变电站线路单相接地故障处理及典型案例分析.docx
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1、变电站线路单相接地故障处理及典型案例分析摘 要 在大电流接地系统中,线路单相接地故障在电力系统故障中占有很大比例.本文通过对某地区工典型故障案例进展分析,介绍了处理方法,并对相关的学问点进展阐述,为现场运行人员正确推断和分析事故缘由供给了借鉴。关键词大电流接地系统;小电流接地系统;推断;分析我国电压等级在 110kV 及其以上的系统均为大电流接地系统,在大电流接地系统中,线路单相接地故障在电力系统故障中占有很大的比例,造成单相故障的缘由有很多,如雷击、瓷瓶闪落、导线断线引起接地、导线对树枝放电、山火等。线路单相接地故障分为瞬时性故障和永久性故障两种,对于架空线路一般配有重合闸,正常状况下假设是
2、瞬时性故障,则重合闸会启动重合成功;假设是永久性故障将会消灭重合于永久性故障再次跳闸而不再重合。为帮助运行人员正确推断和分析大电流接地系统线路单相瞬时性故障,本案例选取了某地区一典型的 220kV 线路单相瞬时接地故障,并对相关的学问点进展分析。说明,此案例分析以 FHS 变电站为主。本案例分析的学问点:(1) 大电流接地系统与小电流接地系统的概念。(2) 单相瞬时性接地故障的推断与分析。(3) 单相瞬时性接地故障的处理方法。(4) 保护动作信号分析。(5) 单相重合闸分析。(6) 单相重合闸动作时限选择分析。(7) 录波图信息分析。(8) 微机打印报告信息分析。一、大电流接地系统、小电流接地
3、系统的概念在我国,电力系统中性点接地方式有三种:(1) 中性点直接接地方式。(2) 中性点经消弧线圈接地方式。(3) 中性点不接地方式。110kV 及以上电网的中性点均承受中性点直接接地方式。中性点直接接地系统包括经小阻抗接地的系统发生单相接地故障时,接地短路电流很大,所以这种系统称为大电流接地系统。承受中性点不接地或经消弧线圈接地的系统,当某一相发生接地故障时,由于不能构成短路回路,接地故障电流往往比负荷电流小得多,所以这种系统称为小电流接地系统。大电流接地系统与小电流接地系统的划分标准是依据系统的零序电抗 X0与正序电抗 X1的比值 X0/X1。我国规定:但凡 X/X 45 的系统属于大接
4、地电流系统,X /X45 的系统则0101属于小接地电流系统。事故涉及的线路及保护配置图事故涉及的线路和保护配置如图 2-1 所示,两变电站之间为双回线,线路长度为 66.76km。图 2-1FT 线路及保护配置三、事故根本状况2023 年 5 月 24 日 16 时 42 分,FHS 变电站 FT 一回线 C 相瞬时性故障,C 相重合闸重合成功,负荷在正常范围内,系统无其他特别,FT 一回线(FT 为双回线)线路全长 66.76km四、微机监控系统主要信号FT 一回 SF-500 收发信机动作FT 一回 SF-600 收发信机动作FT 一回 WXH-11X 保护动作FT 一回 LEP-902
5、A 保护动作FT 一回 C 相断路器跳闸FT 一回 WXH-11X 重合闸动作FT 一回 LEP-902A 重合闸动作FT 一回 WXH-11X 保护呼唤值班员FT 一回 LEP-902A 保护呼唤值班员3 号录波器动作5 号录波器动作1 号主变压器中性点过流保护掉牌2 号主变压器中性点过流保护掉牌220kV 母线电压低本站 220kV 其他相关线路高频收发信机动作五、继电保护屏保护信号WXH-11X 型微机保护:跳 C、重合闸、高频收发信、呼唤灯亮。LFP-902A 型微机保护:TC、CH、高频收发信灯亮,液晶屏显示:0+、Z+。六、微机打印报告信号(1) WXH-11X 保护:WXH-11
6、X 保护动作 1 次,保护动作报告如表 2-1 所示。表 2-1WXH-11 保护动作报告CPU 号CPU1 CPU2保护元件GBIOTX GBIOCK 1ZKJCK时 间11ms 19ms 27ms含义高频零序方向停信高频零序方向出口距离段出口T1QDCHCPU4CHCKCJ=33.5km55ms 512ms单跳起动重合闸重合闸出口测距(2) LFP-902A 保护:LFP-902A 保护动作 1 次,保护动作报告如表 2-2 所示。表 2-2LFP-902A 保护动作报告CPU 号保护元件时间Z+27ms含义高频距离CPU10+27ms高频零序方向元件C27msC 相跳闸CPU2CHCJ=
7、33.6km890 ms重合闸时间测距最大电流Imax:2.631200A 零序电流I0:2.281200A七、两侧保护动作状况分析1. 两侧保护的配置状况FT 线两侧的保护配置如图 2-1 所示。(1) 第一套保护。WXH-11X 型微机线路保护包括由 4 个 CPU 构成,其中CPU1 为高频保护包括高闭距离、高闭零序;CPU2 距离保护,包括三段式相间距离和三段式接地距离;CPU3 零序保护,包括不灵敏的段,灵敏的、段及缩短了t 的零序、段及不灵敏的段;CPU4 为重合闸。(2) 其次套保护。LFP-902A 型线路成套快速保护由 2 个 CPU 组成。其中 CPU1 为主保护,由以超范
8、围整定的复合式距离继电器和零序方向元件通过协作构成全线路快速跳闸保护,由段工频变化量距离继电器构成快速独立跳闸段,由二个延时零序方向过流段构成接地后备段保护;CPU2 为三段式相间和接地距离保护,以及重合闸规律;CPU3 为治理 CPU;配 SF-600 集成电路收发信机,LFP-923C 型失灵启动及关心保护装置,CZX-12A 型操作继电器装置。2. 重合闸投入方式WXH-11X 型微机线路保护重合闸CPU4和 LFP-902A 型线路成套快速保护装置重合闸CPU2均为独立启动,独立出口。WXH-11X 型微机线路保护重合闸把手在单重位置,出口连接片在停用位置。LFP-902A 重合闸把手
9、在单重位置,出口连接片在加用位置双微机保护重合闸一般只投一套。3. 单相重合闸的动作时间选择原则(1) 要大于故障点灭弧时间及四周去游离的时间。在断路器跳闸后,要使故障点的电弧熄灭并使四周介质恢复绝缘强度,是需要肯定时间的,必需在这个时间以后进展合闸才有可能成功。(2) 要大于断路器及其机构复归状态预备好再次动作时间。在断路器跳闸以后,其触头四周绝缘强度以及灭弧室灭弧介质的恢复是需要肯定的时间。同时其操作机构恢复原状预备好再次动作也需要肯定的时间。(3) 无论是单侧电源还是双侧电源,均应考虑两侧选相元件与继电保护以不同时限切除故障的可能性。(4) 考虑线路潜供电流所产生的影响。4. 保护通道2
10、20kV 线路承受闭锁式通道,如图 2-2 所示,闭锁式保护在区内故障时,两侧方向元件推断为正方向,因此保护均收不到对侧的闭锁信号。5. 对 DZ 的分析由于故障点在线路中间,不在 DZ突变量距离元件范围内,并且两侧的保护动作一样,所以表 2-1、2-2 所示的保护动作属正确。八、事故分析F 侧1. 大电流接地系统单相接地短路特点(1) 单相接地短路故障点故障相电流的正序、负序和零序重量大小相等方向一样,因此故障相电流与大小相等,方向一样。(2) 非故障相短路电流为零。(3) 单相接地短路故障相电压为零。(4) 短路点两非故障相电压幅值相等,相位角为,它的大小取决于之比。2. 保护动作状况分析
11、故障测距反映的故障点位置如图 2-2 所示,为线路中间,距 F 站 66.7km。图 2-2FT 线路故障点第一套保护 WXH-11X 动作规律,线路发生故障后,线路两侧保护启动元件动作, 启动高频发信机发信,同时两侧高频零序方向元件均推断为正方向区内故障而停信,高频零序保护出口保护速动出口跳闸;接地距离保护因故障计算程序较零序慢在故障发生后 19 ms 动作出口。单相故障在保护出口继电器动作出口的同时启动重合闸,在 515 ms 时重合闸出口。本套保护在故障时动作时序和动作规律正确。其次套保护 LFP-902A 动作规律,线路发生后,启动元件动作启动发信和方向元件动作停信的保护信息在保护信号
