摘要：电网系统运行的平稳性、可靠性及安全性，离不开科学的运行形式和电网结构。文中以一起110kV线路保护误动事故为例，阐述了此事故的具体情况，利用相应的方法（主要有：试验模拟方式、分析计算方式、录波分析方式等等）对于此事故情况进行了分析，并提出了相应的处理和预防对策。
关键词：110kV线路事故；零序电流；保护误动；防范措施
1、引言
在电网运行中，若是二次回路接线发生问题就会引发回路故障，进而引起保护误动作的问题。这些问题所造成的故障隐藏性较强，很难找出。本文以一起110kV线路保护误动事故作为事例，通过分析回路、短路计算、试验模拟、录波分析等方式开展全面问题分析，找出在该事故是因为TV二次回路出现异常，然后利用现场实验和检测，验证了此研究的正确性。该综合分析方法对于有效处理现场保护误动事故发挥了至关重要的作用。
2、保护动作方式
某地区级别电网系统中的一条110kV线路受到了自然环境的影响，造成线路末端避雷器发生了严重故障，从而引发了单相接地故障，如图1所示，故障发生位置在乙线的d1点处。
2.1故障发生前电网体系的运行情况
事故前，电源经变电站A由110kV 的甲线与乙线以单电源形式给变电站C、B的主变进行送电，即指图1的101（变电站B）、102（变电站B）、103、104、105、106以及101（变电站C）断路器都处于合位，变电站B的1#主变中性点与地面直接相连运行，变电站B的2#主变和变电站C的1#主变中性点以间隙保护方式接地运行。
2.2保护设置和动作方式
变电站A的103断路器，配有RCS-941A型保护设施。在位置d1出现故障后，断路器103开启保护动作，但未引起跳闸。由录波分析表明，A相电流值为三相最高，为
（一次值）。同时变电站B的104断路器配备有全新型号的保护设备。一旦发生了线路故障，变电站B的104断路器就会出现保护跳闸性动作，在重合后又快速动作，没有实现成功闭合。A相为事故发生位置，其最大故障电流为
（一次值）。变电站B的105断路器，配有早期的WXH-11式保护装置。在故障发生后开启保护，但未动作。变电站C的106断路器，变电站C属于终端变电站，断路器106线路保护已停止运行。
图1 系统接线图
3、引起保护误动作的因素分析
通过对线路甲巡视未发现异常情况，而对线路乙巡视发现其线路末端A相避雷器发生爆炸。由于B和C变电站没有配备专业性的录波设备，所以无法得到故障录波数据。一旦发生故障只能通过变电站A的103断路器和变电站B的104断路器进行事故录波数据，但是因为事故现场的信息缺少完整性，这就在一定程度上增加了确定故障点的难度。在进行故障点排查过程中主要通过波形分析、回路分析、短路计算等方式综合性的来进行。
3.1 各设备保护动作分析
事故发生时，流经各个断路器的事故电流及零序保护电流值如表1中所示（此处断路器105零序电流值经推算而得）。为利于对比研究，现针对线路甲两端出现A相接地事故开展短路分析，计算结果如表2中所示。
表1 故障电流与断路器的保护电流定值（一次值）
表2 线路甲两端发生事故时短路计算分析结果
线路乙d1点出现单相接地事故时，事故点处于线路乙范围之内，断路器105启动保护但没有动作，保护拒动。而在d1点出现单相接地事故时，断路器104不应发起保护动作，然而其零序保护Ⅰ段发生动作于跳闸，在重合后快速动作。该问题经推测是由于在线路乙出现问题时线路甲也有故障出现，或是断路器104保护误动作。在和线路甲其中断路器所提供的故障录波对比能够得知，发生故障时通过线路甲断路器103和104的电流值较为接近（如表1所示），和路线甲故障时计算短路数据不符（如表2），两端电流在数值计算时差距甚大；此外，经过断路器103的故障电流符合零序II段定值的标准要求，如表1所示。但是通过录波分析能够得知：断路器103发生了保护动作，同时所出现的故障电流持续了一定时间后消失。这就说明断路器104发生相应的动作之后能够对故障进行有效隔离，同时断路器103的零序II段返回保护。经过上述相应分析可知线路甲没有出现故障，因此断路器103没有动作保护，而断路器104属于保护误动作。
图2 断路器104保护电流、电压相量图
3.2 保护误动作原因分析
以下对断路器105的保护拒动以及断路器104引发误动因素展开分析：
1）线路乙出现故障时，通过断路器104和105的零序电流都已经达到了零序I段电流值设定范围之外，同时过流元器件和规定的定值动作标准相匹配，具体情况如表1所示。
2）在出现相应的事故之前，断路器104的电流和电压向量图见图2（a）。发生故障时，断路器104的具体电流、电压相量图见图2（b）。故障时104断路器理论计算电压电流相量图如图2（c）。为了方便分析，将104断路器故障时实际电压、电流相量图与理论值相比，见图2（d）所示。
由图2（a）可知，故障发生前，电压相量为正常，而由图2（b）可知断路器104零序方向元件落于正方向动作范围内，满足方向元件的动作要求，然而经过与图2（b）与2（c）比较可知，发生故障之后的相量图并不匹配理论计算图的规定，一旦发生相应故障就会造成保护设备TV二次回路中性点发生转移（从N移至N'），中性点出现移动，如图2（d）。在对断路器104的以往发生保护动作所得波形分析可知，三个单相故障所得到的相应报告中都具有类似的问题。
