王学羽

（唐山开滦东方发电有限公司，河北 唐山 063100）

根据事故统计资料可知，对于中性点不接地的电力系统，在查找单相接地故障过程中，很容易在非故障相引发第2个接地点，造成装有低电压闭锁的过电流继电保护装置拒动，扩大事故范围.在中性点不接地电力系统的继电保护的整定计算和接地线校验热稳定计算等工作中，需要进行系统异地两相接地短路电流计算.因计算过程较为复杂，许多设计手册和教材中不涉及.目前，文献中通用的算法是，对简单线路采用将网络化简，列写回路方程进行求解［1］；对于复杂网络采用解四端网络方程，用计算机求解［2-3］，但是采用这些算法求解相当困难.

笔者通过对开滦东部矿区35kV电网的异地两相短路故障案例分析，即从故障边际条件入手，用对称分量法分析其故障点的对称分量，先构造异地两相短路故障的复合序网，再分拆成2个单相接地短路的复合序网，然后用计算单相接地短路电流的方法，计算中性点不接地系统异地两相短路电流.根据计算结果，对完善继电保护整定工作提出建议.该方法可适用于多电源、在同一网络不同母线引出的不同线路的异地两相短路.

1 案例分析

1.1 事故介绍

开滦东部矿区电网是唐山地区下属35kV自备电网，主要承担煤矿的供电任务.2010年2月23日晚，在10min之内相继发生了A，C两相接地的故障，引起A，C两相异地短路，由于368，336开关的过电流保护拒动，造成母联345开关越级跳闸，发生自备电网与系统的解列事故，如图1所示.

图1 电力系统异地两相故障Figure 1 Two-phase grounding fault in different spots

1.2 中性点不接地系统的异地两相短路故障分析

为分析该问题，必须进行35kV系统的异地两相短路电流计算.35kV电力系统是不接地系统，发生单相接地时，故障点没有故障电流［4-6］.因变压器侧零序阻抗无穷大，零序回路为开路，也没有零序电流，无法用复合序网进行计算故障相电流.但是，当系统发生异地两相短路故障时，2个故障点间却产生了故障电流.从故障点 A，沿着368，316，326，336线路到故障点C，再经过大地回到A点，其零序回路是闭合的，具有零序电流.由事故案例的故障边界条件所知，故障线路368的A相电流等于336的C相电流，其他非故障相故障电流为零.即I386A＝-I336C；I386C＝I386B＝0；I336A＝I336B＝0.A，C故障端口都符合单相接地短路故障的计算条件.在单相接地短路电流计算中，其正序电流、负序电流和零序电流相等.

根据故障边界条件，应用对称分量法，分析386A相、336C相同时接地短路故障.故障口电流与对称分量电流的关系：I386A＝-I336C.

式（1）、（2）与单相接地短路故障公式［1-2］比较，两处故障点的正序电流、负序电流、零序电流的数值均相等，只是方向相反.因计算单相接地短路电流时，其正序、负序、零序序网是串联结构，因此，368A相和336C相故障点处的正序网络、负序网络、零序网络所构成的复合序网电路结构也为串联结构.根据单相接地短路电流计算的串联特性，画出复合序网，如图2所示.

选取基准容量SB＝1 000MV·A，基准电压UB为平均电压，将电网参数折算成标幺值进行计算.绘出系统异地A，C相短路阻抗图.正序、零序阻抗计算值如图3所示.

利用戴维南定理和图3数据，分别计算出368A相和336C相短路端口的正序复合序网的等效阻抗值.系统侧正序阻抗等于负序阻抗，为1／（1／1.435＋1／（0.088＋1.922））＋1.39＝2.23；发电机侧正序阻抗等于负序阻抗，为 1／（1／1.922＋1／（0.088＋1.435））＋0.80＝1.65.流通故障电流的线路总零序阻抗为4.17＋0.41＋2.4＝6.98.

