馬 娟， 房雪雷， 吳義純

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司培訓(xùn)中心， 安徽 合肥 230022)

0 引言

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，常見的橫向短路故障類型主要有四種，即三相短路、兩相相間短路、兩相接地短路以及單相接地短路。鑒于故障時(shí)負(fù)荷電流相對(duì)較小，計(jì)算分析時(shí)不考慮[1,2]。短路故障的分析主要是建立在復(fù)合序網(wǎng)與故障分量網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，得出故障相及非故障相的的電流、電壓等相關(guān)量值[3-6]。

故障分析需要結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行。在不考慮負(fù)荷電流情況下，負(fù)荷側(cè)發(fā)生相間故障時(shí)，所有相電流將全部為零[7]，而在考慮負(fù)荷電流的情況下，負(fù)荷側(cè)不同相別對(duì)應(yīng)的電流是否存在，存在怎樣的關(guān)系，卻沒有被研究、關(guān)注過(guò)。

本文在考慮負(fù)荷的情況下，以培訓(xùn)中心220 kV智能變電站數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)為平臺(tái)，分析輸電導(dǎo)線終端饋供線(單電源線路)運(yùn)行方式下[8-11]，發(fā)生相間金屬性故障時(shí)，負(fù)荷側(cè)不同相別的故障電流關(guān)系。

1 忽略負(fù)荷電流，相間金屬性短路故障

當(dāng)系統(tǒng)在K點(diǎn)發(fā)生兩相(BC)金屬性短路故障時(shí)，在不考慮負(fù)荷電流時(shí)，邊界條件如下：

由此得出對(duì)應(yīng)的A相序分量電流為：

兩相短路故障時(shí)沒有零序分量，故障相BC電流滿足大小相等，方向相反的特點(diǎn)[12]。

2 考慮負(fù)荷電流，相間金屬性短路故障

系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，與故障電流相比，負(fù)荷電流可以忽略，為了更好地分析了解終端變電站相間短路時(shí)輸電導(dǎo)線兩側(cè)的電流關(guān)系，以220 kV智能變電站實(shí)訓(xùn)室為基礎(chǔ)，展開相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。220 kV智能變電站系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 220 kV智能站系統(tǒng)圖

運(yùn)行方式：220 kV電壓側(cè)為雙母并列運(yùn)行，2813線路間隔及2801主變間隔運(yùn)行于Ι母，2814線路間隔運(yùn)行于II母，2813、2814間隔均為進(jìn)線；保護(hù)配置：母線雙重化，均為PCS-915GA-D，主變分別為PCS-978以及PST-1200U，2813線路分別為PCS-931以及PCS-902，2814間隔線路分別為WXH- 803以及PSL- 603U[13]。

2.1 正常運(yùn)行方式，相間短路故障

220 kV智能變電站2813間隔、2814間隔正常運(yùn)行，以2813線路發(fā)生AB相間短路故障為例。

動(dòng)作現(xiàn)象：兩套保護(hù)均為縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，相間距離I段動(dòng)作，ABC三相跳閘。對(duì)應(yīng)本側(cè)A套保護(hù)PCS-931錄波圖如圖2所示。

從錄波圖中可以看到，AB相間故障，負(fù)荷電流僅為0.574 A，而故障電流在5 A以上，在不考慮負(fù)荷電流的前提下，兩相電流大小相等，方向相反[14,15]。

圖2 2813線路相間短路故障錄波圖

2.2 終端運(yùn)行方式，相間短路故障

鑒于2813間隔、2814間隔保護(hù)配置不同，分別針對(duì)2813及2814間隔模擬發(fā)生AB相間短路故障，分析負(fù)荷側(cè)電流幅值及相位關(guān)系。

2.2.1 線路2813間隔相間短路故障

系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)橥饨缫蛩卦斐?814線路斷路器偷跳，此時(shí)220 kV電壓等級(jí)只有2813線路間隔，形成特殊的終端運(yùn)行方式，此時(shí)發(fā)生2813相間短路故障。動(dòng)作現(xiàn)象：本側(cè)A套保護(hù)PCS-931縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故障相別AB，B套PCS-902保護(hù)啟動(dòng)(未投弱饋方式)。對(duì)應(yīng)本側(cè)A套保護(hù)PCS-931錄波圖如圖3所示。

圖3 2813線路相間短路故障錄波圖(終端方式)

2.2.2 線路2814間隔相間短路故障

當(dāng)2813線路偷跳，此時(shí)在終端運(yùn)行方式下，2814線路發(fā)生AB相間短路故障。動(dòng)作現(xiàn)象：2814本側(cè)A套保護(hù)WXH- 803分相差動(dòng)動(dòng)作，三相跳閘，B套保護(hù)PSL- 603U分相差動(dòng)動(dòng)作，三相跳閘，故障類型均為AB。

對(duì)應(yīng)本側(cè)A套保護(hù)WXH- 803錄波圖如圖4所示。

圖4 2814線路相間短路故障A套錄波圖(終端方式)

對(duì)應(yīng)本側(cè)B套保護(hù)PSL- 603U錄波圖如圖5所示。

圖5 2814線路相間短路故障B套錄波圖(終端方式)

對(duì)應(yīng)的A相正序分量滯后于C相120°，負(fù)序分量超前于C相120°，大小均為C相電流的一半，與表中相關(guān)數(shù)據(jù)一致。因此得出，在發(fā)生相間短路故障時(shí)，負(fù)荷側(cè)故障相電流大小相等，為非故障相的一半，且方向相同，特殊相的正序負(fù)序分量也為非故障相的一半，相差120°。

3 結(jié)論

本文在220 kV智能變電站實(shí)訓(xùn)室的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)合錄波數(shù)據(jù)，分析對(duì)比有無(wú)負(fù)荷電流，以及在正常運(yùn)行方式、終端變電站的特殊運(yùn)行方式下，發(fā)生相間短路故障時(shí)，電流及序分量的幅值、相位關(guān)系，幫助現(xiàn)場(chǎng)人員更深層次的理解負(fù)荷電流、看懂故障錄波圖，在實(shí)際工作中起到實(shí)質(zhì)性的指導(dǎo)作用。