一起非典型相间短路故障分析

刘京辉，周立辉，孙龙印，王玉岚，马丽萍

（国网浙江省电力公司检修分公司，浙江 杭州 311232)

500 kV凤仪变电站某220 kV线路，因覆冰引起断股导致线路相间故障保护跳闸。线路断股引起的相间放电直至故障通道全部接通是一个短暂的持续过程，属于非典型性相间短路故障，电弧引起的短路类似于经过渡电阻短路，电气特性现象复杂，这给保护的可靠动作切除故障带来很大的考验，本文深入介绍了分析了整个故障过程和保护动作行为。

1 事故简介

2018年1月27日，500 kV凤仪变电站220 kV线路仪安4325线BC相间故障，第一套线路保护高频距离保护动作；第二套线路保护高频方向保护动作，重合闸闭锁，ABC三相跳闸，故障电流5.01 A，两侧继电保护装置动作行为正确。凤仪变侧保护故障测距约26 km，丰安变侧保护故障测距约7 km。凤仪侧TA变比为1600∶1。现场天气：雨夹雪。

25 min后，凤仪侧强送仪安4325线合闸成功。875 ms后，仪安4325线第一套保护高频保护手合加速，距离手合出口，重合闸闭锁，线路ABC三相跳闸。仪安4325线第二套保护仅有启动信息，无相关保护动作信号。

2 事故过程

2.1 第一次故障

14:18:17.235，仪安4325 BC相间故障，第一、第二套线路高频保护均可靠正确动作，重合闸被闭锁，开关三相跳闸。

该线路全长为36.15 km，2套线路保护距离I段保护范围按70%考虑，距离I段保护范围为25.31 km，第1套保护故障测距26.25 km，第2套保护故障测距25.1 km，故障范围均临近距离I段保护范围，同时考虑到过渡电阻影响，可以基本判断2套保护测距基本正确，保护动作行为正确。

表1 仪安4325线路保护配置

2.2 第二次故障

2.2.1 第一阶段

根据RCS901A保护装置记录，15:14:03.918开关三相强送成功，线路跳闸位置由0变为1，如图2所示。

2.2.2 第二阶段

867 ms前开关三相合位，如图2所示。867 ms后，15:14:04.785，南瑞继保RCS901保护启动，15:14:04第1套高频保护手合加速，距离手合出口，如图1所示；260 ms后，15:14:05.045 ABC三相跳闸，强送失败。

图1 第一次BC相间故障波形图

3 强送失败保护动作分析

强送合闸后约867 ms线路再次发生BC相间故障，第一套线路保护CSL101手合后加速动作，开关三相跳闸，线路强送失败，而第二套线路保护RCS901保护未动作出口。

3.1 第一套保护

CSL101保护，当收到对侧高频信号,且本侧开关在跳闸位置（TWJ=1），则延时160 ms发信，同时，当检测到开关跳位开入5 s以上且开关无流，保护启动后立即投入手合加速功能，在此过程中程序将循环计算六种相别阻抗，任一种在Ⅲ段偏移特性动作区内即出口永跳，手合加速的保持时间为装置定值中整组返回时间（4 s），手合加速不利用通道。

四方保护启动时刻约在15:14:04.793，15:14:04.840（47 ms后）高频保护手合加速出口，北京四方保护正确出口动作。

3.2 第二套保护

867 ms前，电流变化量低定值启动发信。RCS901A保护启动元件中配置了电流变化量低定值启动元件，用以启动闭锁式方向保护的发信，其判据为：

式中：ΔIT为内部计算的浮动门槛，启动前断路器分位，可近似按0考虑；ΔIZD为整定的电流变化量启动值。

表2 手合于故障保护动作信息

电流变化量低定值启动元件动作仍进入正常运行程序，低定值启动后不会触发装置录波，因此本次手合初期的波形装置未有记录。

867 ms前即15:14:03.918—15:14:04.785期间，凤仪侧开关短时强送成功，根据表2:15:14:04:00保护收信0→1分析，强送初期凤仪侧“故障电流”电流变化量满足RCS901A的低定值启动条件，造成凤仪侧保护远方启信丰安侧，本侧收信。

由于丰安侧断路器三相分位，保护远方启信，则延时100 ms发信，100 ms进入10 s远方启信回路，持续发信10 s。

867 ms后，因本侧保护一直收到对侧闭锁信号，所以故障发生时纵联保护被闭锁，故保护仅启动，纵联保护不动作。

3.3 南瑞继保手合加速未动作分析

南瑞继保RCS901A手合加速逻辑为，装置线路三相无流，TWJ动作，保护认为线路不在运行，开放准备手合于故障400 ms。本次故障强送后867 ms，线路再次故障，但因保护手合加速程序已退出，故手合加速未动作，南瑞继保保护装置动作行为符合装置原理设计。

4 非典型故障分析

4.1 电弧相间短路

仪安4325线在凤仪侧强送时，因距凤仪侧约26 km处线路C相断股，强送初始时刻为BC相间经电弧大过渡电阻间歇性放电短路，867 ms后BC相间电弧放电通道完全建立，故障重现，如图2所示。

从保护装置动作行为分析，强送初始BC相间经电弧大过渡电阻短路，故障电流较小尚未达到两套保护启动定值，后故障继续发展，达到保护装置启动和动作条件，四方保护由手合后加速保护动作跳开三相开关。

图2 C相断股引起电弧相间短路相间

4.2 距离I段未动作

4.2.1 经过渡电阻短路

过渡电阻Rg一般为纯电阻。假设流过Rg的电流为Ik，流过保护的电流为I，则继电器的测量阻抗为：

式中：ZR为过渡电阻在继电器测量阻抗中引起的附加阻抗，其是由过渡电阻上的压降产生的；Zk为测量阻抗。

4.2.2 过渡电阻对阻抗继电器影响

以单侧电源为例：

Ik与I大小相同，但相位不一定相同，设Ik超前I的角度为θ，对于方向阻抗继电器：

θ>0附加阻抗Za呈阻感性；θ=0附加阻抗Za是纯阻性。影响：区内拒动。

θ＜0附加阻抗Za呈阻容性。影响：区外误动（超越），正向出口短路拒动（死区）。

由图1第一次BC相间故障波形图做如下向量图3，θ=UBCIBC≈ 45°，呈阻感性。

4.2.3 距离I段未动作分析

仪安4325线全长36.15 km，距离I段保护范围按70%考虑，距离I段保护范围为25.31 km，同时考虑该线路距离相对较短，短线路阻抗继电器动作特性圆很小，且电弧短路呈阻感性特征，第1套保护故障测距26.25 km，第2套保护故障测距25.1 km，故障测距虽在距离I段保护范围内，综合考虑阻感性过渡电阻及测量误差等因素影响，距离保护I段不动作，保护动作行为正确。

5 结束语

电网系统以单相接地故障为主，相间故障发生概率相对较小，但对系统安全稳定运行破坏性极大，特别是极端、非典型性故障，如本次寒冷天气导致线路覆冰引起断股异常，过程特殊，现象复杂，给事故后的分析判断带来很大挑战。提高事故异常数据分析、总结能力，全面综合分析事故跳闸信息，是正确处置事故，确保电网及时恢复安全稳定运行的重要保障。