淺談電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的故障與處理對(duì)策

盧瑞 奚志于

摘? ?要：繼電保護(hù)是保證電力系統(tǒng)供電可靠性的關(guān)鍵手段，能反映電力系統(tǒng)的故障，圍繞電力系統(tǒng)的故障做出反應(yīng)，有選擇地將故障點(diǎn)切除，保護(hù)電力系統(tǒng)。本文基于電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)配置的基本要求，分析了整定計(jì)算在一定程度上可以預(yù)防繼電保護(hù)裝置故障，并且結(jié)合了實(shí)際的繼電保護(hù)裝置故障案例，探討了具體的故障現(xiàn)象以及相應(yīng)的故障處理對(duì)策。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)? 整定計(jì)算? 繼電保護(hù)裝置? 故障? 處理

中圖分類(lèi)號(hào)：TM774? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（c）-0032-02

現(xiàn)在幾乎每一個(gè)需要保護(hù)的電氣設(shè)備上都有安裝繼電保護(hù)裝置，而繼電保護(hù)是保證電力系統(tǒng)供電可靠性的關(guān)鍵手段，它可以反映電力系統(tǒng)的故障，并且圍繞電力系統(tǒng)的故障做出反應(yīng)，有選擇地將故障點(diǎn)切除，進(jìn)而保護(hù)電力系統(tǒng)。由此可見(jiàn)繼電保護(hù)裝置的重要性，但如果繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)故障，對(duì)電力系統(tǒng)的供電可靠性影響將非常大。

1? 關(guān)于繼電保護(hù)

1.1 繼電保護(hù)及其基本要求

目前對(duì)電力系統(tǒng)的供電可靠性非常重視，國(guó)家電網(wǎng)公司在推動(dòng)智能電網(wǎng)、堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)，目的都是為了保證供電可靠性，而繼電保護(hù)是保證供電可靠性的關(guān)鍵手段之一，是降低電力系統(tǒng)故障損失的關(guān)鍵點(diǎn)。

在繼電保護(hù)的配置當(dāng)中，要求必須要配置在電力系統(tǒng)每一個(gè)需要保護(hù)的電氣設(shè)備上，要能夠反映出系統(tǒng)故障，并且在繼電器上發(fā)生作用或者是發(fā)出信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)存在故障點(diǎn)，繼電保護(hù)裝置要能快速低識(shí)別出故障點(diǎn)，并自動(dòng)判斷故障的狀況，從而能夠有選擇地將故障點(diǎn)切除，并且這種選擇要可靠，不能誤動(dòng)或者是拒動(dòng)。

1.2 繼電保護(hù)的配置問(wèn)題

結(jié)合上文的分析來(lái)看，繼電保護(hù)配置主要需要滿足選擇、速動(dòng)、靈敏和可靠四個(gè)要求。繼電保護(hù)裝置要正確動(dòng)作，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，就必須要滿足上述要求，而實(shí)際上在繼電保護(hù)配置上存在一些典型的問(wèn)題導(dǎo)致不能滿足上述要求而出現(xiàn)一些故障問(wèn)題。實(shí)際總結(jié)實(shí)踐當(dāng)中出現(xiàn)的繼電保護(hù)裝置故障問(wèn)題，多數(shù)都是因?yàn)槔^電保護(hù)配置上出了問(wèn)題，裝置沒(méi)有選對(duì)而引發(fā)故障的產(chǎn)生。

因此如果從預(yù)防的角度來(lái)講，要確保繼電保護(hù)裝置能夠正常運(yùn)行并且發(fā)揮作用，就必須要選對(duì)繼電保護(hù)裝置，而要選對(duì)繼電保護(hù)裝置，一般要靠整定計(jì)算。整定計(jì)算不合理，那么所選擇的繼電保護(hù)裝置就不合適，在電力系統(tǒng)存在故障的情況下，繼電保護(hù)裝置就會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤的指令或動(dòng)作，會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成難以估量的損失。所以做好整定計(jì)算是預(yù)防繼電保護(hù)裝置發(fā)生故障的重要手段。如果保證整定計(jì)算科學(xué)合理，可參考如下案例。

