一次弱电强磁对纵联零序动作影响的事故浅析

一次弱电强磁对纵联零序动作影响的事故浅析

徐超1余冬2王妍娟3

（南京南瑞继保电气有限公司；南京国电南自自动化有限公司）

摘要：在电网结构越来越复杂的今天，电力系统中经常出现一些不能用传统思维来解释的故障现象。特别是区外故障时，线路两侧的纵联零序主保护会同时选相跳闸，并且两侧保护会重合成功。本文通过一次区外故障，重点分析相邻线路的弱电强磁现象对本线路纵联零序保护动作行为的不良影响，并且给出通过升级保护装置程序版本的方法来避免此类问题的重复发生。

关键词：微机保护；纵联零序；弱电强磁

引言

随着电力系统网架结构的不断扩大，电压等级的不断升高，对继电保护功能的要求越来越高，特别是相邻线路的弱电强磁对线路保护的动作行为影响也越来越大。因此线路保护装置在设计主保护动作原理时必须考虑弱电强磁的影响，否则会造成严重的系统不正确的动作行为，有的甚至会造成电网稳定性破坏、大面积停电、设备损坏等事故。

下面通过一条220kV线路的区外接地故障，由于相邻线路的弱电强磁原因导致本线路纵联零序保护的不正确动作，来证明弱电强磁对线路纵联零序保护的影响关系。

1.事件描述

一条运行中的220kV线路发生线路的区外单相接地故障（见图1所示），这条220kV线路的两侧微机保护装置的主保护-纵联零序保护动作，线路甲站侧选相跳闸A相，线路乙站侧选相跳闸B相，两侧微机保护的重合闸均正常动作且一次重合成功。正常情况下，线路区外故障，线路保护的主保护不应该动作。本文就线路区外故障导致纵联零序保护不正确动作的原因进行分析，以便找到事故的真正原因，并针对性地拿出解决措施。

图1220kV线路保护发生区外单相接地故障

2.原因分析

首先调用装置录波数据，以保护录波数据在故障情况下的零序功率数据进行分析。甲站侧的零序电压与零序电流之间的相位关系（如下图2左图所示），可以看到零序电流超前于零序电压大约102°角；乙站侧的零序电压、零序电流之间的相位关系（如下图2右图所示），可以看到零序电流超前于零序电压大约156°角。根据线路保护装置纵联零序保护动作原理得知：当零序功率角在12°<arg（3I0/3U0）<192°范围内，零序功率方向判断为正方向。因此，本次在区外故障中，甲、乙两侧保护装置的零序功率方向均判断为正方向，且零序电流动作值均大于零序过流方向整定值，故两侧纵联零序保护均会向对侧停止发送闭锁信号，两侧纵联零序保护结合选相元件动作出口跳闸和重合闸，从原理上分析保护装置的动作行为符合装置原理设计本身。

图2甲站（左图）、乙站（右图）两侧零序电压电流相位关系示意图

（零序电压相位为基准0度）

接下来，我们再分析甲、乙站两侧保护装置选相不一致（甲站选A相，乙站选B相）的原因。两侧线路保护的稳态选相原理采用距离元件结合零负序选区进行选相。故障时，当保护装置的距离元件不能动作时，选相元件主要参考零负序选区结果进行选相，零负序选区综合故障电气量特征选出故障区。本次故障中，两侧保护装置的距离元件均无法进入动作区，因此故障选相主要以零负序选区结果为准。由于两侧的序分量的差异，导致甲站侧选区结果为A区，乙站侧选区结果为B区，从而导致甲站侧保护装置选为A相故障，乙站侧保护装置选为B相故障，两侧保护装置的纵联零序保护选跳相应故障相。

为明确本次故障的电气量特征及其产生的原因，我们取两侧波形对于负序功率方向做进一步的分析。从下图3的左图可以看出，甲站侧的负序电流超前负序电压，负序功率元件判断为正方向；下图3的右图可以看出，乙站侧的负序电流滞后负序电压，负序功率元件判断为反方向。

图3甲站（左图）、乙站（右图）两侧负序电压电流相位关系示意图

（负序电压相位为基准0度）

综合分析，甲站侧零序功率判为正方向，负序功率判也判为正方向；而乙站侧零序功率判为正方向，负序功率判为反方向。结合以往线路故障的经验，线路区外故障时零序功率方向与实际故障情况不一致，通常有两种情况：一种是PT两点接地，故障时零序电压出现异常，导致零序功率方向误判；另一种则是弱电强磁，由于相邻线路零序互感，导致本线路的零序功率方向误判。经过仔细检查和分析，排除PT两点接地故障的可能性，进一步确认是故障时相邻线路的弱电强磁原因导致本线路的纵联零序保护动作不正确。

3.结论及建议

综上所述，此次线路区外故障，由于相邻线路的弱电强磁导致两侧线路主保护-纵联零序保护动作不正确，但保护装置的动作行为是符合保护设计原理本身，即两侧零序功率均判为正方向才导致纵联零序保护动作出口。

在线路保护装置动作原理设计之初，电力系统中尚未出现弱电强磁的条件，因此线路保护装置在当时并未针对弱电强磁情况做专门的逻辑处理。所幸的是，在弱电强磁情况下，纵联零序通常会选单相跳闸，因而保护装置的重合闸几乎均能动作并重合成功，减小了事故造成的损失。在最新的线路保护装置动作原理设计中，已经充分考虑了故障时弱电强磁对相邻线路的影响，可以通过升级保护装置程序版本来避免此类问题的再次发生。

参考文献：

[1]刘振亚.国家电网公司输变电工程典型设计（500kV变电站二次系统部分）[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]景敏慧.变电站电气二次回路及抗干扰[M].北京：中国电力出版社，2010.

作者简介：

徐超（1979-），男，江苏吴江人，本科，工程师。从事电力系统继电保护应用及研究工作。

余冬（1981-），男，江苏盐城人，硕士，工程师。从事电力系统继电保护应用及研究工作。

王妍娟（1979-），女，安徽宿州人，本科，助理工程师。从事电力系统继电保护应用及研究工作。