京包線牽引變電所保護(hù)越級(jí)動(dòng)作典型故障分析

秦士杰，譚 全

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京包線牽引變電所保護(hù)越級(jí)動(dòng)作典型故障分析

秦士杰，譚 全

針對(duì)京包線牽引變電所綜合自動(dòng)化保護(hù)裝置在運(yùn)行中發(fā)生的2起典型保護(hù)越級(jí)動(dòng)作故障進(jìn)行深入分析，找出故障原因，并采取針對(duì)性的防范措施，極大提高了保護(hù)動(dòng)作的可靠性。

牽引變電所；保護(hù)越級(jí)；誤動(dòng)；分析

0 引言

繼電保護(hù)裝置的一個(gè)重要作用是有選擇地切除故障線路，最大限度地縮小停電范圍，保證非故障區(qū)段可靠運(yùn)行。若線路發(fā)生故障后保護(hù)裝置不能可靠動(dòng)作，將導(dǎo)致上一級(jí)保護(hù)越級(jí)動(dòng)作，從而使停電范圍擴(kuò)大，對(duì)設(shè)備的可靠運(yùn)行極其不利。為消除該類保護(hù)越級(jí)動(dòng)作故障，減小牽引變電所停電范圍，本文以京包線近幾年發(fā)生的2起典型故障為例，進(jìn)行分析和探討。

1 差動(dòng)保護(hù)越級(jí)動(dòng)作

1.1 故障概況

2014年6月25日02：44，京包線呼東變電所2#主變比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，變電所內(nèi)17FA避雷器動(dòng)作。當(dāng)時(shí)為雷雨天氣。

1.2 跳閘數(shù)據(jù)分析

呼東變電所2#主變差動(dòng)保護(hù)跳閘數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)跳閘數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，2#主變因B相差動(dòng)電流超過(guò)定值引起差動(dòng)跳閘，且跳閘時(shí)刻主變高低壓側(cè)B相電流值均較大，說(shuō)明在差動(dòng)保護(hù)區(qū)段外發(fā)生了短路故障。對(duì)各饋線保護(hù)裝置負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢查發(fā)現(xiàn)，2014年6月25日02：44：01，饋線214DL最大電流為4 855 A，最小電壓為3 459 V，充分證明該大電流為214DL饋線近端出現(xiàn)瞬時(shí)短路故障引起。

表1 差動(dòng)保護(hù)跳閘數(shù)據(jù)

注：平衡系數(shù)為1，保護(hù)裝置為國(guó)電南自保護(hù)裝置。

1.3 原因分析

檢查2#主變低壓側(cè)202ADL、202BDL電流互感器二次線圈發(fā)現(xiàn)，用于差動(dòng)保護(hù)的二次線圈準(zhǔn)確級(jí)為0.5，與竣工圖紙中規(guī)定的10P10不符。在差動(dòng)保護(hù)區(qū)段外負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)較大短路電流的情況下，二次線圈嚴(yán)重飽和，造成測(cè)量數(shù)據(jù)誤差較大，尤其電流相量誤差較大（高、低壓側(cè)電流相角差40.6°），使高低壓側(cè)出現(xiàn)較大的不平衡電流（圖1）。因此，2#主變比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作屬于保護(hù)越級(jí)誤動(dòng)。

圖1 畸變的故障錄波

另外，該類問(wèn)題通常在設(shè)備運(yùn)行多年后才可能被發(fā)現(xiàn)（只有使用準(zhǔn)確級(jí)為0.5的電流互感器檢測(cè)短路電流，且當(dāng)短路電流達(dá)到一定數(shù)值后才會(huì)出現(xiàn)較大誤差）。調(diào)閱呼東變電所饋線跳閘報(bào)告，在以往的跳閘數(shù)據(jù)中最大短路電流為3 824 A，并未引起主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，而本次最大短路電流為4 855 A，b電流曲線明顯為非正弦波，最終導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

1.4 饋線214DL保護(hù)未動(dòng)作原因

饋線214DL主保護(hù)為電流速斷保護(hù)和阻抗Ⅰ段保護(hù)，動(dòng)作時(shí)限均為0.10 s，2#主變比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.00 s，因此故障發(fā)生時(shí)雖同時(shí)達(dá)到饋線主保護(hù)和主變比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作條件，但因保護(hù)動(dòng)作時(shí)限，饋線214DL主保護(hù)未動(dòng)作。

1.5 防范措施

調(diào)整2#主變低壓側(cè)202ADL、202BDL電流互感器用于差動(dòng)保護(hù)二次線圈接線，使其準(zhǔn)確級(jí)符合圖紙中規(guī)定的10P10。對(duì)京包線其他牽引變壓器差動(dòng)保護(hù)電流互感器接線進(jìn)行排查，共計(jì)發(fā)現(xiàn)10處類似問(wèn)題，并全部整改，大大提高了設(shè)備可靠性。

另外，該類問(wèn)題的發(fā)生主要是由于實(shí)際設(shè)備與設(shè)計(jì)圖紙要求不符導(dǎo)致。因此，在交接試驗(yàn)中，試驗(yàn)人員不僅要檢查二次接線正確性，還要認(rèn)真核對(duì)設(shè)備各項(xiàng)特性，確保與設(shè)計(jì)要求相符。

