分析110kV输电线路单相断线故障

分析110kV输电线路单相断线故障

严慧宗绍磊

严慧宗绍磊

无锡供电公司江苏无锡214061

摘要：阐述了一起110kV输电线路B相断线故障及引起的其他故障，通过与AC两相接地故障的对比，分析了单相断线和AC两相接地故障现象的异同，为专业工作人员介绍了一种便捷的工作思路。

关键词：输电线路；断线故障；

在大电流接地系统中，输电线路单相或两相断线，分相断路器跳开一相，线路单相重合闸过程中一侧拒合或者两侧拒合，及短期非全相运行等，均属断相状态。从故障边界条件来看，单相断线与两相接地故障边界条件相同。下面以B相断线故障为引子，介绍B相断线故障及引起的避雷器永久击穿故障，并与AC两相接地故障相进行对比，分析这两种故障的异同及继电保护的动作行为。

一、B相断线及断线引发事件过程综述

系统一次接线简图如图1所示。110kV输电线路MN，线路上T接电铁牵引站。M站为主供电源侧，M侧到T接点为LGJ-185架空导线，长度：Ⅰ回23.717km，Ⅱ回23.631km。T接点到牵引变为LGJ-95架空导线，长度：Ⅰ回1.123km，Ⅱ回1.060km。为双回路平行架设，有部分杆段同杆并架，线路于1995年4月投入运行。线路保护为南京自动化设备厂PSL621C型线路保护。零序电流保护二次定值为：Ⅰ段23A/0s，Ⅱ段6.5A/0.5s，Ⅲ段（Ⅳ段）3.3A/0.8s，电流互感器变比为300/5。电铁牵引变电站T站变压器绕组接线型式为Y/V型，两台变压器一台运行，另一台备用，低压侧母联断路器合。正常运行方式为M站1113MNⅡ线单回带T站2#变压器单台运行，1114MNⅠ线在T站G1隔离刀闸处备投。某年6月7日11时39分32秒321ms，1113MNⅡ线PSL621C零序电流保护Ⅲ段3.3A/0.8s动作跳闸，Ⅳ段3.3A/0.8s动作永跳。Ⅲ、Ⅳ段零序电流保护不带方向，保护测量电流值为6.491A，即将达到而未达到Ⅱ段定值。T站检测到失压，备自投动作，合上G1刀闸，M站1114MNⅠ线PSL621C零序电流保护Ⅱ段6.5A/0.5s出口，测量电流值为15.119A；接地距离Ⅱ段2.5Ω/0.5s出口，测量阻抗值为0.359+j0.549Ω；接地Ⅱ段定值2.5Ω/0.5s；故障类型为B相接地；测距25.13km（线路由两种不同规格的导线T接而成，而M侧继电保护和故障录波只能输入一种测距参数，这种情况下测距不准确）。重合闸动作，1114MNI线断路器重合到永久性故障设备上，距离后加速动作再次跳闸。

图1一次系统接线简图

M站Ⅱ线保护在11时39分32s动作后，仅仅过了20s时间，Ⅰ线保护又在52s时刻动作，短短的20s时间内两条线路都先后跳闸，怀疑双回线在同杆并架杆塔处发生了严重跨线故障，经线路工区检查发现线路在距离铁路变电站T站第三级杆塔处发生B相断线故障。对T站母线设备进行了检查，同时调取M站保护动作报告及录波图进行分析，故障原因判断如下。

1）1113MNⅡ线断线故障分析

110kV输电线路断线点处于T接线路至T接变电站之间，线路采用LGJ-95架空导线，线径小，导线细。线路地处大西北高原高寒地带，运行环境差，风力大，运行12年来，导线严重老化，也暴露出线路大修质量不高，大修时没有及时安排资金更换导线，连接处螺丝松动、没有紧固牢靠，大风时导线舞动幅度大，经常摆动加速导线从紧固螺丝上脱落，导线、钢芯都松散、断裂，连接在螺丝上的仅剩4根铝丝，在运行中烧断。电气化铁路不对称负荷产生的高次谐波电压对导线的冲击电动力，使电网、线路的运行环境恶化，随着运行时间的延长，线路故障几率也将增加。

