一起连锁故障的仿真模拟和理论分析.pdf

第４２卷第１３期２０１４年７月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ、，ｏ１．４２ＮＯ．１３Ｊｕ１．１，２０１４一起连锁故障的仿真模拟和理论分析黄淼，黄敏，庄凯，文一宇，刘育明，朱晟毅（１．国网重庆市电力公司电力科学研究院，重庆４０１１２３；２．国网重庆市电力公司检修分公司，重庆４０００３９）摘要：介绍并分析了实际电网中发生的一起连锁故障。该故障的演变过程较为复杂，不仅某１１０ｋＶ线路先后经历了多种故障形态，而且其供电的某变电站主变和另一条１１０ｋＶ线路均发生了动作跳闸行为。鉴于故障的复杂性，运用仿真模拟和理论分析的手段，详细探讨了相关继电保护装置的动作行为和动作原因，并推导了Ｃ相断线并与Ｂ相搭接故障形式下相关电气量的数学公式。仿真和理论计算的结果表明对保护动作原因的分析是有效正确的关键词：连锁故障；继电保护；故障分析；仿真Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃａｓｃａｄｉｎｇｆａｕｌｔ—ＨＵＡＮＧＭｉａｏ，ＨＵＡＮＧＭｉｎ，ＺＨＵＡＮＧＫａｉ，ＷＥＮＹｉ．ｙｕ，ＬＩＵＹｕｍｉｎｇ，ＺＨＵＳｈｅｎｇ．ｙｉ（１．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＣｈｏｎｇｑｉｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏ．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０１１２３，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＣｈｏｎｇｑｉｎｇＰｏｗｅｒＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅＢｒａｎｃｈＣｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓａｎｄａｎａｌｙｚｅｓａｃａｓｃａｄｉｎｇｆａｕｌｔｉｎａｎａｃｔｕａｌｐｏｗｅｒｇｒｉｄ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｃｏｎｔｉｎｇｅｎｃｙ，ｎｏｔｏｎｌｙｓｅｖｅｒａｌｆａｕｌｔｐａｔｔｅｒｎｓｏｃｃｕｒｒｅｄｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｌｙｏｎａ１１０ｋＶｌｉｎｅ，ｂｕｔａｌｓｏａｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｍａｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｎｄａｎｏｔｈｅｒ１１０ｋＶｌｉｎｅ，ｗｈｉｃｈｗａｓｐｏｗｅｒｅｄｂｙｔｈｅｆａｕｌｔｅｄｌｉｎｅ，ｔｒｉｐｐｅｄｄｕｅｔｏｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｓｏｍｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｔｏｄｉｓｃｕｓｓｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｒｅａｓｏｎｓｏｆｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓ，—ａｎｄｄｅｒｉｖｅｓｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｅｏｆｒｅｌａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｑｕａｎｔｉｆｉｅｓｉｎｃａｓｅｏｆｏｐｅｎｐｈａｓｅｆａｕｌｔｏｆｐｈａｓｅＣａｎｄｌａｐｊｏｉｎｔｏｆｐｈａｓｅＢａｎｄｐｈａｓｅＣ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎａｌｙｓｉｓｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｎｄｃｏｒｒｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｓｃａｄｉｎｇｆａｉｌｕｒｅ；ｒｅｌａｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ中图分类号：ＴＭ７１１文献标识码：Ａ——文章编号：１６７４３４１５（２０１４）１３０１３９－０７Ｏ引言２０１１年末，重庆市某地区一条１１０ｋＶ线路在发生故障期间，其供电的某变电站１号主变零序过压保护动作，另一条１１０ｋＶ线路在该区外故障下距离Ｉ段保护两次动作跳闸。故障分析是提升电力系统运行管理水平的重要环节Ｌ１曲Ｊ。为查找故障原因，认识和了解故障，论文结合故障录波，运用仿真模拟和理论分析的手段，对故障予以探讨。１故障简况１．１故障前运行方式故障前系统接线如图１所示。甲、乙两站均为２２０ｋＶ变电站。因设备改造，乙站２２０ｋＶ设备全停；１、２号主变本体高压侧引流线已拆除；１、２号主变２２０ｋＶ—●图例：卜开关在合位—仁＝卜一开关在分位图１故障前系统接线示意图—Ｆｉｇ．ＩＰｒｅｆａｕｌｔｄｉａｇｒａｍｏｆｓｙｓｔｅｍ电力系统保护与控制侧中性点接地运行，１１０ｋＶ侧中性点不接地运行；１１０ｋＶ母线分列运行。故障前，甲站通过１１０ｋＶ甲乙南、甲乙北线供乙站全部负荷，甲乙南、甲乙北分别带负荷约３．１万ｋＷ、６．６万ｋＷ。乙氮线所供用户为一氮肥厂，其６ｋＶＩＩ段和ＩＩＩ段母线分列运行，ＩＩ段母线带有３台高压同步电动机负荷，ＩＩＩ段母线带有７台高压同步电动机负荷和１台高压异步电动机负荷，ＩＩ、ＩＩＩ段母线所带站用变分别向若干低压异步电动机供电。继电保护方面，甲站甲乙北１６６保护投入，乙站甲乙北１２１保护退出运行，其他保护正常投入。１．２故障的演变时序通过分析故障录波数据、相保护动作报文，确定故障的演变时序如图２所示。由图２可知：①此次故障由甲乙北线乙侧发生故障所致，随着时间的推移，甲乙北线乙侧故障先后经历了ＢＣ两相短路、ＢＣ两相接地短路、Ｃ相断线、Ｃ相断线并与Ｂ相搭接的过程；②在甲乙北线乙侧ＢＣ两相接地短路期间，乙氮线１２４保护距离Ｉ段第１次动作跳闸；③在甲乙北线乙侧Ｃ相断线并与Ｂ相搭接期间，乙站１号主变零序过压保护动作导致主变跳闸，乙氮１２４距离Ｉ段第２次动作跳闸。乙氮１２４保护距离Ｉ段动甲乙北１６６保护距离ＩＩ乙氮线１２４重合闸甲乙北１６６重合闸出乙站１号主变零序过乙氮ｌ２４距离Ｉ段动作作出口，数十毫秒后段动作出口，数十毫秒出１３，数十毫秒后口，数十毫秒后重压保护动作，１０１和出口，数十毫秒后开１２４开关跳闸后１６６开关跳闸重合闸成功合闸成功９０１开关跳闸关再次跳闸————厂Ｔ…———…———土甲乙北乙侧ＢＣ两相短路甲乙北乙侧ＢＣ两相接地短路甲乙北乙侧ＢＣ两相接地短路故障消失以及Ｃ相断线阶段图２故障的演变时序Ｆｉｇ．２Ｔｅｍｐｏｒａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｆａｕｌｔ对乙氮线而言，甲乙北线乙侧故障属于反向故障。按继电保护应满足选择性的要求，乙氮线１２４保护不应动作。本文第２节，将针对乙氮线距离Ｉ段保护第１次动作跳闸的原因进行分析。鉴于乙氮线距离Ｉ段第２次动作跳闸和乙站１号主变零序保护动作跳闸均发生在甲乙北线乙侧Ｃ相断线并与Ｂ相搭接期间，故在第３节，首先对这种很少见的并联一并联型双重复故障进行理论推导，再针对不同的保护动作开展分析。２乙氮线１２４保护第１次动作跳闸分析２．１保护动作原理简介乙氮线保护装置型号为ＬＦＰ．