一起10 k V线路故障越级跳110 k V主变事件分析

刘培杰

（广东电网有限责任公司河源供电局，广东 河源517000）

0 引言

目前，在低电压等级系统，如35 k V、10 k V电网，线路保护一般设置三段式过流保护：不带延时的瞬时速断保护、带短延时的限时速断保护及定时限过流保护。过流保护一般为纯过流保护，即故障电流达到整定定值保护动作跳开故障开关，也有部分线路过流保护为提高动作可靠性，投入了复压闭锁功能，可有效防止合闸瞬间配网变压器的冲击涌流引起的保护误动。

1 110 k V主变越级动作分析

某110 k V变电站为单线单变接线，10 k V共有8回出线。某日，10 k V线路F2由于漂浮物造成短路接地，保护没有动作；110 k V主变高后备过流一段保护动作，跳开两侧开关。

1.1 主变动作分析

主变保护为许继 WBH－821 A，相关定值设置如下：高后备过流一段1.03 A／1.25 s；低后备过流一段2.49 A／0.6 s，过流二段1.08 A／0.9 s。

（1）由低压侧录波图及向量图（图1）分析：故障开始30 ms后，三相电流波形均对称，幅值比故障前增大，电压幅值略为下降（正常相电压为57.7 V，故障时降至45.8 V），负序电压、零序电压均接近0，可判断为低压侧三相短路故障。

图1 低压侧故障100 ms故障录波图及向量图

（2）故障持续3 000 ms后发生变化。由向量图（图2）可见，A相电流约为B、C两相电流之和，B、C两相电流相位近似相同、幅值相近，与A相相位相反。故障由低压侧三相短路转化为CA相经过渡电阻短路。

图2 低压侧故障3 000 ms后故障录波图

1.2 动作电流分析

由主变录波图及动作报告可知，高后备动作电流如表1所示。

表1 主变高后备动作电流值

主变高压侧变比为300／1，低压侧变比为3 000／1，低压侧发生两相短路故障时，高压侧A相动作电流1.05 A（一次值315 A），刚好达到过流一段保护动作临界值，同时主变低压侧负序电压开放两侧过流保护，因此高后备保护动作跳闸。经相量分析计算，低压侧CA相间故障电流约为1 A（一次值2 990 A），没有达到低后备过流二段动作值1.08 A（一次值3 240 A），故低后备保护未动作。

1.3 10 k V线路分析

10 k V线路保护为许继 WBH－813 A，相关定值设置如下：过流一段1 880 A（一次值）／0 s；过流二段816 A（一次值）／0.3 s；低压闭锁值75 V，两段过流均投入低压闭锁。

故障时，主变低后备电流达到近3 000 A，忽略负荷电流，其中大部分为10 k V线路短路提供的故障电流，已达线路过流一段动作值，但由于线路是经高阻接地，由表1可以看出，系统电压并没有明显下降，仍大于低压闭锁值75 V。因此，10 k V线路保护没有动作。

2 10 k V复压闭锁功能投退要求

本次故障虽然是一次低概率事件，电压闭锁功能对提高保护可靠性的作用是肯定的，但同时增加了保护拒动的风险，是一把双刃剑，考虑保护拒动的风险远大于误动风险，一般要求退出。某些特殊情况需投入电压闭锁功能时，应综合考虑保护装置功能、线路长度、负荷性质等因素。

（1）保护装置功能。目前主流的几大保护厂家均配置了10 k V电压闭锁功能，但其采用的原理不尽相同。部分厂家配置低电压元件、负序电压元件或门组合复合电压闭锁功能，部分厂家只有低压闭锁功能（本文涉及保护正是此类）。对于系统高阻短路电压下降不明显的情况，复合电压闭锁功能在相间短路时可通过负序电压开放保护，比起单独的低压闭锁功能提高了反应相间故障的灵敏度，可选择投入。不建议投入只有低压闭锁的电压闭锁功能。

（2）线路长度。10 k V线路较长（超过30 k m）时，过流二段为按要求保证线路末端有足够灵敏度，定值设置较小，往往会发生躲不过最大负荷电流的情况。此时电流可按躲最大负荷电流整定，投入复压闭锁功能，低压值取0.7～0.8Un，负序电压取0.06Un。

（3）负荷性质。配网中带有大容量配变时，10 k V线路合闸瞬间会产生较大的涌流，可能导致过流保护跳闸。这种情况不一定需投入复压闭锁功能，由于配变涌流衰减一般较快，可以通过调整10 k V线路过流动作时间躲过合闸涌流，过流一段按0.2～0.3 s整定，过流二段按0.5～0.6 s整定，退出后加速段。部分负荷不稳定、波动较大的用户，如钢铁厂等，可保留复压闭锁功能的投入。

3 110 k V主变过流保护可靠系数的优化选取

主变高低压侧过流保护一般按躲负荷电流整定，IL＝Kk×Kzqd×Nct×Ie／Kf＝K×Ie，其中可靠系数 K＝Kk×Kzqd×Nct／Kf，Kk＝1.2～1.3，Kzqd＝1.0～1.2，Kf＝0.95～1，Nct为 CT变比。由上式可得出，K一般取值范围为1.2～1.64。本文涉及的主变高低后备都取相同系数，存在特殊故障高低压侧过流不完全匹配的情况。

低压侧相间CA短路时，故障电流Ik＝Ic＝－Ia，Ia＝Ia1＋在高压侧，由于正序电流滞后低压侧30°，负序电流超前低压侧30°。经转换后，高压侧A相电流正序、负序电流同相位，相电流方向相同，与A相相反，大小为。

由上面分析可知，主变低压侧两相短路故障时，高压侧一相电流为低压侧故障电流的2／槡3倍，为防止故障临界状态低压侧故障越级到高压侧，可调整高低侧后备保护可靠系数。原则如下：在规程允许范围内，保证高后备保护对10 k V母线有灵敏度的情况下，适当降主变低后备过负荷能力，可靠系数Kl取1.2，高后备过流保护可靠系数Kh取1.44。

这种优化方案适用于轻载变电站，按单台变带全站负荷考虑仍有裕度的情况。若为重载变电站或经过10 k V备自投动作后主变满载或过载的情况，不建议做调整。

4 结语

10 k V线路的电压闭锁功能，虽然能减少保护误动的几率，同时也增加了极端情况下拒动的风险，投退时需慎重考虑。主变高低后备保护可靠系数的优化调整，可有效防止低压侧临界故障越级至高压侧的情况，防止停电范围扩大，具有一定的社会和经济效益。