2 主變低壓過(guò)流保護(hù)越級(jí)動(dòng)作

2.1 故障概況

2014年9月1日05：13：36，京包線畢克齊變電所2#主變低壓側(cè)的202BDL低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作跳閘，05：14：24供電調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)閉合202BDL，變電所恢復(fù)正常供電。當(dāng)時(shí)為小雨天氣。

2.2 跳閘數(shù)據(jù)分析

畢克齊變電所2#主變后備保護(hù)裝置低壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)流保護(hù)跳閘數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 過(guò)流保護(hù)跳閘數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)跳閘數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主變低壓側(cè)b相跳閘數(shù)據(jù)達(dá)到了保護(hù)動(dòng)作條件，低壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)流保護(hù)屬正常動(dòng)作。對(duì)保護(hù)范圍內(nèi)的所有設(shè)備進(jìn)行檢查，并未發(fā)現(xiàn)異常情況，隨后調(diào)閱b相所帶4條饋線（京包線陶思浩上下行222、224饋線，集包線陶思浩上下行262、264饋線）最大負(fù)荷數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)饋線222DL最大負(fù)荷電流為1 194 A（二次值為4.78 A），電壓15.89 kV（二次值為57.78 V），阻抗角31.2°，其余3條饋線負(fù)荷電流均正常。主變低壓側(cè)202B斷路器跳閘原因?yàn)?22饋線存在短路故障。

2.3 饋線222DL保護(hù)未動(dòng)作的原因分析

調(diào)閱饋線222DL保護(hù)裝置定值單見(jiàn)表3。

表3 饋線222DL保護(hù)定值

2.3.1 電流速斷、過(guò)電流保護(hù)未動(dòng)作原因

由于饋線222DL短路故障時(shí)最大短路電流為4.78 A，均小于電流速斷定值10.13 A和過(guò)電流保護(hù)定值8.14 A，電流速斷、過(guò)電流保護(hù)均未動(dòng)作。

2.3.2 阻抗Ⅰ段、Ⅱ段未動(dòng)作原因

阻抗保護(hù)為平行四邊形特性，阻抗圖形見(jiàn)圖2。

圖2 平行四邊形阻抗保護(hù)

通過(guò)計(jì)算，故障時(shí)刻222DL線路上的阻抗值大于阻抗Ⅰ段阻抗值，小于阻抗Ⅱ段阻抗值，如果保護(hù)動(dòng)作，其阻抗角必須大于38°，否則該線路阻抗將落在四邊形外側(cè)，不會(huì)引起阻抗保護(hù)動(dòng)作，而222DL最大負(fù)荷時(shí)刻的阻抗角為31.2°，故阻抗Ⅰ段、Ⅱ段未動(dòng)作是合理的。

2.4 防范措施

通過(guò)上述分析，說(shuō)明饋線222DL缺少高阻接地保護(hù)，若饋線發(fā)生高阻接地故障，不能及時(shí)切除故障線路，對(duì)饋線設(shè)備的危害極大。因此，饋線保護(hù)需增設(shè)對(duì)高阻接地故障較靈敏的電流增量保護(hù)。

比較短路與負(fù)荷2種狀態(tài)可知，無(wú)論是牽引運(yùn)行工況還是再生制動(dòng)工況，負(fù)荷電流中均含有大量高次諧波（3次諧波為主），另外當(dāng)AT或機(jī)車變壓器投入時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流含有很高的二次諧波分量，而短路故障時(shí)，故障電流基本是基波，故利用高次諧波抑制、二次諧波閉鎖功能，通過(guò)判斷基波電流增量而動(dòng)作的D保護(hù)，可以不受機(jī)車再生負(fù)荷的影響，并作為距離保護(hù)的后備保護(hù)對(duì)高阻接地故障能起到較好的保護(hù)作用。

對(duì)饋線保護(hù)裝置增設(shè)電流增量保護(hù)后，再未發(fā)生保護(hù)越級(jí)動(dòng)作的情況。

3 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，引起保護(hù)裝置越級(jí)動(dòng)作的原因多種多樣，如斷路器拒動(dòng)、保護(hù)定值設(shè)置不合理、各級(jí)保護(hù)定值及時(shí)限設(shè)置不匹配等，都可能造成保護(hù)越級(jí)動(dòng)作，使停電范圍擴(kuò)大。因此，一旦出現(xiàn)保護(hù)越級(jí)動(dòng)作，必須找出其根本原因，并制訂切實(shí)可行的處理方案，保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

[1] 周鶴良. 電氣工程師手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2008：1175-1190.

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[4] 孫金華，陳敬鋒. 牽引變電所饋線保護(hù)裝置拒動(dòng)事件分析[J]. 電氣化鐵道，2012，23（5）：15-16+20.

With regard to deep analysis of two cases of typical faults of override action protection during operation of automation protection device in traction substation on Beijing-Baotou railway line, the causes of faults have been obtained, related protection measures have been taken, and the reliability of protection actions have been improved dramatically.

Traction substation; override protection; miss operation; analysis

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.03.026

U224.4

B

1007-936X(2018)03-0084-03

2017-10-16

秦士杰，譚 全.中鐵電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)管理有限公司呼和浩特公司供電維管段，助理工程師。