某工廠需要接入一個(gè)10kV電源，變電站10kV側(cè)引出一條線路進(jìn)入工廠，在整定計(jì)算時(shí)，考慮最大運(yùn)行方式，假設(shè)變電站高壓側(cè)出現(xiàn)三相短路，線路中會(huì)出現(xiàn)5130A的最大電流，假設(shè)低壓側(cè)發(fā)生三相短路，會(huì)出現(xiàn)820A最大電流。若考慮最小運(yùn)行方式，假設(shè)高壓側(cè)出現(xiàn)兩相短路，最小電流為3966A，假設(shè)低壓側(cè)兩相短路，電流為350A。整個(gè)系統(tǒng)接地最大電流1.4A，單相接地情況下為15A，變壓器中性點(diǎn)不接地。考慮兩相電流互感器變比和零序電流互感器變比，分別是300∶5和50∶5。按照這些已知的條件，進(jìn)行整定計(jì)算，重點(diǎn)基于最大電流的瞬時(shí)速斷電流，然后分析一次回路電流，確定靈敏度，進(jìn)一步分析兩相短路電流來(lái)確定合適靈敏度范圍。然后考慮最大運(yùn)行方式下的短路電流計(jì)算限時(shí)速斷，同樣考慮一次回路電流情況，再次確定靈敏度，保證靈敏度滿足要求，然后確定限時(shí)速斷的時(shí)間要求。進(jìn)一步根據(jù)工廠負(fù)荷情況，確定保護(hù)動(dòng)作電流，然后整定。確定最好的繼電保護(hù)配置方案，這是降低繼電保護(hù)裝置故障率的重要手段。

2? 繼電保護(hù)裝置故障與處理

基于上文分析，繼電保護(hù)整定計(jì)算對(duì)于選對(duì)繼電保護(hù)裝置有著重要意義，進(jìn)而可以有效地降低繼電保護(hù)裝置的故障率，但一些沒(méi)有經(jīng)過(guò)合理整定計(jì)算的繼電保護(hù)系統(tǒng)，故障率非常高，在這一部分結(jié)合具體的故障事件來(lái)進(jìn)行討論，并分享一些處理的方法對(duì)策。

2.1 案例一

故障現(xiàn)象：某220kV線路光差保護(hù)兩側(cè)TA誤動(dòng)作。

故障原因：經(jīng)過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象的分析初步判斷可能是因?yàn)榫€路一側(cè)使用了測(cè)量電流互感器而導(dǎo)致線路兩端類(lèi)型不一致，引起的區(qū)外誤動(dòng)。

具體的故障分析：為了確定故障針對(duì)本故障產(chǎn)生的電流波形進(jìn)行分析來(lái)判斷事故的具體情況。具體看故障波形揭示了電廠側(cè)電壓互感器二次回路出現(xiàn)了多點(diǎn)接地，電壓波形存在異常情況。變電站側(cè)二次電流波形顯示出C相故障，波形基本可以正確傳變。但電廠側(cè)測(cè)量互感器二次電流波形不能正確傳變。線路兩端互感器的二次電流波形出現(xiàn)了很大的畸變。進(jìn)一步分析波形，變電站側(cè)C相二次波形存在比較明顯的直流分量，并且呈現(xiàn)衰減現(xiàn)象，繼電器動(dòng)作后，衰減完成。但電廠側(cè)C相波形有明顯畸變。由此判斷故障產(chǎn)生的具體原因是線路中一定出現(xiàn)了差流而導(dǎo)致出現(xiàn)誤動(dòng)。