９４１Ａ，其距离Ｉ段继电器由方向阻抗继电器和电抗继电器组成Ｌ７Ｊ。方向阻抗继电器工作和极化电压分别表示为ｌ７Ｊ∞Ｕｏ＝一ＺＺＤ（１）Ｕｐ＝一Ｕ】ｅ（２）式（１）、式（２日：下标表示两相相问，＝ＡＢ、ＢＣ、ＣＡ；ｚｚＤ表示整定阻抗；０为偏移角。电抗继电器工作电压如式（１所示，极化电压表’示为】甲乙ｊｃ乙侧ｃ相断线且ＢＣ两相搭接Ｕｐ＝一ＺＤ（３）式中，ＺＤ为模拟阻抗。方向阻抗继电器、电抗继电器比相动作条件均表示为－，一９０。ａｒｇ９０。（４、一Ｐ２．２原因分析由式（１）、式（３）易知，在甲乙北乙侧ＢＣ两相接地短路状态下，电抗继电器满足比相动作条件。下面分析方向阻抗继电器满足比相动作条件的原因。录波分析表明，距离Ｉ段第１次动作出口前，方向阻抗继电器极化电压的相位基本未发生变化，该继电器之所以满足比相动作条件，源于其工作电压的相位变化。因甲乙北线乙侧处于ＢＣ两相接地短路状态，根据式（１，方向阻抗继电器工作电压的相位变化主要由乙氮线乙侧ＢＣ相问电流的相位决定。按故障录波计算得到的乙氮线乙侧ＢＣ相间电流的相对相位如图３所示。可见，随着时间的推移，其变化明显。这表明距离Ｉ段第１次动作的原因与乙氮线用户侧的响应相关。图４所示的用户侧有功也表明，用户侧响应发生了剧烈的变化。黄淼，等一起连锁故障的仿真模拟和理论分析＝＿．～—～—～二＿．．■■＿＿＿．～图３按录波数据得到的乙氮线乙侧ＢＣ相间电流相对于乙站１１０ｋＶＩ母Ａ相电压的相位——Ｆｉｇ．３ＲｅｌａｔｉｖｅｐｈａｓｅａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｐｈａｓｅＢｔｏｐｈａｓｅＣｃｕｒｒｅｎｔｆｌｏｗｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈＹｉｓｉｄｅｏｆｌｉｎｅＹｉｄａｎａｎｄｐｈａｓｅＡｖｏｌｔａｇｅａｔｌ１０ｋＶｂｕｓＩｉｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎＹｉｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｒｅｃｏｒｄｅｄｄａｔａ１～～－＝＿—．一一一ｊ、０５０１Ｏ０１５Ｏ２００２５０ｔ｜ｍＳ图４按录波数据得到的乙氮线有功Ｆｉｇ．４ＡｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆｌｏｗｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｌｉｎｅＹｉｄａｎｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｒｅｃｏｒｄｅｄｄａｔａ因故障前乙氮线用户侧不仅有高压同步电动机在运行，还有高压异步电动机以及多台低压异步电动机在运行，用解析的方法分析很困难，为此采用仿真的手段来探究原因。乙氮线ＢＣ相间电流相对于乙站１１０ｋＶＩ母Ａ相电压的相位仿真波形如图５所示，乙氮线有功仿真曲线如图６所示。比较图３和图５，并比较图４和图６，可见，故障录波和仿真波形在变化的趋势和幅值Ｅ均基本一致，这说明用仿真手段来探究保护动作原因是有效的。ｌ５０１００ｅ５０园０靛５０ｌ００１５０厂————————～——１／，］１／＼【０５０１００１５０２００２５０ｔ／ｍｓ图６乙氮线有功仿真波形Ｆｉｇ．６ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆｌｏｗｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｌｉｎｅＹｉｄａｎ因乙氮线既带高压同步电动机负荷，又带异步电动机负荷，所以分别模拟乙氮线仅带高压同步电动机、仅带异步电动机的情形。相应地，方向阻抗继电器工作电压和极化电压相位差变化的仿真曲线分别如图７、图８所示。