張加貝，陳汝昌，王幫燦

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

220 kV線路單相斷線故障分析與處理

張加貝，陳汝昌，王幫燦

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

用對(duì)稱分量法對(duì)單相斷線故障進(jìn)行理論分析，得出斷線相各序電流與斷線前的負(fù)荷電流成正比的結(jié)論。指出若輕載或空載線路發(fā)生此類故障，由于零序電流較小保護(hù)裝置可能不動(dòng)作的情況。結(jié)合一起220 kV線路單相斷線的實(shí)際案例，分析單相斷線故障對(duì)實(shí)際電網(wǎng)造成的影響及保護(hù)未動(dòng)作的原因，詳細(xì)介紹調(diào)度員綜合故障信息對(duì)故障的判斷及處置過(guò)程，為今后調(diào)度員處理此類故障提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

單相斷線；故障；調(diào)度；保護(hù)；處置

0 前言

電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在高壓電網(wǎng)的線路短路故障中，單相接地故障占絕大多數(shù)[1-3]，而且故障大多都是瞬時(shí)故障，重合閘動(dòng)作成功率高，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成影響。而單相斷線且不接地這種縱向不對(duì)稱故障在220 kV電壓等級(jí)以上電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中很罕見，經(jīng)統(tǒng)計(jì)2009年至2013年在云南省調(diào)管轄的主網(wǎng)線路故障近1 000起，其中單相斷線故障僅1起。在線路非全相運(yùn)行時(shí)，由于系統(tǒng)的不對(duì)稱性，將產(chǎn)生零序和負(fù)序電流，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過(guò)熱和絕緣損壞，影響機(jī)組出力，同時(shí)還會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)、繼電保護(hù)裝置造成影響。文獻(xiàn) [4-9]雖然分析了很多單相斷線故障案例，但大部分是針對(duì)110 kV線路斷線的情況進(jìn)行討論，并且側(cè)重點(diǎn)是如何改進(jìn)保護(hù)算法，以便更好、更快地發(fā)現(xiàn)切除故障，對(duì)于保護(hù)裝置未動(dòng)作以及調(diào)度如何判斷并處置的案例涉及較少。

用對(duì)稱分量法對(duì)單線斷線故障按給定負(fù)荷電流的條件進(jìn)行理論分析，確定了此類故障的電氣量特征，得出結(jié)論。然后由一起220 kV線路B相斷線故障展開，分析了單相斷線對(duì)電網(wǎng)造成的影響及保護(hù)裝置配置與行為，詳細(xì)介紹了調(diào)度對(duì)此故障的分析、判斷及處理，梳理出調(diào)度處理難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并對(duì)單相斷線故障進(jìn)行總結(jié)，給出建議。

1 單相斷線故障的理論分析

假設(shè)在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中XY處發(fā)生A相斷線，如圖1所示?？梢钥闯龉收咸幍倪吔鐥l件為式 (1)。

圖1 A相斷線

將A相斷線的邊界條件用序分量表示為：

計(jì)及式 (3)，可得：

斷相處實(shí)際的正序電流應(yīng)加上斷相前的負(fù)荷電流，則斷相處實(shí)際各序電流如公式 (6)所示。

由上式可以得出結(jié)論：電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定時(shí)，斷線相各序電流均與斷相前的負(fù)荷電流成正比，負(fù)荷電流越小，斷相后各序電流相應(yīng)也越小。

按照保護(hù)裝置識(shí)別故障的零序電流來(lái)分析，斷相前如果線路潮流較重，斷相后產(chǎn)生的零序電流較大，能夠達(dá)到保護(hù)裝置動(dòng)作值，保護(hù)裝置能識(shí)別并快速切除故障，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員及調(diào)度員便能快速應(yīng)對(duì)。若線路潮流較輕時(shí)發(fā)生故障，零序電流可能還達(dá)不到保護(hù)裝置的啟動(dòng)條件，更談不上零序Ⅲ、Ⅳ段動(dòng)作出口，一旦沒(méi)有保護(hù)動(dòng)作跳閘情況，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控也沒(méi)有異常告警，運(yùn)行人員很難從監(jiān)視的眾多信號(hào)中發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn)，系統(tǒng)的非全相運(yùn)行將影響電網(wǎng)安全。

2 實(shí)例分析

故障前地區(qū)電網(wǎng)接線如圖2所示，220 kV甲變-220 kV乙變-220 kV丙變3個(gè)變電站合環(huán)運(yùn)行。之前220 kV甲乙線已經(jīng)出現(xiàn)#112塔B相雙分裂引流線的其中一分裂導(dǎo)線脫出的線路缺陷，因該塔段屬于雪山段，搶修人員不能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)，未能消缺。此缺陷出現(xiàn)后，經(jīng)過(guò)供電局和省調(diào)專業(yè)人員核算，要求缺陷處好前，220 kV甲乙線+ 220 kV甲丙線、220 kV甲乙線+220 kV乙丙線斷面均按180 MW控制，故障前2條220 kV線路潮流相對(duì)較輕。