處理方法：互感器勵(lì)磁阻抗大，電流不會(huì)突變，互感器要?jiǎng)幼饕话愣际歉鶕?jù)二次產(chǎn)生的自由分量來(lái)的，自由分量會(huì)出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，但是會(huì)隨著鐵芯的飽和降低勵(lì)磁阻抗，使分配的勵(lì)磁電流增加，鐵芯進(jìn)入深度飽和，一個(gè)不為零的自由分量會(huì)產(chǎn)生續(xù)流。出于這樣的判斷，選取SH5P30、1000/1、20VA互感器進(jìn)行試驗(yàn)，二次負(fù)荷0.5Ω，對(duì)比后發(fā)現(xiàn)一次電流水平提高并且非周期分增量加大，互感器飽和程度增加。尤其20VA互感器其周期分量30kA，非周期分量100%，波形與故障波形非常相似。所以線路兩側(cè)電流互感器要選對(duì)。理想的處理方法是兩側(cè)均選擇參數(shù)、變比、類(lèi)別相當(dāng)?shù)碾娏骰ジ衅??？蓞⒖茧娏骰ジ衅骱碗妷夯ジ衅鬟x擇用計(jì)算導(dǎo)則來(lái)確定。并且要特別注意二次回路負(fù)荷情況，盡可能的將兩側(cè)二次負(fù)荷調(diào)整一致，如果有困難則可以按照國(guó)網(wǎng)十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施來(lái)進(jìn)行處理。

2.2 案例二

故障現(xiàn)象：某220kV線路對(duì)變壓器進(jìn)行空充，B相合閘，變壓器低壓側(cè)地線未拆除，線路的分相電流差動(dòng)保護(hù)出現(xiàn)區(qū)外誤動(dòng)。

故障分析：根據(jù)故障波形看該故障當(dāng)中線路兩側(cè)三相電流只有B相有，且電流中存在近似全偏移的直流分量，并且在此波形狀態(tài)下，又恰好遇見(jiàn)電壓過(guò)零時(shí)合閘，可判斷合閘一定只合了一相，而且變壓器低壓側(cè)肯定存在接地點(diǎn)。故障發(fā)生后現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)發(fā)現(xiàn)判斷正確。進(jìn)一步分析后發(fā)現(xiàn)B相電流相位相反，兩側(cè)互感器二次接線正確，排除二次回路負(fù)荷的影響。在含有直流分量的一次電流中看波形也基本正確傳變至二次，說(shuō)明互感器尚未飽和，而且互感器類(lèi)型相同。從遠(yuǎn)故障側(cè)保護(hù)裝置的錄波圖顯示，當(dāng)發(fā)生誤動(dòng)故障后40ms，B相電流出現(xiàn)畸變，可判斷主互感器出現(xiàn)了暫時(shí)狀態(tài)的飽和現(xiàn)象。

處理方法：首先是強(qiáng)化管理，嚴(yán)格按照運(yùn)行操作規(guī)程來(lái)作業(yè)，特別是要注意帶地線合閘這種情況，一定要杜絕。其次要突出檢修維護(hù)工作的質(zhì)量，特別注意單相合閘問(wèn)題。再次，線路光纖電流差動(dòng)保護(hù)可以增加抗互感器飽和與制動(dòng)的措施，防止因?yàn)閮蓚?cè)互感器傳變電流不同而誤動(dòng)的情況。最后關(guān)鍵還是要選對(duì)互感器，要求選用參數(shù)滿足要求的互感器，避免互感器剩余勵(lì)磁對(duì)電流傳變產(chǎn)生影響。

3? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力系統(tǒng)當(dāng)中的繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)故障，通常情況下都是因?yàn)檠b置選擇不科學(xué)，而且在實(shí)際的操作當(dāng)中有不正確操作的現(xiàn)象，因此考慮繼電保護(hù)自動(dòng)化是一個(gè)控制繼電保護(hù)故障率的思路，可以有效降低不正確操作導(dǎo)致的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)，或拒動(dòng)。同時(shí)還需要通過(guò)科學(xué)的整定計(jì)算來(lái)確定最佳的繼電保護(hù)配置方案，也能起到預(yù)防繼電保護(hù)裝置故障的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙麗莉.繼電保護(hù)與安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)隱性故障研究綜述及展望[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38（22）：128-135.

[2] 葉遠(yuǎn)波.繼電保護(hù)相關(guān)二次回路的在線狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38（23）：108-113.

[3] 何為，李?lèi)?芻議繼電保護(hù)自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2016（25）：66-67.