12、中无反映属保护信号设计的没有考虑,但可以从下面的该装置的录波图中看到,CPU1 所属快速跳闸保护几乎在 27ms 同时动作出口,同时给出保护出口“相跳闸”信号; 890ms 重合闸启动,从下述的录波图分析中还得到 C 相断路器在 85ms 完全跳开,跳闸后,保护再次收、发信, 闭锁两侧保护,1010ms 重合成功。3. 单相瞬时性故障与永久性故障的判别大电流接地系统发生单相接地故障时,假设线路故障为瞬时性故障,正常状况,保护或位置不对应启动重合闸重后,重合闸会合闸成功。假设为永久性故障,重合闸重合将重合于故障而发生其次次跳闸,且不会再次重合。4. 故障录波图分析故障录波图如图 2-3 所示。设
13、备名称:AA5文件名称:B50 G4213.000故障时间:2023-05-24 16 :42:21.410时标单位:毫秒启动前 2 个周波后 3 个周波有效值通道类型通道名称12345C1电流FQ 二回AI0.13080.12980.13390.13950.1425C2电流FQ 二回BI0.13390.13330.11440.11010.1110C3电流FQ 二回CI0.13210.12560.04820.08080.0758C4电流FQ 二回NI0.00880.01090.07970.10230.1021C5电流FH 一回AI0.07360.07540.08590.09950.0971C6
14、电流FH 一回BI0.07380.08030.18300.21450.2185C7电流FH 一回CI0.07810.09870.39110.48200.4808C8电流FH 一回NI0.00870.01010.12730.16240.1621C9电流FT 一回AI0.15980.16270.16820.17340.1819C10电流FT 一回BI0.16190.16330.27340.31750.3267C11电流FT 一回CI0.16840.31622.52053.18693.171C12电流FT 一回NI0.006440.15932.17972.79022.7679图 2-3FT 线 C
15、相接地故障录波图1从故障电流可看出,故障相为 C 相。2故障时与相位相反。3切除故障时间约为 64ms保护动作时间+断路器固有动作时间+跳闸回路继电器固有动作时间。41010ms C 相重合闸重合成功重合闸整定时间 0.8s。5TA 变比 1200/16故障电流折算值有效值:;7故障录波器测量值与微机保护打印报告存在误差。5LFP-902A 微机保护报告分析LFP-902A 微机保护报告如图 2-4 所示。图 2-4LFP-902A 微机保护报告(1) 故障初,保护有发信、收信波形小于 17ms,停信后,25ms C 相接到跳闸命令,85msC 相完全跳开。C 相断路器跳闸后,保护再次收、发信
16、,闭锁两侧保护,约 890ms 重合闸启动,1010ms 重合成功。(2) 故障时故障相电流 与 大小相等,方向一样,故障电流波形持续时间 85ms。(3) 在故障时故障相 C 相电压低于非故障相电压。(4) 由于是非对称故障,报告中有 3 。(5) 报告记录故障前 60ms 的电流、电压波形。故障录波分析在我们的日常生产中常常需要通过录波图来分析电力系统到底发生了什么样的故障?保护装置的动作行为是否正确?二次回路接线是否正确? CT、PT 极性是否正确等等问题。接下来我就先讲一下分析录波图的根本方法:1、当我们拿到一张录波图后,首先要通过前面所学的学问大致推断系统发生了什么故障,故障持续了多
17、长时间。2、以某一相电压或电流的过零点为相位基准,查看故障前电流电压相位关系是否正确,是否为正相序?负荷角为多少度?3、以故障相电压或电流的过零点为相位基准,确定故障态各相电流电压的相位关系。留意选取相位基准时应躲开故障初始及故障完毕局部,因为这两个区间一是非周期重量较大,二是电压电流夹角由负荷角转换为线路阻抗角跳动较大,简洁造成错误分析4、绘制向量图,进展分析。一、单相接地故障分析分析单相接地故障录波图要点:1、一相电流增大,一相电压降低;消灭零序电流、零序电压。2、电流增大、电压降低为同一相别。3、零序电流相位与故障相电流相位同相,零序电压与故障相电压反向。4、故障相电压超前故障相电流约
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