圖2 地區(qū)電網(wǎng)接線圖

220 kV甲乙線潮流在18：20左右出現(xiàn)突變降低，由90 MW降至55 MW，220 kV甲丙線和220 kV乙丙線潮流同一時(shí)刻有所增加，220 kV甲丙線由78 MW增加至111 MW，220 kV乙丙線由89 MW增加至122 MW，見圖2。在此18：20時(shí)間段220 kV甲變電站和丙變電站的主變上網(wǎng)潮流沒(méi)有大的波動(dòng)，地調(diào)也沒(méi)有110 kV網(wǎng)絡(luò)的操作。

圖3 各220 kV線路潮流

結(jié)合地調(diào)匯報(bào)的情況，省調(diào)通知220 kV乙變開展檢查，結(jié)果220 kV甲乙線A相電流為182 A，B相為50.65 A，C相為168 A，220 kV甲變檢查220 kV甲乙線 A相電流為180.94 A，B相僅為24.83 A，C相為202.97 A。由此看出，兩側(cè)變電站B相電流已經(jīng)與AC兩相出現(xiàn)明顯不平衡。結(jié)合此前220 kV甲乙線B相已經(jīng)有導(dǎo)線斷股情況，且220 kV甲乙線潮流降低了約1/3的情況，此時(shí)調(diào)度員初步懷疑220 kV甲乙線B相已經(jīng)斷線。但還需要進(jìn)行詳細(xì)的分析并進(jìn)行佐證，排除線路斷股或測(cè)控裝置異常的可能。

3 對(duì)故障的分析判斷及處置

3.1 通過(guò)保護(hù)配置進(jìn)行分析判斷

220 kV甲乙線保護(hù)為雙重化配置，采用的是南京南瑞繼保電氣有限公司RCS-931BMV和RCS -902BFZ型型保護(hù)裝置。RCS-931BMV型保護(hù)裝置內(nèi)保護(hù)配置為：分相電流差動(dòng)、零序電流差動(dòng)、工頻變化量距離、三段式接地距離、三段式相間距離、自動(dòng)重合閘；RCS-902BFZ型保護(hù)裝置內(nèi)保護(hù)配置為：縱聯(lián)距離、縱聯(lián)零序方向、工頻變化量距離、三段式接地距離、三段式相間距離、自動(dòng)重合閘。

接到匯報(bào)后，調(diào)度員反復(fù)詢問(wèn)220 kV甲乙線的兩側(cè)變電站是否有保護(hù)裝置啟動(dòng)或出口，但現(xiàn)場(chǎng)明確答復(fù)保護(hù)均未啟動(dòng)，同時(shí)監(jiān)控后臺(tái)也無(wú)異常告警。調(diào)度員分析220 kV甲乙線如果B相斷線且沒(méi)有接地，則線路兩側(cè)無(wú)差流，則 RCS-931BMV主保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。根據(jù)單相斷線故障的理論分析結(jié)果，線路非全相運(yùn)行雖有零序電流產(chǎn)生，RCS-902BFZ縱聯(lián)零序方向保護(hù)有可能動(dòng)作。經(jīng)查詢?cè)摼€路的定值單，電流變化量啟動(dòng)值、零序啟動(dòng)電流二次值為0.5 A，折算到一次側(cè)僅為160 A(CT變比320)。綜上調(diào)度員判斷由于斷線時(shí)負(fù)荷較輕可能達(dá)不到零序電流的啟動(dòng)值而保護(hù)未啟動(dòng)，線路保護(hù)裝置及現(xiàn)場(chǎng)人員匯報(bào)不存在問(wèn)題。

3.2 利用潮流變化進(jìn)行分析判斷

假若220 kV甲乙線發(fā)生B相斷線而不是斷股，那么調(diào)整此線路的潮流則B相電流應(yīng)不發(fā)生變化。于是調(diào)度員考慮調(diào)減220 kV甲變的上網(wǎng)潮流約20 MW負(fù)荷來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，見圖2中22：20時(shí)間點(diǎn)。調(diào)減后，220 kV甲乙線兩側(cè)A、C相電流隨潮流變化，但是B相電流不變，同時(shí)220 kV甲丙線及220 kV乙丙線則ABC三相電流都隨之變化，至此調(diào)度員判斷220 kV甲乙線確已斷線，線路兩側(cè)B相電流應(yīng)該是空充兩截空導(dǎo)線所產(chǎn)生的，同時(shí)也排除了220 kV甲乙線B相斷股及兩側(cè)因測(cè)控裝置或者電流采集設(shè)備缺陷導(dǎo)致B相電流顯示不對(duì)的可能。

