浅析相序不对应合环对继电保护的影响

毛文泉国网福建罗源县供电有限公司，福建福州 350600

浅析相序不对应合环对继电保护的影响

毛文泉
国网福建罗源县供电有限公司，福建福州 350600

在电网运行中，输电的线路相序不对应合环的现象虽然概率比较小，但是偶尔也会发生，这对整个电网的稳定、安全运行带来了一定危害。本文主要根据相序不对应合环这种故障特殊的形态，结合某种典型相序不对应合环故障，对其参数数据、故障的原理进行详细的分析，然后对相序不对应合环故障下，对继电保护装置产生的影响进行重点分析，以便为这一故障的解决提供借鉴。

相序不对应合环；电压相量；电流相量；继电保护

如果相序不对应、不同的交流电在合环时，会出现很大电流，这种巨大电流还是电气设备和继电保护受到损坏，所以需要核相。对新建或者更改之后的输电线路，需要开展相序核对，对和合环有关的二次回路在检修时出现的改动，也要对相序进行核对。相序就是在输电线路内，3个相电压的瞬时值到达某个数值先后的次序，也是3个相电压相量从超前的相位置至滞后相位置轮换的次序。对电力系统内常见的短路和断路的故障，各种继电保护装置一般都可以得出相似或者相同故障判断的结果以及对故障进行保护的动作。但是相序不对应合环和普通的故障相比，在故障的情况、电气的特征等方面有很大差别，各种继电保护装置在诊断时可能有不同的结果，并造成保护失去作用。

1 某种典型相序不对应合环故障的分析

某种典型相序不对应合环故障电网的线路图如图1所示，S1与S2代表整个电网内的两个不同的电源点，QF1，QF2，QF3和QF9是继电保护断路器的装置，F、D 和L是指3个变电所a、b与c则是各条线路的相序。发生的相应不对应合环事故线路是在变电所D与变电所L间，a相序与C相序出现了错连问题。

相序不对应合环故障原理的分析。在出现了相序不对应合环故障时，电力系统内电气的特征与故障的情况，和传统断路、短路的故障有很大差别，对这一事故进行详细分析时，如果仍然使用传统的对短路事故进行分析的复合序网法，就和实际要求不符。按照相序不对应合环事故发生时电气的特征分析，对这一故障的问题进行分析，找出解决办法，还需要尽可能从各个变电站母线的电压值和线路自身的相位以及电流的大小等出发。

为了方便对相序不对应合环事故进行科学分析并加以解决，对图1典型故障进行假设，变电所F和L都是无穷大系统，也就是说，认为电源S1与S2两侧的母线电压相同，而且整个系统中的电阻可以忽略不计。如果系统的线路是合闸时，图1内F侧a相序与L侧c相序就构成了一条回路，这就可以视为F侧的a相序借助线路DL和线路FD与L侧c相序进行短接。假设F测的a相序与D侧的C相序处在电压的大小一致、相位也固定的情况，则可以得出F侧的a相序至L侧的c相序间整个系统电压分布的图形，并可以通过求解得出D侧的a相序电压。通过两侧线路的阻抗值与电压差值，就可以求得F侧的a相序电流。各个数值间相量图入图2：

按照上述分析的步骤，再次进行分析可以得到F侧的C相序到L侧的a相序的各个数值，其中，各个数值间的向量，如图3。

从上图2与图3中能够看出，F侧a相的电流和F 侧 的C相电流间呈现相反的相位、大小相同的特征，表现出相间的故障。然后可以以此进一步得到变电所F、变电所D以及变电所L间母线的电压之间相位的关系，以及D侧的a相序电压与D侧的C相序电压。在出现了相序不对应合环事故时，整个系统的电流表现出穿越性的特点，通过上面的图画可以分析得出F侧与D侧的线路，以及D侧与L侧的线路电流的大小关系与相位的关系：第一，F侧与D侧的线路内，他们两端电流的大小是相同的，相位的关系也是相同的。第二，D侧与L侧的线路内，其两端的电流大小也相同，相位的关系则是相反的；a相电流与C相电流的大小一致，相位的关系也是相反的。从图1内能够看出，DL线路 D侧的继电保护装置是QF9，DL线路L侧的继电保护装置是QF2，FD线路F侧的继电保护装置是QF3，FD线路D侧的继电保护装置是QF1。通过上述分析，就可以对应得出线路各侧的继电保护装置电压和电流的向量，具体如图4：

从以上4类继电保护装置在相序不对应合环事故内的电流与电压的相量图能够看出，其中，QF3与QF2的断路器电压与电流相量图，和两相不接地短路的故障特征相量图相似；而QF1与QF9断路器电压与电流的相量图则与任何一种断路、短路或者接地等故障的类型特征相量图不相似。

2 在相序不对应合环故障内对继电保护装置的行为进行分析

在这一典型相序不对应合环的故障中，4种断路器所配置的继电保护装置是四方集团CSL—101A线路保护装置与南瑞集团LFP一902A线路保护装置。其中，CSL～101A线路保护装置动作的原理主要是借助故障的前电压于故障的后电流比相来进行正方向的动作；而LFP一902A线路保护装置则是借助极化电压与补偿工作电压间比相进行保护的动作。

1）QF3断路器在故障中的保护动作分析。结合图4（a）内QF3断路器在故障中电压和电流的向量能够看出，在CSL—IO1A线路保护装置作用在QF3断路器时，在这一故障内其记忆电压的方向元件在正方向范围内，CSL—IO1A线路保护装置可以保护该断路器 I段的动作。在LFP—902A线路保护装置作用在QF3断路器时，其动作方程大概是为0°，因此 LFP—902A线路保护装置可保护该断路器动作。

2）QF1断路器在故障中的保护动作分析。结合图4（b）中OF1断路器在故障中电压与电流向量能够看出，当CSL—IO1A线路保护装置作用在 QF1断路器时，因为在该故障内记忆电压的方向元件被判定是反方向。所以CSL—101A线路保护装置不能保护这一断路器的动作。当LFP—902A线路保护装置作用在QF1断路器时，其动作方程大概是180°。所以LFP—902A线路保护装置也不能保护这一断路器的动作。

3）QF9断路器在故障中的保护动作分析。结合图4（C）中QF9断路器在故障中电压与电流向量可以看出，当CSL—1O1A线路保护装置作用于QF9断路器时，虽然在该故障中记忆电压方向元件判定为正方向，但由于测量元件不在动作区域内，因此，CSL—IO1A线路保护装置不可保护该断路器动作。当LFP—902A线路保护装置作用作用于QF9断路器时，其动作方程约为0°。因此LFP-902A线路保护装置保护该断路器动作。

4）QF2断路器在故障中的保护动作分析。结合图4（d）中QF2断路器在故障中电压与电流向量可以看出，该断路器所测得的故障后电压与故障后电流的特征，与线路中发生两相不接地短路故障时的特征相量图类似，且故障判断为正方向。因此，CSL—101A线路保护装置和LFP—902A线路保护装置均保护该断路器动作。

3 结论

综上所述，相序不对应合环故障与常规故障不同，其电气的特征也和正常工况或故障的情况不同。因此，分析相序不对应合环情况下继电保护动作必须和具体保护的原理相结合，不同原理继电器可能得出不同的结果。

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