仿真结果表明：在乙氮线仅带高压同步电动机时，在相同的故障和时间段内，距离Ｉ段也会动作，工作电压和极化电压相位差的变化趋势与实际故障时的情形相仿；在乙氮线仅带异步电动机时，距离Ｉ段不会动作。１５０１２０一９０粤６Ｏ３０Ｏ：＿＿§’～＿：ｌ，０２Ｕ０２５０ｔ／ｍｓ图７乙氮线仅带高压同步电动机时方向阻抗继电器工作电压与极化电压相位差的仿真波形Ｆｉｇ．７ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｐｈａｓｅａｎｇｌｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｗｏｒｋｉｎｇｖｏｌｔａｇｅａｎｄｐｏｌａｒｉｚｅｄｖｏｌｔａｇｅｏｆｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｍｐｅｄａｎｃｅｒｅｌａｙｉｎｃａｓｅｏｆｏｎｌｙｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｓｐｏｗｅｒｅｄｂｙｌｉｎｅＹｉｄａｎ。■—＝＝＿【—＼、ｌ２０、一ｊ．ｆ、９０Ｌｌｌ冬６０Ｌｌ；３０Ｌ０Ｊ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．＿Ｌ１５０２Ｏ０ｆ／ｍｓ…Ｉ＇ｇｑ５乙氮侧．呈ｔｌｌｌｌ￣，嚣嚣器乙站１１０ｋＶＩ母Ａ相电压的相位仿真波形Ｆｉｇ．８ｓｉｍ。ｃ。。ｉ，ｂｅｔ、ｖｅｅｎＦｉｇ．５ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｕｌｗｅｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｐｈａｓｅａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｐｈａｓｅｗｏｒｋｉｎｇｖｏＩｔａｇｅａｎｄｐｏｌａｒｉｚｄｖｏｌｔａｇ著ｏｆｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｍｐｅｄａｎｃｅＢ－ｔｏ。ｐｈａｓｅＣｃｕｒｒｅｎｔｎｏｗｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈＹｉｓｉｄｅｏｆｌｉｎｅＹｉｄａｎａｎｄｒｅｌａｙｉｎｃａｓｅ。ｏｆｏｎｌｙａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ。ｍｏｔｏｒｓｐｏｗｅｒｅｄｂｙｌｉｎｅｐｈａｓｅＡｖｏｌｔａｇｅａｔ１１０ｋＶｂｕｓＩｉｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎＹｉＹｉｄａｎ∞∞如如。如如一。）／靛罂如加Ｏ．１４２．电力系统保护与控制根据图４所示的乙氮线有功曲线，对乙氮线ＢＣ相问电流相位显著变化的原因作如下阐释：①甲乙北线乙侧发生故障时，乙氮线所带同步电动机的电磁转矩和机械转矩不平衡，导致其角速度变化，而角速度变化又会引起电磁转矩和机械转矩的进一步变化；②在距离Ｉ段第１次动作前，同步电动机角速度呈下降趋势，从而导致乙氮线乙侧ＢＣ相间电流相位的显著变化。综上所述，由于乙氮线用户侧负荷的响应特性（主要是高压同步电动机的响应，导致ＬＦＰ．９４１Ａ距离Ｉ段满足比相动作条件，距离Ｉ段保护动作。３Ｃ相断线并与Ｂ相搭接的故障分析３．１理论推导该故障示意图如图９所示。图９中，记甲乙北线路断相处为故障口Ｆ１，线路ＢＣ相搭接处为故障口Ｆ２。ＡＢＣ］Ｆ１Ｆ２ｆ图９故障示意图Ｆｉｇ．９Ｆａｕｌｔｓｃｈｅｍａｔｉｃ正、负序等值网络及节点编号如图１０所示。图ｌ０中，节点１表示甲站１１０ｋＶ母线；节点５表示乙站１１０ｋＶＩ号母线；故障口Ｆ１由节点２、３构成，…故障口Ｆ２由节点４和零电位点构成；Ｚｓ、Ｚｓｆ２１分别表示节点１侧的正序和负序等值阻抗；表示节点１侧的等效电势；ｚｙｆ１）、Ｚｙｆ２１分别表示节点５侧的正序和负序等值阻抗；ＺＬＩ『１、表示甲乙北线甲侧至Ｃ相断线处的正序等值阻抗；ＺＬＩＩ（１）表示甲乙北线Ｃ…相断线处至ＢＣ两相搭接处的正序等值阻抗；ＺＩｆＩＩＪ表示甲乙北线ＢＣ两相搭接处至甲乙北线乙侧末端的正序等值阻抗。