3）由于TV二次绕组和保护设施电压互感器采取的都为Y接的方式，这样就能够将TV二次回路设定成为三相四线结构，其具体的结构示意图如图3所示。按照电工原理，下面三种状况都可能造成负载侧中性点的N'电位发生移位：中性线N600阻抗非零，电流在流经中性线过程中将引起电压差，会造成负荷部分以及电源端中性点的电位有所上升，同时会影响到中性线N600的接地效果，中性线的NN'段电缆断开引起N'不接地，在不对称负载时电位N'会出现移位，并且其偏移程度域负载不对称程度存在关联。
图3 TV电压二次回路图
对于此变电站来说，其低压低频载屏TV二次电压主要是通过断路器104保护屏端子来提供的，减载屏采用的只是AB相或者A相TV电压，同时采用的为电磁型继电器，这就非常容易使得三相负载发生严重的不平衡。若是中性线NN'段的电缆发生了短路，那么正常工作时断路器104保护用TV二次电压应出现位移，然而现场实际检测时TV电压相位与幅值都正常，所以可以判断出中性线NN'段电缆未断开，中性点N 600接地较好。
综上所述，引起保护误动的因素较大可能性就是在A相发生相应故障时N600中性线回路受到了某个电压的影响而造成提升了中性点的电位，从而使中性点出现偏移，导致零序电压的方向元件出现误动。
4、故障的现场排查和处理
现场排查故障时，对于保护设施开展实验发现无异常情况，逻辑保护无误动，保护屏中未查出N600回路断线情况。为检测在系统出现短路事故时，是否存在TV中性线N600回路电压叠加情况，现场重点检查了TV二次绕组中性线N600与三次绕组中性线LN600，查处以下两个问题，实际的TV二次接线如图4所示。
图4 实际的现场TV二次接线图
1）虽然通过两条不同的电缆分别将110kV电压互感器二次绕组中性线N600和开口三次绕组LN600单独引入到主控室当中，但是会使得户外TV端子箱产生相应的寄生回路，这就会造成这两个绕组中心线出现短路故障。
2）一旦主控室断路器105保护屏零序开口三角电压的接线发生某些错误就会造成110kV母线TV开口三角电压发生相应的短路故障。
图5 现场TV二次接线等效简化电路图
由上图可得，利用
计算可得到其自产零序电压值
为：
。
通过研究保护设施有关图纸与数据资料等可知，断路器105保护设施的零序方向元件采用的是外接型零序电压。由图4可知，断路器105的ULN端子连接至三次绕组
极性端尽管不合规，但满足设备自身的极性连接条件。和设计图相比，看到在保护屏ULN端子与UN端子间多出一条短接路线，此线路短接在出厂之前就已存在，然而在现场连接时未依据图纸来拆开。
按照上述分析，本次事故的产生是因现场的线路连接出错，在系统发生相应故障之后就会引发TV中性线的电位差，同时会造成保护设施的电位发生较大的提升，这就会对保护设施电压相量幅值造成较大影响，从而会造成断路器105正向发生拒动，而断路器104反向出现误动。
5、结语
引起本次事故的因素是TV三角电压出现了二次回路接线方面的问题，在出现系统性故障之后由于受到电压方面的影响而造成TV中性线N600出现了中性点的转移，这样就会造成保护设施TV二次电压中性点电位发生了较大提升，导致全变电站的线路保护设施电压采样出错，零序方向元件误判，进而引起正向故障时的保护拒动，以及反向故障时的保护误动。基于此，为防止此类问题的再次出现，应严格做好以下预防对策：
1）在改造二次回路和继电保护时，对图纸应严格审阅，同时要严格遵照图纸内容以及相应安装标准实施线路连接，不能对线路的极性进行随意的调换。另外，要参照《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》的相应规定进行现场的线路连接，互感器二次回路四根断路器场引入线与互感器三次的2（3）根断路器场引入线应分开，不可共用。
2）严格依据《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》要求，在检测是否正确时，不可通过检测回路是否存在不平衡电压来检验回路状态；不可只凭“六角图”来判断所构成方向保护极性是否正确。只有查明电流、电压互感器的极性、互感器的端子至继电保护盘连线以及盘上零序方向继电设备极性情况，才可以得到综合性的准确结果。
参考文献
[1]黄坚明. 110kV 变压器中性点接地方式与零序保护配置[J]. 电力自动化设备, 1999(6): 64-66.
[2]王忠. 110kV线路故障导致变压器保护动作分析[J]. 山西电力, 2012(2): 18-19.
[3]梁乾兵. 一起变压器中性点间隙击穿的事故分析[J]. 继电器, 2006(10): 81-84.
[4]武万才, 宋仕军, 张晓磊. 主变压器中性点间隙击穿零序保护误动分析与建议[J]. 电力系统自动化, 2012(14): 90-94.
[5]王秉钧, 朱芸. 中性点非有效接地系统使用无间隙金属氧化物避雷器的问题[J]. 中国电力, 1996(29):31-34.
[6]董振亚. 城市配电网中性点接地方式的发展和改进[J]. 中国电力, 1998(31): 38-41.
论文作者:李会
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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