对一张奇特的故障电流录波图的分析

通过对一张“故障电流录波图”中短路电流数值和相位变化的分析，从多方面分析其变化的原因，总结出了分析这种特殊的电力系统事故的经验和方法。
    关键词: 电力系统事故；故障电流；录波图 

The Analysis Of An Unusual Fault Current Recorded Diagram

Zhu Baolin 

(Shaoguan Electrac Power Group,Guangdong)

    Abstract: Based on the analysis about short-circuit current and phase deviation of an fault current recorded diagram and the
cause analyzed in various ways, the experience and method of dealing with these unusual power system accidents is obstained.
    Key words: power accident fault current defult recorded diagram analysis


0  前言
    广东500kV北郊变电站2001年6月21日15时06分06秒在雷雨时，220kV#6母线上的2457断路器、2458断路器、202B断路器、206B断路器、2026断路器全部跳闸，220kV#6母线失压。黄(黄埔站)北(北郊站)线2458断路器对侧的黄埔站断路器也跳闸。将2458断路器退出运行后，220kV#6母线恢复运行正常。

1  奇特的故障电流录波图
    事故发生后，经检查保护动作情况：220kV黄北线主保护动作，220kV#6母线差动保护动作。打印出故障电流录波图，总觉得这张故障电流录波图比较奇特，如图1所示。

    针对这张奇特的故障电流录波图，提出了下列疑问：
    1) 从故障开始到46ms，为A相单相接地短路故障，A相短路电流约19.2kA，3I₀约20.4kA(根据故障电流录波图和TA变比估算，下同)，两者比较接近，而且相位相同，情况正常，为什么？
    2)从490ms到560ms，为A相和B相相间短路接地故障，相间短路电流变小，而且相位相同，A相短路电流约8.5kA，B相短路电流约8.1kA，3I₀约16.4kA约为两者之和。为什么A相和B相会相位相同？
    3)从560ms到585ms，为什么3I₀消失，A相和B相相间短路电流变得更小，大小相等，都是1.7kA、而且变成相位相反？
    4)为什么北郊站侧A相和B相相间短路电流是1.7kA，而在线路对侧黄埔站的B相短路电流却是3.6kA？

2  故障分析
    为了弄清楚上述问题，必须进行认真细致的分析。经现场检查发现：黄北线靠北郊侧单相永久性接地故障；黄北线2458断路器处A相和B相TA顶部金属外罩之间击穿放电短路。
2.1 从保护动作断路器跳闸分析。
    从故障开始到46ms，为A相单相接地短路故障，北郊站侧、黄埔站侧A相主保护动作跳闸。
    从490ms到560ms，北郊站侧A相和B相TA顶部金属外罩之间击穿放电，形成假的相间接地短路(实际为B相经A相TA接地短路，因为在重合闸800ms之前，又出现B相故障，单重方式就不再进行重合闸)，且通过A相短路点接地故障，因此时北郊站侧TA变比发生了变化(2400/1)，相当于母线有故障，北郊站侧220kV#6母线差动保护动作，#6母线上所有断路器跳闸。
    从560ms到585ms，相间短路接地故障仍存在，由黄埔站侧保护动作切除故障。
2.2 从TA的结构进行分析，
    如图2所示， 该线路两端的TA电流变比都是2×1200/1，运行中一次侧两个绕组经过顶部金属外罩串联连接。

    故障开始到46ms，为A相单相接地短路故障，A相短路电流流过TA两个互相串联的一次绕组，感应到二次侧的电流相位相同，互相迭加。接地电流也与A相单相电流同相位，大小基本相同。
    从490ms到560ms，由A相单相接地短路故障发展到A相和B相经TA顶部金属外罩两相短路，且通过A相短路点接地故障。由于北郊站侧的A相已跳闸，黄埔站侧的A相也跳闸，，形成北郊站侧的A相、B相两相接地短路，黄埔站侧B相接地短路故障。由图2可知，A相感应的二次电流反映I_a=I_b1+I_b2，B相感应的二次电流反映I_b=I_b1－I_b2，因为短路故障点在北郊站侧，I_b1远大于I_b2，所以I_a=I_b1+I_b2略大于I_b=I_b1－I_b2，相位取决于I_b1，零序电流3I₀的相位与I_b1同相位。
    从560ms到585ms，北郊站侧母差保护动作断路器跳闸后，对黄埔站来说，形成了A相和B相两相短路接地故障。B相短路电流I_B经A相和B相TA右侧一次绕组及TA顶部金属外罩短路点流回接地点。因此同一短路电流I_B流经A相和B相TA右侧极性相反的一次绕组，所以在故障电流录波图上反映出来的电流也是大小相等、相位相反的，而且A相电流的相位没有发生变化。零序电流3I0也同时消失。
2.3 从TA的变比进行分析(该线路两端的TA电流变比都是2×1200/1) 
    从故障开始到46ms，为A相单相接地短路故障，A相短路电流流过A相TA的左右两个互相串联的一次绕组，此时的TA变比时1200/1。
    从490ms到585ms，A相和B相TA顶部金属外罩之间击穿放电短路后，短路电流流过TA各侧的一个一次绕组，在这种情况下，相当于两个一次绕组并联时的情况，变比变为2400/1。所以，录波图中的电流就比单相短路0ms-46ms时小了1/2，从490ms到585ms，按故障电流录波图中电流计算一次电流值，北郊站侧A相和B相短路电流为1.7kA，也比黄埔侧短路电流3.6kA约小了1/2左右。

3  结论
    通过这次事故，发现220kV电流互感器相间实际距离小于国家标准规定的距离，现已将该站220kV电流互感器重新安装，保证相间实际距离符合国家标准要求。
    上述故障类型和“故障电流录波图”比较少见，特别是从490ms到560ms，A相电流和B相电流同相位及电流变小的波形，比较奇特。应从具体故障点位置和电流互感器变比等方面认真分析，有利于查找事故原因，保证电力系统安全运行。