图2 电力系统异地两相短路复合序网Figure 2 Composite sequence network of power system two-phase grounding faults in different spots

图3 电力系统异地两相短路阻抗Figure 3 Impedance for power system different-places two-phase grounding faults

为了使用计算单相接地短路电流的方法，根据边界条件，将包含两处短路故障复杂的复合序网转化成2个单独计算单相接地短路故障的简单复合序网，再求解.2个故障点的复合序网，其故障相的正序电流相等，都等于图2复合序网的正序电流.

为了保证368A故障复合序网和336B故障复合序网的正序电流不变，必须使2个复合序网中的正序电流相等，因而须将流通故障电流线路的总零序阻抗6.98分拆到2个复合序网中，即

将X336［0］，X368［0］分别计入2个复合序网中.2个单相短路电流的复合序网如图4所示.运用计算单相短路电流的方法进行异地两相短路电流计算.

图4 2个单相接地故障复合序网Figure 4 Composite sequence network of two single-phase grounding faults

分别对2个单相接地短路故障进行计算，计算故障线路的电流值、母线电压值.368，336这2个单相接地故障的复合序网计算结果：

1）368故障端口处.A 相短路电流＝6.35kA；鸡冠山变电站母线电压UAC＝UAB＝0.972 9UB，UBC＝0.886 4UB.

2）336故障端口处.C 相短路电流＝6.35kA；林西电厂变电所母线电压值UAC＝UBC＝0.972 4UB，UAB＝0.884 7UB.

通过分析计算结果，从理论上证明：368和336线路发生异地两相短路时，母线电压并没有大幅下降，低电压闭锁也没有启动，368，336开关的过电流保护装置没有动作.

基于此判断，停用供电线路上的低电压闭锁功能.2010年5月27日，在368末端处电缆头又发生一次单相接地，随后再次引起系统非故障相电压升高，使336电缆头被击穿，造成异地两相短路事故，这次事故中，因336，368开关过电流保护准确动作跳闸，及时切除了故障点，没有造成345开关的越级跳闸，林西电厂没有与系统解列而扩大事故.该计算结果也从事故中得到了验证.

2 故障分析公式总结

1）通过35kV系统异地两相短路故障的计算，笔者总结出一种计算中性点不接地系统异地B，C两相短路电流的通用方法.

短路点正序电流：式中Xb1和Xb2分别为b点故障端口的正序网络阻抗和负序网络阻抗值；Xc1和Xc2分别为c点故障端口的正序网络阻抗和负序网络阻抗值；X0是从b到c零序电流流过的线路零序阻抗值.

短路电流：

2）当b和c故障点距离逐渐接近，b，c点重合时，即Xb1＝Xc1＝X1；Xb2＝Xc2＝X2；X0＝0；式（3）变为短路电流同式（4），这正是两相短路故障的短路电流通用计算公式.因此，可以认为，两相短路电流计算公式是中性点不接地系统异地两相短路计算公式的一种特例.

3）通过异地两相短路故障案例的计算结果可以看出，发生异地两相短路故障时，故障线路的母线电压变化不大，电压降低幅度较小.如果装设低电压闭锁的过电流保护，取70%Ue，将达不到低压继电器启动值，而闭锁该保护装置，致使过电流保护拒动.

4）异地两相短路过程中，母线电压不大幅降低的原因是，故障过程中，在故障线路、联络线路中形成了零序电流回路，线路零序阻抗可达到线路正序阻抗的3.0～4.7倍，从而降低了正序分量电流，降低了故障相的电压降损耗［7-8］.

3 结语

在继电保护整定技术管理工作中，对于中性点不接地电力系统，在配置线路过电流保护中，建议不配置低电压闭锁装置；为保证过电流保护灵敏度的要求，如果确实需要配置低电压闭锁装置，建议对系统异地两相短路故障下的短路电流、母线电压进行计算，并对该低电压整定值进行校验.

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