2）1114MNⅠ线B相接地故障分析

M变电站1113MNⅡ线跳开后，T牵引变全所失压。这时备自投动作，断开1113进线G2刀闸后，自动投入1114MNⅠ线进线G1刀闸，在合隔离刀闸的操作过程中，产生了幅值较高的操作过电压，站内110kV母线避雷器B相放电击穿后绝缘没有立即恢复，形成B相永久性直接接地。导致1114MNⅠ线投入到B相接地故障上，1114MNⅠ线M侧PSL621C保护接地距离Ⅱ段动作，断路器跳闸—重合—后加速跳闸，强送不成功。后检查发现T站110kV母线B相避雷器阀片受潮、生锈，T站拆除更换B相避雷器后，M侧送电成功，恢复对T站正常供电。这起事故暴露出大用户电力设备长期不进行专业检修和绝缘耐压试验，在特定事故方式下，抗操作过电压等冲击能力变差，导致绝缘永久破坏，严重影响主网系统的安全运行，同时影响自身的可靠供电，值得注意。

3）在这起输电线路B相断线故障中，线路电源侧零序电流保护Ⅲ、Ⅳ段正确动作跳闸、永跳切除故障线路；在随后发生的B相接地故障中，线路电源侧零序电流保护Ⅱ段、接地距离Ⅱ段、后加速保护均正确动作切除故障线路；保护及故障录波器皆正确录波

二、110kV输电线路B相断线与AC两相接地故障的对比分析

实际运行中，输电线路断线故障比较少见，因此有必要对这两种不同类型的故障加以对比分析。B相断线与AC两相接地故障时主系统侧录波数据、保护动作情况对比见表1；“T”接线路末端B相断线时M侧（电源侧）保护录波图见图2；某线路A、C相接地故障电源侧保护录波图见图3。

图2图3

从故障采样数据和录波图比照分析看出，这两种故障尽管边界条件相同，但是不同之处也非常明显，分别叙述如下：

1）电源侧母线电压变化不同：B相断线时A、C相电压略有下降，B相电压略有升高，3U0升高较大；而在A、C相接地时A、C相电压明显下降，B相电压略有下降，3U0升高较断线时略低。

2）线路电源侧保护测量电流不同：B相断线时A、C相及3I0电流数值都比较小，B相没有电流（B相电流为0）；而A、C相接地故障时A、C相及3I0短路电流数值都较大，B相有负荷电流及感应电流流过。

3）动作的保护不同：B相断线时，仅带3U0突变闭锁（门槛2V）、不带方向闭锁的零序电流Ⅲ、Ⅳ段经整定0.8s长延时动作跳闸，Ⅳ段永跳，不重合；A、C相接地时距离Ⅰ段以30ms固有延时快速动作出口跳闸，因扬水泵站线路有大功率电动机，重合闸退出，故不重合。

4）对系统危害程度不同：单相断线与高阻接地一样，由于短路电流较小，送电侧非故障相母线电压降低幅度很小，对系统正常运行影响不大，对系统危害不很大，这时仅有零序电流保护能够以较长延时动作切除故障，这也是零序电流保护难能可贵之处。而两相接地故障母线电压下降很大，故障相及零序电流数值也很大，对系统正常运行影响很大，对系统危害也很大，需要继电保护快速动作切除故障。

5）测距方面：单相断线同高阻接地时一样，保护及录波器测距都不准确。两相纯金属性接地理论上有较准确的测距结果。

6）其他方面：从录波图看出，B相断线与A、C相接地两种类型的故障，IA、Ic、3I0、3U0之间的相位关系没有明显差异。零序功率方向元件都可能正确动作。

参考文献：

[1]王世桢．电网调度运行技术［M］．沈阳：东北大学出版社，1997．

[2]蔡洋．电力系统运行操作和计算［M］．沈阳：辽宁科学技术出版社，1996．