一起 220kV 输电线路单相高阻接地的典型案例分析

王殷林

摘要：线路发生单相高阻接地故障的故障相电流较小，故障电压 无明显的跌落，这为保护装置识别故障信息带来了一定的难度。本文 对漳州地区220kV总登线输电线路发生的一起 220kV 线路单相高阻接地故障，利用故障录波图以及保护动作原理进行事故分析，有效提升工作人员的业务技能水平。

关键词：线路单相高阻接地故障 保护原理

0 引言

220kV及以上电网输电线路的保护装置配置一般都采用双主保护配置原则，根据保护双重化配置要求，两套保护应该是原理上不同的保护，以弥补相互保护动作的局限性和不足，保证在任何复杂的故障下能快速、可靠、有选择的切除各类故障，保证电网的安全稳定运行。一般情况下，单相接地短路将产生很大的故障相电流和零序电流，相应的传统接地保护装置将能可靠动作将故障切除。然而，线路发生高阻接地故障电流水平通常低于直接短路故障电流水平，其接地相电压、线电压基本不变，不利于传统的过电流保护检测方法，增加高阻接地检测的难度。

一、事故过程

2020年5月3日12时42分53秒377毫秒，国网漳州供电公司220kV总山变220kV总登线254线路PSL603保护装置差动保护B相动作跳闸，跳开总登线254开关B相，RCS902保护装置未动作；54秒134毫秒，PSL603保护装置重合闸动作，54秒349毫秒，RCS902保护装置重合闸动作，总登线254开关B相重合成功。

对侧国网龙岩供电公司220kV登榜变220kV总登线PSL603保护装置未动作，12时42分53秒708毫秒RCS902保护装置纵联零序方向B相动作跳闸，54秒448毫秒重合闸动作，B相重合成功。

二、保护动作分析

（一）故障录波装置波形分析

图1 总山变故障录波装置波形

图2 登榜变故障录波装置波形

通过故障录波装置波形分析，整个跳闸及重合闸过程，两侧变电站220kV母线电压均未出现明显波动，维持在正常电压范围。总山变侧总登线B相故障电流呈逐渐增大趋势，在42分52秒815毫秒（603保护启动前），B相电流就已经增大（约121.92A），出现零序电流（约62.64A），在603保护动作时刻，B相电流达到约544.08A。登榜变侧总登线B相电流则分为两阶段，在前一阶段基本保持在约200A左右，在42分53秒631毫秒（即总山变B相开关跳开后约150毫秒），B相突增至约724A左右。

因此，初步判断为总登线线路发生高阻接地，而正常潮流方向为总山变流向登榜变，则总山变侧B相故障电流逐渐增大，保护先动作跳开B相开关，此时故障电流全部由登榜变提供，登榜变侧B相故障电流突增，保护动作跳开B相开关。

（二）603光纤分相差动保护基本原理

603光纤分相电流差动保护的基本原理是借助于光纤通道，实时地向对侧传递每相电流的采样数据，同时接受对侧的电流采样数据，两侧保护利用本地和对侧电流数据经过同步处理后分相进行差电流计算。当线路在正常运行或发生区外故障时，线路两侧电流相位相反，此时线路两侧的差流为零；当线路发生区内故障时，线路两侧电流的差流不为零，满足电流差动保护的动作特性方程时，保护装置发出跳闸命令快速将故障相切除。

对于高电压长距离输电线路，电容电流较大，为了提高经高过渡电阻故障时的灵敏度，要考虑电容电流的影响。本保护装置计算正常时 作为电容补偿电流。在进行差动继电器计算时，必须满足故障的 的条件。

图3 比例差动示意图

, 为差动比例系数，其中 保护内部固定为0.5， 保护内部固定为0.7； 为整定值（差动电流启动整定值）； 为四倍额定电流（分相差动两线交点）； 常数计算值为0.4 ， 为正常运行时计算得到的电容电流。

采用这样的制动特性曲线，可以保证在小电流时有较高的灵敏度，而在电流大时有较高的可靠性。即当线路末端发生区外故障时，因电流互感器发生饱和产生传变误差，此时采用较高斜率的制动特性更为可靠；而当线路发生区内故障高阻接地时，采用低斜率的制动特性则可提高保护动作的灵敏度。

（三）603保护装置动作分析

核对总登线PSL603保护装置定值，其差动保护有投入电流补偿元件，使得差动动作门槛会考虑电容补偿电流（电容补偿电流取启动前4倍Ic，Ic为两侧差流）。而登榜变侧603保护装置启动时间比总山变侧晚约271ms左右，故登榜变侧603保护差动动作门槛值比总山变侧高。

通过总山变侧603保护装置波形分析，启动时刻B相电流约222.48A，差流值未能达到分相差动电流定值。B相电流逐渐增大，在动作时刻达到约533.6A，此时登榜变侧电流约265.2A，则差流值达到约796.8A，制动电流值约274.4A，满足分相差动动作方程，故B相差动保护动作。

而登榜变侧电容补偿电流值比总山变侧大，达到约794.4A。在登榜变侧603保护启动后420ms，B相差流达到796.8A，高于电容补偿电流值，满足分相差动动作方程；但5ms过后，差流降低为789.6A，低于电容补偿电流值，故登榜变侧B相差动允许条件仅满足5ms。因此，登榜变侧603保护由于分相差动仅短时满足动作门槛，未能持续满足至保护动作跳令发出，因此差动保护不动作。

启动后时刻	登榜变侧电流	总山变侧电流 （折算至登榜侧）	差流	制动电流
323ms	0.626∠7.341°	1.277∠15.189°	1.899	0.662
420ms	0.663∠6.932°	1.334∠15.499°	1.992	0.686
425ms	0.658∠8.032°	1.321∠16.562°	1.974	0.677
435ms	0.64∠8.269°	1.298∠16.578°	1.933	0.671
476ms	0.649∠9.317°	1.312∠17.547°	1.956	0.676
485ms	0.901∠-4.711°	0.973∠27.706°	1.8	0.528
490ms	1.291∠5.468°	0.457∠21.681°	1.734	0.862

（四）902保护装置动作分析

总登线RCS902线路保护装置为允许式纵联保护，当正方向元件动作且反方向元件不动即发允许信号，同时收到对侧允许信号达8ms后纵联保护动作。

图4 RCS902允许式纵联保护原理

总山变侧902保护装置在42分53秒036毫秒启动，随着B相电流的增大，在53秒317毫秒正方向元件动作且反方向元件不动，即向对侧发允许信号，但未收到对侧允许信号，故纵联保护不会动作。当总山变侧B相开关跳闸后，登榜变侧B相电流增大，随即正方向元件动作开始发允许信号，总山变侧902保护在42分53秒654毫秒接收到对侧允许信号，但此时603保护已动作跳开B相开关。

登榜变侧902保护在42分53秒646毫秒发允许信号，在42分53秒668毫秒收到总山变侧的允许信号，故902保护装置纵联保护动作，跳开B相开关。

三、结论

220kV总登线线路发生高阻接地，总山变侧B相故障电流逐渐增大，603保护达到差动动作定值而动作，902保护因未收到对侧允许信号而没有动作。登榜变侧一开始故障电流较小，603保护启动较慢，导致差动动作门槛值比总山变侧高，差流仅短时满足动作门槛，未能持续满足至保护动作跳令发出，故没有动作；在总山变侧B相开关跳开后，登榜变侧电流增大，902保护即发信又收到对侧允许信号，纵联保护动作。