由于线路正、负序阻抗相等，故……ＺＬＩ、ＺＬＩＩ、ＺＬＩＩＩ（１）也表示相应的负序阻抗。因乙站及其负荷侧中性点未接地，无零序电流通路，所以图ｌ０中未画出零序等值网。需要说明的是，根据对乙氮线用户侧的响应分析可知，在发生该种双重故障时，因乙氮线用户侧高压同步电动机负荷己停运，所以节点５侧无电源。（ａ１正序网＝（ｂ）负序网图１０等值序网Ｆｉｇ．１０Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｅｑｕｅｎｃｅｎｅｔｗｏｒｋｓ下面进行理论推导们，推导时，全部采用标幺值形式。①形成正序和负序节点阻抗矩阵由图１０所示的等值网络，可得到正、负序节点阻抗矩阵，分别表示为Ｚ５＝…Ｚｓ＋ＺＩ＿ｌ（００ＯＺｓＺｓ（２Ｊ＋ｚｌＩ（ＯＯ０００００Ｚｕｌｌ（１】＋ＺＹ（１ＪＺＹ（ＺＬＩｌｌ（１）＋ＺＹｆ】）ＺＹ（ＺＹ【１）ＺＹ（ＯＯ００ＺＩｌｌＩｌ｛１）＋ＺＹ｛２）Ｚｖ（２ＺｌｌＩＩｌ（１）＋ＺＹ｛２）Ｚｖ（２ＺＹ【２）ＺＹ（２（６）一７—７］ⅡＬ【（１）Ｙ（１）ｌⅡ…ＺＬＩ（１）＋ＺＹＩ（７）一７—７］ＬＩＩＩ（１）Ｙ（２）ｌＺ４－７ＩＺ－’＇ＬＩＩＩ（１）Ｙ（２）＿Ｊ（８）②形成正序和负序口阻抗矩阵根据口阻抗的物理意义和节点阻抗矩阵，正序和负序网口阻抗矩阵可分别表示为式（７）和式（８）。式（７）、式（８日，ＺＬ（１）＝ＺＬＩ（１）＋ＺＬＩＩ（１）＋ＺＬＩＩＩ（１）。Ｚ＋ⅢＨＺ＋＋）Ｉ¨¨ⅥＯＯＺＺＺＺ＋呲幢＋＋”…ｌ００Ｚ＋ＵＺ一＋ｍＵ—．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｌ＝Ｚ黄淼，等一起连锁故障的仿真模拟和理论分析．１４３．③建立故障计算方程正、负序网络故障口的电压方程分别表示为您）］州式（９）、式（１Ｏ日，１（１）、１（２）分别表示故障口Ｆ１的正、负序电压；ＩＦｌ（１）、ＩＦｌ（２）分别表示故障口Ｆ１的正、负序电流；２（１）、２（２）分别表示故障口Ｆ２的正、负序电压；ＩＦ２（１）、ＩＦ２（２）分别表示故障口Ｆ２的正、负序电流；、馏分别表示两个故障口的开路电压，并可表示为式（１１）、式（１２）。＝（１１）’＝０（１２）两处故障都属于并联型故障，以Ａ相为对称分量基准相，故障口Ｆ１发生Ｃ相开断的边界条件为Ｊａ／Ｆ．１（１）＂￣Ｉ＿．１（２）一．（１３）ｌｌ（１）＝ａ２１（２）＝１（ｏ）式中，，ｆ０１表示故障口Ｆ１的零序电压。故障口Ｆ２发生ＢＣ两相搭接的边界条件为ｌＩｖ２（０）０…｛２＋２（７）＝０（１４）Ｉ２【１）＝２【２）④求解序网口电流和口电压根据两故障的边界条件和正、负序网络故障口电压方程，即式（９）～式（１４，联立求出正序和负序网的口电流，Ｆ１（１）、，Ｆ２（１）、Ｆ１（２）、』Ｆ２（２，进而求出正序和负序网的口电压ｌ（１）、１（２）、２（１）、２（２）。⑤求解节点５的零序电压由式（１３）及上一步求出的故障口Ｆ１的正序电压，可求出节点５的零序电压，其表达式为—（。）：－ａＥＺ—Ｍ（１５）Ｎ式中：ＺＭ＝ＺＬｌＩＩ（１）（２ＺＬ（１）＋ａ２ＺｌＩＩＩＩ（１）＋２Ｚｓ（２）＋（ＺＬ（１）＋Ｚｓ（２）一ａＺＬＩＩｌ（１））（ＺＹ（１）＋ＺＹ（２）＋（１一日）ＺＹ（１）ＺＹ（２）ＺＮ＝ＺＬＪＩＩ（１）（４ｚＬ（１）一ｚＬＩＩＩ（１）＋２ＺＳ（１）＋２Ｚｓ（２）＋（ＺＹ（１）＋Ｚｖ（２）（Ｚｓ（１）＋Ｚｓ（２）＋２ＺＩ＿（１）＋ＺＩ＿ＩＩＩ（１）＋３Ｚｖ（１）ＺＹ（２）则节点５的零序电压幅值为‰ｌ＝在两故障靠近节点５的情况下，若近似认为ＺＬＩＩＩ（１）＝０，并且各元件正序阻抗约等于其负序阻抗，则可将节点５的零序电压幅值表示为（１７）ＺＶ，、—式中，Ｋ＝＝÷一。