王學(xué)羽

（唐山開灤東方發(fā)電有限公司，河北 唐山 063100）

根據(jù)事故統(tǒng)計資料可知，對于中性點不接地的電力系統(tǒng)，在查找單相接地故障過程中，很容易在非故障相引發(fā)第2個接地點，造成裝有低電壓閉鎖的過電流繼電保護裝置拒動，擴大事故范圍.在中性點不接地電力系統(tǒng)的繼電保護的整定計算和接地線校驗熱穩(wěn)定計算等工作中，需要進行系統(tǒng)異地兩相接地短路電流計算.因計算過程較為復(fù)雜，許多設(shè)計手冊和教材中不涉及.目前，文獻中通用的算法是，對簡單線路采用將網(wǎng)絡(luò)化簡，列寫回路方程進行求解［1］；對于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)采用解四端網(wǎng)絡(luò)方程，用計算機求解［2-3］，但是采用這些算法求解相當困難.

筆者通過對開灤東部礦區(qū)35kV電網(wǎng)的異地兩相短路故障案例分析，即從故障邊際條件入手，用對稱分量法分析其故障點的對稱分量，先構(gòu)造異地兩相短路故障的復(fù)合序網(wǎng)，再分拆成2個單相接地短路的復(fù)合序網(wǎng)，然后用計算單相接地短路電流的方法，計算中性點不接地系統(tǒng)異地兩相短路電流.根據(jù)計算結(jié)果，對完善繼電保護整定工作提出建議.該方法可適用于多電源、在同一網(wǎng)絡(luò)不同母線引出的不同線路的異地兩相短路.

1 案例分析

1.1 事故介紹

開灤東部礦區(qū)電網(wǎng)是唐山地區(qū)下屬35kV自備電網(wǎng)，主要承擔(dān)煤礦的供電任務(wù).2010年2月23日晚，在10min之內(nèi)相繼發(fā)生了A，C兩相接地的故障，引起A，C兩相異地短路，由于368，336開關(guān)的過電流保護拒動，造成母聯(lián)345開關(guān)越級跳閘，發(fā)生自備電網(wǎng)與系統(tǒng)的解列事故，如圖1所示.

圖1 電力系統(tǒng)異地兩相故障Figure 1 Two-phase grounding fault in different spots

1.2 中性點不接地系統(tǒng)的異地兩相短路故障分析

為分析該問題，必須進行35kV系統(tǒng)的異地兩相短路電流計算.35kV電力系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地時，故障點沒有故障電流［4-6］.因變壓器側(cè)零序阻抗無窮大，零序回路為開路，也沒有零序電流，無法用復(fù)合序網(wǎng)進行計算故障相電流.但是，當系統(tǒng)發(fā)生異地兩相短路故障時，2個故障點間卻產(chǎn)生了故障電流.從故障點 A，沿著368，316，326，336線路到故障點C，再經(jīng)過大地回到A點，其零序回路是閉合的，具有零序電流.由事故案例的故障邊界條件所知，故障線路368的A相電流等于336的C相電流，其他非故障相故障電流為零.即I386A＝-I336C；I386C＝I386B＝0；I336A＝I336B＝0.A，C故障端口都符合單相接地短路故障的計算條件.在單相接地短路電流計算中，其正序電流、負序電流和零序電流相等.

根據(jù)故障邊界條件，應(yīng)用對稱分量法，分析386A相、336C相同時接地短路故障.故障口電流與對稱分量電流的關(guān)系：I386A＝-I336C.

式（1）、（2）與單相接地短路故障公式［1-2］比較，兩處故障點的正序電流、負序電流、零序電流的數(shù)值均相等，只是方向相反.因計算單相接地短路電流時，其正序、負序、零序序網(wǎng)是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此，368A相和336C相故障點處的正序網(wǎng)絡(luò)、負序網(wǎng)絡(luò)、零序網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的復(fù)合序網(wǎng)電路結(jié)構(gòu)也為串聯(lián)結(jié)構(gòu).根據(jù)單相接地短路電流計算的串聯(lián)特性，畫出復(fù)合序網(wǎng)，如圖2所示.

選取基準容量SB＝1 000MV·A，基準電壓UB為平均電壓，將電網(wǎng)參數(shù)折算成標幺值進行計算.繪出系統(tǒng)異地A，C相短路阻抗圖.正序、零序阻抗計算值如圖3所示.

利用戴維南定理和圖3數(shù)據(jù)，分別計算出368A相和336C相短路端口的正序復(fù)合序網(wǎng)的等效阻抗值.系統(tǒng)側(cè)正序阻抗等于負序阻抗，為1／（1／1.435＋1／（0.088＋1.922））＋1.39＝2.23；發(fā)電機側(cè)正序阻抗等于負序阻抗，為 1／（1／1.922＋1／（0.088＋1.435））＋0.80＝1.65.流通故障電流的線路總零序阻抗為4.17＋0.41＋2.4＝6.98.

