处理缺陷带来了难度，影响了对于缺陷的判断和处理速度。

2)应充分评估异常或缺陷造成的系统运行风险，及时、全面获取缺陷相关的信息，帮助现场运维单位分析缺陷，同时也要敦促运维单位及时对缺陷分析判断，达到既降低系统运行风险。

5 结束语

1)单相断线故障，断线相的零序电流与断相前的负荷电流成正比，负荷电流越小，断相后零序电流相应也越小。在线路空载或轻载时，断相后保护装置可能不动作，也不发任何告警。

2)保护如果未能及时切除故障，此时电网已经处于紧急状态，调度员不能仅凭没有保护动作就不关注，置之不理。由于其隐蔽性强的特点，表面上看对电网无影响，但其隐患非常大，随时有可能由其他线路N-1故障发展成N-2故障，对于本就接线薄弱的地区电网带来灾难性后果。

3)故障后，可以通过增减断线线路潮流，来观察断线相的电流是否发生变化，以判断线路是否完全断线，若潮流不发生变化则可判断确已断线。如果电网条件允许，也可以断开该线一侧的断路器，验证断线相所载电流是否为线路的充电电流。

4)一旦确认发生单相断线，尽量将此线路潮流调整为0 MW，防止出现因其他线路跳闸而引起潮流转移，断相线路零序电流增加而保护出口跳闸。调度员须将断相线路视为停电设备，并做好N-2的故障预想，防止事故扩大。

5)建议在保护中加入线路断线相应的判据，比如零序电流与负荷电流的突变量、线路电流突变量等，在线路单相断线又达不到跳闸条件时，发告警信号，确保电网安全稳定。

[1] 江苏省电力公司.电力系统继电保护原理及实用技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2] 李光琦.电力系统暂态分析 [M].北京：中国电力出版社，1995.

[3] 李坚.电网运行及调度技术问答 [M].北京：中国电力出版社，2004.

[4] 赵曼勇.线路非全相运行时保护问题探讨 [J].继电器，2003，31(7)：81-83.

[5] 袁浩，王琰，倪益民，等.高压线路保护非全相运行状态下的考虑 [J].电力系统自动化，2010，34(20)：103 -107.

[6] 阳家书，李国友，孙建华.一次110 kV线路单相断线故障的继电保护动作分析 [J].继电器，2007，35(22)：58 -60.

[7] 王志华，郭明叙.断路器本体非全相保护装置故障分析及防范措施 [J].南方电网技术，2013，7(2)：124-126.

[8] 彭建宁，魏莉.110 kV输电线路单相断线故障分析 [J].继电器，2007，35(18)：75-77，81.

[9] 余伟，马艳，毛德拥.输电线路单相断线时的保护行为分析及对策 [J].安徽电力，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

张加贝 (1982)，男，硕士，工程师，云南电力调度控制中心，从事电网调度运行、管理方面工作， (e-mail)zhang.jiabei＠qq.com。

陈汝昌 (1985)，男，学士，工程师，云南电力调度控制中心，从事电网调度运行、管理方面工作，(e-mail)346490316＠qq.com。

王帮灿 (1985)，男，硕士，工程师，云南电力调度控制中心，从事电网调度运行、管理方面工作，(e-mail)278792706＠qq.com。