ＬＬ（１）十ｓ（１１由式（１７，可以看出，节点５的零序电压幅值很大程度上取决于系数。⑥求解距离Ｉ段方向阻抗继电器比相方程根据各序网的阻抗节点方程可得节点５的电压，再根据节点５的序电压和乙氮线的序阻抗，求出乙氮线的相电流，最后根据式（１）、式（２）计算方向阻抗继电器的工作电压和极化电压。工作电压和极化电压之比表示为（１８）式中：Ｚ表示乙氮线距离保护整定阻抗归算到一次侧的标幺值；Ｚｖｄ（１）和ｚｒｄ（２）分别表示乙氮线及所带负荷的正、负序等效阻抗。相应的方向阻抗继电器的比相方程为鹕一］（１９）由式（１９）可知，在甲乙北线乙侧Ｃ相断线并与Ｂ相搭接的双重故障下，距离Ｉ段保护是否动作取决于乙氮线及所带负荷的正、负序等效阻抗。３．２乙站１号主变跳闸原因首先用录波和仿真来核查乙站１号主变零序过压保护动作是否正确。按录波数据和按仿真模型得到的乙站１１０ｋＶＩ母３二次侧有效值分别如图１１、图１２所示，可见，在甲乙北线乙侧发生ｃ相断线并与Ｂ相搭接的情况下，３二次侧有效值大于整定值１８０Ｖ，乙站１号主变零序过压保护动作正确。一电力系统保护与控制＞趔较怔暮：１一／ｊ一图１１按录波数据得到的乙站ｌｌ０ｋＶＩ母３ｕ０二次侧有效值Ｆｉｇ．¨Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｉｄｅｆｏｒ３ｕ０ａｔ１１０ｋＶｂｕｓＩｉｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎＹｉｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｒｅｃｏｒｄｅｄｄａｔａ—＿１．√图１２仿真得到的Ｚ，￣ｄｉ１１０ｋＶＩ母３ｕ０二次侧有效值Ｆｉｇ．１２Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｉｄｅｆｏｒ３ｕ０ａｔ１１０ｋＶｂｕｓＩｉｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎＹｉｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ其次，用式（１６）估算乙站１１０ｋＶＩ号母线的３二次侧有效值。根据故障时运行方式，针对甲乙北线乙侧发生Ｃ相断线并与Ｂ相搭接的情况，对式（１６）中涉及的相关电气量进行估算，得到节点５（即乙站１１０ｋＶＩ号母线）的零序电压有效值，为３８．４６７５ｋＶ，相应地３二次侧有效值为１８１．７１１８Ｖ。若按式（１７）估算乙站１１０ｋＶＩ号母线的零序电压有效值，则为３８．４５８４ｋＶ，相应的３二次侧有效值为１８１．６６８６Ｖ。因３二次侧有效值大于整定值１８０Ｖ，乙站１号主变零序过压保护动作。可见，定性分析结果与事故实际情况、仿真波形相符。３．３用户线１２４保护第２次动作跳闸原因在乙站１号主变跳闸后，乙氮１２４保护距离Ｉ段再次动作。因此时，乙氮线所带高压同步电动机已停机，所以距离Ｉ段再次动作的原因与第１次动作的原因是不同的。按第３．１节的理论分析可知，在甲乙北线乙侧发生Ｃ相断线并与Ｂ相搭接的双重复故障情况下，乙氮线距离Ｉ段是否动作取决于乙氮线及所带负荷的正、负序等效阻抗。根据故障时运行方式，对式ｆｌ９）所涉及的电气量进行估算，再由式（１９），得到方向阻抗继电器工作电压与极化电压的相位差，为４９．４３。，此值满足方向阻抗继电器比相动作条件。可以看到，定性分析的结果与事故实际情况吻合，距离Ｉ段满足动作特性，距离Ｉ段保护动作。４结束语本文针对实际电网中发生的一起复杂故障，运用仿真模拟和理论分析的手段，深入分析了故障过程中相关保护的动作行为，结论为①故障中，相关保护动作行为符合保护装置原理。②故障中，乙氮线所带负荷的动态行为是乙氮线距离Ｉ段保护两次动作跳闸的主要因素，第１次动作跳闸主要取决于乙氮线所带高压同步电动机负荷的响应特性；第２次动作跳闸取决于乙氮线及所带异步电动机负荷的正、负序等效阻抗。