圖2 電力系統(tǒng)異地兩相短路復(fù)合序網(wǎng)Figure 2 Composite sequence network of power system two-phase grounding faults in different spots

圖3 電力系統(tǒng)異地兩相短路阻抗Figure 3 Impedance for power system different-places two-phase grounding faults

為了使用計算單相接地短路電流的方法，根據(jù)邊界條件，將包含兩處短路故障復(fù)雜的復(fù)合序網(wǎng)轉(zhuǎn)化成2個單獨計算單相接地短路故障的簡單復(fù)合序網(wǎng)，再求解.2個故障點的復(fù)合序網(wǎng)，其故障相的正序電流相等，都等于圖2復(fù)合序網(wǎng)的正序電流.

為了保證368A故障復(fù)合序網(wǎng)和336B故障復(fù)合序網(wǎng)的正序電流不變，必須使2個復(fù)合序網(wǎng)中的正序電流相等，因而須將流通故障電流線路的總零序阻抗6.98分拆到2個復(fù)合序網(wǎng)中，即

將X336［0］，X368［0］分別計入2個復(fù)合序網(wǎng)中.2個單相短路電流的復(fù)合序網(wǎng)如圖4所示.運用計算單相短路電流的方法進行異地兩相短路電流計算.

圖4 2個單相接地故障復(fù)合序網(wǎng)Figure 4 Composite sequence network of two single-phase grounding faults

分別對2個單相接地短路故障進行計算，計算故障線路的電流值、母線電壓值.368，336這2個單相接地故障的復(fù)合序網(wǎng)計算結(jié)果：

1）368故障端口處.A 相短路電流＝6.35kA；雞冠山變電站母線電壓UAC＝UAB＝0.972 9UB，UBC＝0.886 4UB.

2）336故障端口處.C 相短路電流＝6.35kA；林西電廠變電所母線電壓值UAC＝UBC＝0.972 4UB，UAB＝0.884 7UB.

通過分析計算結(jié)果，從理論上證明：368和336線路發(fā)生異地兩相短路時，母線電壓并沒有大幅下降，低電壓閉鎖也沒有啟動，368，336開關(guān)的過電流保護裝置沒有動作.

基于此判斷，停用供電線路上的低電壓閉鎖功能.2010年5月27日，在368末端處電纜頭又發(fā)生一次單相接地，隨后再次引起系統(tǒng)非故障相電壓升高，使336電纜頭被擊穿，造成異地兩相短路事故，這次事故中，因336，368開關(guān)過電流保護準確動作跳閘，及時切除了故障點，沒有造成345開關(guān)的越級跳閘，林西電廠沒有與系統(tǒng)解列而擴大事故.該計算結(jié)果也從事故中得到了驗證.

2 故障分析公式總結(jié)

1）通過35kV系統(tǒng)異地兩相短路故障的計算，筆者總結(jié)出一種計算中性點不接地系統(tǒng)異地B，C兩相短路電流的通用方法.

短路點正序電流：式中Xb1和Xb2分別為b點故障端口的正序網(wǎng)絡(luò)阻抗和負序網(wǎng)絡(luò)阻抗值；Xc1和Xc2分別為c點故障端口的正序網(wǎng)絡(luò)阻抗和負序網(wǎng)絡(luò)阻抗值；X0是從b到c零序電流流過的線路零序阻抗值.

短路電流：

2）當b和c故障點距離逐漸接近，b，c點重合時，即Xb1＝Xc1＝X1；Xb2＝Xc2＝X2；X0＝0；式（3）變?yōu)槎搪冯娏魍剑?），這正是兩相短路故障的短路電流通用計算公式.因此，可以認為，兩相短路電流計算公式是中性點不接地系統(tǒng)異地兩相短路計算公式的一種特例.

3）通過異地兩相短路故障案例的計算結(jié)果可以看出，發(fā)生異地兩相短路故障時，故障線路的母線電壓變化不大，電壓降低幅度較小.如果裝設(shè)低電壓閉鎖的過電流保護，取70%Ue，將達不到低壓繼電器啟動值，而閉鎖該保護裝置，致使過電流保護拒動.

4）異地兩相短路過程中，母線電壓不大幅降低的原因是，故障過程中，在故障線路、聯(lián)絡(luò)線路中形成了零序電流回路，線路零序阻抗可達到線路正序阻抗的3.0～4.7倍，從而降低了正序分量電流，降低了故障相的電壓降損耗［7-8］.

3 結(jié)語

在繼電保護整定技術(shù)管理工作中，對于中性點不接地電力系統(tǒng)，在配置線路過電流保護中，建議不配置低電壓閉鎖裝置；為保證過電流保護靈敏度的要求，如果確實需要配置低電壓閉鎖裝置，建議對系統(tǒng)異地兩相短路故障下的短路電流、母線電壓進行計算，并對該低電壓整定值進行校驗.

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