3.3 故障處置

由于單相斷線造成220 kV甲乙線非全相運(yùn)行，一旦再發(fā)生220 kV乙丙線或甲丙線跳閘情況，220 kV甲乙線潮流加重，零序電流將達(dá)到保護(hù)出口定值而保護(hù)動(dòng)作跳閘，造成甲、丙地區(qū)電網(wǎng)解列，發(fā)生大面積停電事故的嚴(yán)重后果。為了進(jìn)一步驗(yàn) “兩側(cè)B相電流應(yīng)該是空充兩截空導(dǎo)線所產(chǎn)生”的結(jié)論，220 kV甲乙線停電前后，記錄了220 kV甲乙線220 kV甲變側(cè)斷路器解環(huán)前后220 kV乙變側(cè)ABC三相電流情況。

表1 220 kV甲乙線三相電流

從表1中看出，B相電流無(wú)變化，且220 kV乙變A、C相充電電流 (76 A)與兩側(cè)變電站B相充電電流之和 (50.65 A+24.83 A)基本上一致，再一次驗(yàn)證了調(diào)度員判斷的正確性。隨后省調(diào)操作 220 kV甲乙線停處冷備用狀態(tài)待后續(xù)查線。

4 調(diào)度處置難點(diǎn)及經(jīng)驗(yàn)

1)本次故障220 kV甲乙線斷線前潮流較小，根據(jù)對(duì)保護(hù)錄波的分析，斷線后零序電流為0.305 A達(dá)不到保護(hù)的啟動(dòng)值0.5 A，零序保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)。于是220 kV甲乙線斷線后兩側(cè)保護(hù)裝置均未啟動(dòng)，更不能動(dòng)作出口跳閘。缺陷處置的難點(diǎn)在于現(xiàn)場(chǎng)不能提供相應(yīng)的保護(hù)信息及故障錄波情況，對(duì)于分析故障、處理缺陷帶來(lái)了難度，影響了對(duì)于缺陷的判斷和處理速度。

2)應(yīng)充分評(píng)估異?；蛉毕菰斐傻南到y(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)、全面獲取缺陷相關(guān)的信息，幫助現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維單位分析缺陷，同時(shí)也要敦促運(yùn)維單位及時(shí)對(duì)缺陷分析判斷，達(dá)到既降低系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

1)單相斷線故障，斷線相的零序電流與斷相前的負(fù)荷電流成正比，負(fù)荷電流越小，斷相后零序電流相應(yīng)也越小。在線路空載或輕載時(shí)，斷相后保護(hù)裝置可能不動(dòng)作，也不發(fā)任何告警。

2)保護(hù)如果未能及時(shí)切除故障，此時(shí)電網(wǎng)已經(jīng)處于緊急狀態(tài)，調(diào)度員不能僅憑沒(méi)有保護(hù)動(dòng)作就不關(guān)注，置之不理。由于其隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)，表面上看對(duì)電網(wǎng)無(wú)影響，但其隱患非常大，隨時(shí)有可能由其他線路N-1故障發(fā)展成N-2故障，對(duì)于本就接線薄弱的地區(qū)電網(wǎng)帶來(lái)災(zāi)難性后果。

3)故障后，可以通過(guò)增減斷線線路潮流，來(lái)觀察斷線相的電流是否發(fā)生變化，以判斷線路是否完全斷線，若潮流不發(fā)生變化則可判斷確已斷線。如果電網(wǎng)條件允許，也可以斷開該線一側(cè)的斷路器，驗(yàn)證斷線相所載電流是否為線路的充電電流。

4)一旦確認(rèn)發(fā)生單相斷線，盡量將此線路潮流調(diào)整為0 MW，防止出現(xiàn)因其他線路跳閘而引起潮流轉(zhuǎn)移，斷相線路零序電流增加而保護(hù)出口跳閘。調(diào)度員須將斷相線路視為停電設(shè)備，并做好N-2的故障預(yù)想，防止事故擴(kuò)大。

5)建議在保護(hù)中加入線路斷線相應(yīng)的判據(jù)，比如零序電流與負(fù)荷電流的突變量、線路電流突變量等，在線路單相斷線又達(dá)不到跳閘條件時(shí)，發(fā)告警信號(hào)，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定。

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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

張加貝 (1982)，男，碩士，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、管理方面工作， (e-mail)zhang.jiabei＠qq.com。

陳汝昌 (1985)，男，學(xué)士，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、管理方面工作，(e-mail)346490316＠qq.com。

王幫燦 (1985)，男，碩士，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、管理方面工作，(e-mail)278792706＠qq.com。