一起罕见的主变后备保护动作事件分析及探讨

陈希

摘 要：文章从一起罕见的保护动作事件出发，较深入地分析其动作过程及原因，发现其动作与电容电流不熄弧有关，并举一反三，提出改进措施，为提高电网运行的安全性与可靠性提供借鉴。

关键词：变电站；后备保护；小电流接地系统；电容电流；事故分析

1 事故概述

2014年4月29日，我市某110kV线路（文中简称D线）发生单相瞬时性故障，系统电源侧某站（文中简称A站）线路保护距离、零序I段均动作并检无压重合成功。负荷侧某站（文中简称B站）主变高后备动作，跳三侧，线路保护未动作，B站备自投检测到母线无压后，合F线，形成C站至A站的电磁环网。

2 故障前运行方式

B站由D线供电，F线为备用电源，在B站开环，B站投入110kV备自投。

3 动作行为分析

3.1 A站D线动作分析

D线线路发生瞬时性接地故障，A站110kV侧主变中性点接地，反应出明显的接地故障电流，故翁江侧保护动作为正确动作。

3.2 B站D线动作分析

由于考虑到直流偏磁对主变的影响，B站主变中性点为不接地运行方式，当D线发生故障后，在B主变与线路间并不能形成零序网络，零序电流不能流通，反应线路接地故障的距离、零序保护均无故障量，故线路保护正常不动作。

3.3 B站主变动作分析

D线发生接地故障时，A站侧保护跳闸后，因B站110kV为不接地系统，应无故障电流，故障立即消失。正常情况下，B站线路、主变保护均无需动作，可通过A站D线重合闸恢复供电。

录波图显示：D线B相持续存在微小的故障电流，经分析此故障电流仅为电容电流，由于B站小电源作用维持D线线路一定电压，D线维持弧光接地，因此，B站保护能反应的故障量仅为主变中性点的零序过电压保护，110kV系统中性点零序电压有效值达到200V，且持续存在，导致官渡站主变110kV中性点零序过压保护动作，跳开主变三侧开关。

4 小电流接地系统故障电流分析

因电容电流不熄弧导致主变后备保护跳闸，在韶关电网为首例，检索相关科技文献亦未找到类似案例。

根据《电力系统设计手册一次部分》，小电流接地系统发生单相接地时，架空线路电容电流估算方法：

有架空地线金属杆塔：Ic=1.1×3.3×U×L/1000（A）；

其中U为额定线电压（kV）；L为线路长度（kM）；1.1为系数

B站D线线路长度8.876km，G线全长20.633km，B站110kV系统中性点不接地，不接地系统在单相接地后，故障电流为线路电容电流之和。

故流过线路故障点电容电流估算值为：

Ic=1.1×3.3×110×（8.876+20.633）/1000=11.783A

结合录波图，线路故障点实际流过电容电流为：0.1152×120=13.824A，考虑到实际架空线路有混搭水泥杆杆塔架设可能，故实际故障点电容电流略大于计算值。本次故障，由于无110kV系统接地相关电容电流数据可借鉴，故参考10kV单相接地电容电流数据，规范《过电压及绝缘配合》，在3～66kV线路，若接地电容电流大于10A，则需在中性点加消弧线圈补偿入地电容电流，达到故障点熄弧目的。显然，此次故障故障点电容电流大于10A，且110kV主变中性点未装设消弧线圈，故不能自动熄弧。

5 建议

综合上述分析，本次线路故障，各保护均为正确动作，但从一次系统考虑，此次故障造成了B站主变后备跳闸，不利于110kV线路重合闸、备自投恢复供电，对系统可靠性供电产生了一定的影响。

为避免类似事故的再次发生，作者提出以下建议：

（1）若输电线路综合长度大于12.5km，需要整改。若110kV变电站不接地且有小水电上网，110kV线路单相接地电源侧开关跳开后，考虑充分的裕度，线路自动熄弧的电容电流取5A，根据线路接地电容电流计算公式可推算出在该电流下综合线路长度约为12.5km（包括该站其他110kV热备用出线），若该站综合线路综合长度小于12.5km，可不采取整改措施。若线路综合长度大于12.5km，可将该站接地方式改为中性点接地方式。

（2）加装中性点加消弧线圈补偿入地电容电流，达到故障点熄弧目的。

（3）线路配备光纤差动保护，更好地反应故障电流，保证线路切除故障而非通过主变保护动作。故障线路D配备的是长园南瑞的ISA-311G线路保护，故障时零序保护投入，零序过流I段定值11.17A（一次值6700）；零序过流II段定值3A（一次值1800），0.4s；零序过流III段定值1.83A（一次值1100），1.2s；零序过流IV段定值0.46A（一次值280），1.5s；零序过流加速定值1A。这些一次值根据韶关电网零序电网计算所得经验值。这次事故中，A线路A相电流0.03A，B相电流0.15A，C相电流0.02A，未达到保护的整定值，保护未动作。因此，可以考虑线路配备光纤差动保护，合理整定起动元件定值，从而避免此类事故再次发生。

（4）若110kV变电站不接地，但该站后面串供有110kV中性点接地变电站时，可不采取整改措施。

参考文献

[1]何仰赞，温增银.电力系统分析（下册）（第三版）[M].华中科技大学出版社，2002.

[2]姚春球，杨盘兴，陈小虎.发电厂电气部分[M].中国电力出版社，2007.

[3]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].中国电力出版社，2005.

[4]深圳南瑞科技有限公司.ISA-300变电站综合自动化系统技术使用说明书Ver3.11（修订版）[S].