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1、大电流接地系统与小电流接地系统故障判断、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，造成单相故障的原因有很多，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，正常情况下如 果是瞬时性故障，则重合闸会启动重合成功；如果是永久性故障将会 出现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 判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，并对相关的知识点进行
2、 分析。 说明，此案例分析以FHS变电站为主。本案例分析的知识 点：（1）大电流接地系统与小电流接地系统的概念。（2）单相瞬 时性接地故障的判断与分析。（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采用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
3、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。采用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：凡是 X0/X145的系统属于大接地电流系统，X0/X145的系统则属于 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1所示，两变电站之间为双回线，线路长度为66.76km。WXHrllXIVXHdlXLFP-部:ALFP-W：AHg66.
4、 man-FT线路及保护配置三、事故基本情况2001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，系统无其他异常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-902A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
5、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-11X保护动作1次，保护动作 报告如表1所示。WXH-11保护动作报告CPU号 保护元件时间含 义CPU1 GBIOTX 11ms高频零序方向停信 GBIOCK 19ms高频零 序方向出口 CPU2 1ZKJCK 27ms 距离 I 段出口 CPU4 T
6、1QDCH 55ms单跳起动重合闸CHCK 512ms重合闸出口 CJ=33.5km 测 距 （2） LFP-902A保护：LFP-902A保护动作1次，保护动作报告 如表2所示。 表2-2 LFP-902A保护动作报告CPU号 保护元件 时间含义CPU1 Z+ 27ms高频距离0+27ms高频零序方向元件 C 27ms C相跳闸CPU2 CH 890 ms重合闸时间CJ=33.6km测。距 最大电流（Imax） :2.63x1200 （A） 零序电流（I0）： 2.28x1200 （A）七、两侧保护动作情况分析1 .两侧保护的配置情况FT线两侧的保护配置如图1所示。（1） 第一套保护。WXH
7、-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I段，灵敏的I、11、 III、W段及缩短了七的零序I、II、III、W段及不灵敏的I段；CPU4 为重合闸。（2）第二套保护。LFP-902A型线路成套快速保护由2 个CPU组成。其中CPU1为主保护，由以超范围整定的复合式距离 继电器和零序方向元件通过配合构成全线路快速跳闸保护，由I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
8、重合闸逻辑；CPU3为管理CPU；配SF-600集成电路收发信机， LFP-923C型失灵启动及辅助保护装置，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周围去游离 的时间。在断路器跳闸后，要使故障点的电弧熄灭并使周围介质恢复
9、绝缘强度，是需要一定时间的，必须在这个时间以后进行合闸才有可 能成功。（2）要大于断路器及其机构复归状态准备好再次动作时间。 在断路器跳闸以后，其触头周围绝缘强度以及灭弧室灭弧介质的恢复 是需要一定的时间。同时其操作机构恢复原状准备好再次动作也需要 一定的时间。（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220kV线路采用闭锁式通道，如 图2-2所示，闭锁式保护在区内故障时，两侧方向元件判断为正方向， 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
10、元件）范围内，并且两侧的保护 动作相同，所以表1、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、负序和零序分量大小相等方向相同，因此 故障相电流孔与外大小相等，方向相同。（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，相位角为珞，它的大小取决于二盗之比。2.保 护动作情况分析 故障测距反映的故障点位置如图2所示，为线路中 间，距F站图2 FT线路故障点 第一套保护WXH-11X动作逻辑，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
11、零序方向元件均判断为止方向（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 作时序和动作逻辑正确。第二套保护LFP-902A动作逻辑，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“C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
12、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，若 线路故障为瞬时性故障，正常情况，保护或位置不对应启动重合闸重 后，重合闸会合闸成功。若为永久性故障，重合闸重合将重合于故障 而发生第二次跳闸，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。设备名称：AA5文件名称：B50 G4213.000故 障时间：2001-05-24 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 1 2 3 4 5 C1电流FQ二回AI 0.
13、1308 0.1298 0.1339 0.1395 0.1425 C2 电流 FQ 二回 BI 0.1339 0.1333 0.1144 0.1101 0.1110 C3 电流 FQ 二回 CI 0.1321 0.1256 0.0482 0.0808 0.0758 C4 电流 FQ 二回 NI 0.0088 0.0109 0.0797 0.1023 0.1021 C5 电流 FH 一回 AI 0.0736 0.0754 0.0859 0.0995 0.0971 C6 电流 FH 一 回 BI 0.0738 0.0803 0.1830 0.2145 0.2185 C7 电流 FH 一回 CI 0
14、.0781 0.0987 0.3911 0.4820 0.4808 C8 电流 FH 一回 NI 0.0087 0.0101 0.1273 0.1624 0.1621 C9 电流 FT 一回 AI 0.1598 0.1627 0.1682 0.1734 0.1819 C10 电流 FT 一回 BI 0.1619 0.1633 0.2734 0.3175 0.3267 C11 电流 FT 一回 CI 0.1684 0.3162 2.5205 3.1869 3.171 C12 电流 FT 一回 NI 0.00644 0.1593 2.1797 2.7902 2.7679图3 FT线C相接地故障录波
15、图（1）从故障电流可看出，故障相为C相。（2）故障时孔与外相位相反。（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）。（4）1010ms C相重合闸重合成功（重合闸整定时间0.8s）。（5）TA变比1200/1（6）故障电流折算值（有效值）：均= 3.186*1湖；4 = 2.7902x1200（7）故障录波器测量值与微机保护打印报告存在误 差。5. LFP-902A微机保护报告分析LFP-902A微机保护报告如图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，85ms
16、C相完全跳开。C相断路器跳闸后，保护再次收、发信，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，方向相同，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。 特别说 明：对电流方向的规定众所周知，即以母线为参考，流入母线为正 方向，流出母线为反方向。单相接地故障时故障相电流是流出母线的 为正方向，零序电流是由故障点经大地和电源侧中 性点（一般为中 性点接地的变压器中性点）流入母线的为反方向。故障录波器TA 回路的接线一般没有将TA的IN
17、线反接，故测量到的波形其相位反 映的是故障电流的实际相位。对于保护装置由于要正确判断故障方 向，必须将TA回路的IN线反接，所以其记录的波形故障相电流和 零序电流是同相位。6.故障处理大电流接地系统单相接地故障的 处理在事故处理中比较简单，其处理步骤如下：（1）检查并记录监控 系统（综合自动化站）或主控制室（常规站）光字牌信号。（2）检查 并记录保护屏信号。（3）检查并记录本站自动装置的动作情况。（4） 检查微机监控系统（综合自动化站）或主控制室（常规站）断路器跳 闸相别与保护动作相别及是否一致。（5）打印故障录波器报告并进行 初步分析。（6）打印微机保护报告并进行初步分析。（7）将故障情况 及时向调度汇报，汇报内容包括：时间、站名、故障基本情况、断路 器跳闸情况、重合闸动作情况、保护动作情况、跳闸前、后负荷情况 等。（8）整理跳闸报告，跳闸报告的主要内容有：事故现象：包括 发生事故的时间、中央信号、当时的负荷情况等。断路器跳闸情况。 保护及自动装置的动作情况。事件打印情况。现场检查情况。事 故的初步分析。存在的问题。事故的处理过程：包括操作、安全措 施等。打印故障录波图、事件打印、微机保护报告等。