③故障发生时，系统处于一种特殊的运行方式，又因供电线路Ｃ相断线并与Ｂ相搭接，造成乙站１号主变零序过压保护动作，进而主变跳闸。由于Ｃ相断线并与Ｂ相搭接故障的发生属小概率事件，因此，不建议在此类特殊运行方式下，专门对２２０ｋＶ主变零序过压保护装置进行调整。④论文针对线路Ｃ相断线并与Ｂ相搭接的故障，所做的推导具有一定的普遍意义。参考文献［１］周文，毛志强，毛志芳，等．一起线路接地故障引起机组主变保护误动的事故分析［电力系统保护与控制，２０１０，３８（１２）：１４９－１５２．ＺＨＯＵＷｅｎ，ＭＡＯＺｈｉ－ｑｉａｎｇ，ＭＡＯＺｈｉ－ｆａｎｇ，ｅｔａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔｓｃａｕｓｅｄｂｙｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅｇｒｏｕｎｄｆａｕｌｔ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１２）：１４９－１５２．［２］胡卫东，王风岭，柏峰，等．一起５００ｋＶ接地故障暂态特征和继电保护动作行为分析［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（２）：８３．８５，１０５．——ＨＵＷｅｉｄｏｎｇ，ＷＡＮＧＦｅｎｇｌｉｎｇ，ＢＡＩＦｅｎｇ，ｅｔａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｇｒｏｕｎｄｆａｕｌｔｔｒａｎｓｉｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔｈｅｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆ５００ｋＶｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（２）：８３－８５，１０５．［３］邓茂军，许云龙，张童，等．变压器区外故障ＣＴ饱和对主变保护的影响【ＪＪ．电力系统保护与控制，２０１２，—４Ｏ（４）：１２９１３３．—ＤＥＮＧＭａｏ－ｊｕｎ，ＸＵＹｕｎｌｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＴｏｎｇ，ｅｔａ１．黄淼，等一起连锁故障的仿真模拟和理论分析一１４５．［４］［５］［６］［７］ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｕｔｓｉｄｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｆａｕｌｔｃａｕｓｉｎｇＣＴｓａｔｕｒａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（４）：１２９．１３３．束洪春，田鑫萃，董俊，等．基于多重分形谱的高压直流输电线路区内外故障识别方法【Ｊ］．电工技术学报，２０１３，２８（１）：２５１－２５８．—ＳＨＵＨｏｎｇ－ｃｈｕｎ，ＴＩＡＮＸｉｎｃｕｉ，ＤＯＮＧＪｕｎ，ｅｔａ１．ＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｆａｕｌｔｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉｆｒａｃｔａｌｓｐｅｃｔｒｕｍ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａ—ＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，２８（１）：２５１２５８．齐磊，原辉，李琳，等．架空电力线路故障状况下对埋地金属管道感性耦合的传输线计算模型［Ｊ］．电工技术学报，２０１３，２８（６）：２６４．２７０．ＱＩＬｅｉ，ＹＵＡＮＨｕｉ，ＬＩＬｉｎ，ｅｔａ１．Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｍｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｉｎｄｕｃｔｉｖｅｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｏｖｅｒｈｅａｄｐｏｗｅｒｌｉｎｅｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔｔｏｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｍｅｔａｌｐｉｐｅｌｉｎｅ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ—Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１３，２８（６）：２６４２７０．尹金良，朱永利，俞国勤，等．基于高斯过程分类器的变压器故障诊断［Ｊ］．Ｉ且工技术学报，２０１３，２８（１）：１５８．１６４．———ＹＩＮＪｉｎｌｉａｎｇ，ＺＨＵＹｏｎｇｌｉ，ＹＵＧｕｏｑｉｎ，ｅｔａ１．ＦａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｂａｓｅｄｏｎＧａｕｓｓｉａｎｐｒｏｃｅｓｓｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ—Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１３，２８（Ｉ）：１＇５８１６４．金勇，叶锋．用于０ｋＶ输电线路的成套微机保护装置ＬＦＰ－９４１［Ｊ］．电力系统自动化，１９９５，ｌ９（５）：４５．４８．ＪＩＮＹｏｎｇ，ＹＥＦｅｎｇ．Ａｎｅｗｄｉｇｉｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ—ｕｓｅｄｏｎｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅＬＦＰ一９４１［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，１９９５，１９（５）：４５．４８．Ｅ８３刘万顺，黄少峰，徐玉琴．电力系统故障分析【Ｍ】．北京：中国电力出版社，２０１０．——ＬＩＵＷａｎ－ｓｈｕｎ，ＨＵＡＮＧＳｈａｏｆｅｎｇ，ＸＵＹｕｑｉｎ．Ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，２０１０．［９］朱声石．高压电网继电保护原理与技术【Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００５．—ＺＨＵＳｈｅｎｇｓｈｉ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｎｅｔｗｏｒｋｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，２００５．［１０］ＢＬＡＣＫＢＵＲＮＪＬ．Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｆｏｒｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＭａｒｃｅｌＤｅｋｋｅ￣ｌｎｃ，１９９３收稿日期：２０１３－１２－０５；—修回日期：２０１４－０３１８作者简介：黄淼（１９７８一，男，博士，工程师，研究方向为电力系统故障分析和电磁暂态仿真；Ｅ．ｍａｉｌ：４１２５１２８３６＠ｑｑ．ｃｏｍ黄敏（１９８３一），女，硕士，工程师，研究方向为继电保护：庄凯（１９８２一），男，博士，工程师，研究方向为电力系统故障分析和电磁暂态仿真。