電力系統(tǒng)繼電保護故障分析與對策

彭俊琿

摘? ?要：電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，不能離開繼電保護，幾乎每一個需要保護的設備上都安裝有繼電保護裝置，而繼電保護裝置則可以反映電力系統(tǒng)的故障，并圍繞故障發(fā)生動作或是發(fā)出信號，有選擇地切斷電力系統(tǒng)故障點，進而保護電力系統(tǒng)。為此本文結合實際案例探討了繼電保護裝置的誤動故障與處理，并重點強調了整定計算這一電力系統(tǒng)故障分析的基礎。

關鍵詞：電力系統(tǒng)? 繼電保護? 故障? 整定計算

中圖分類號：TM77? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（a）-0020-02

1? 繼電保護故障分析與對策

繼電保護是電力系統(tǒng)當中非常關鍵的一部分，如果其發(fā)生故障，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行影響非常大。下文結合具體的實例來進行分析。

1.1 案例1

220kV線路光差保護兩側TA出現(xiàn)誤動。因為線路一側采用測量電流互感器而使線路兩端TA類型不一樣，導致區(qū)外故障誤動。針對本故障具體分析電流波形，方便以后的事故分析。

波形表現(xiàn)電廠側電壓互感器有多點接地，電壓波形不夠準確。具體看變電站互感器二次電流波形顯示C相故障，波形基本能夠正確傳變。而發(fā)電廠側的測量互感器二次電流波形卻不能正確傳變。線路兩端互感器的二次波形出現(xiàn)很大差異，變電站C相二次波形存在明顯直流分量，而且在不斷衰減，當繼電器切除時，衰減基本完成。而電廠側C相波形卻發(fā)生明顯畸變。由此判斷線路中一定出現(xiàn)差流而引起誤動。

基于高壓電網(wǎng)繼電保護原理與技術第十四章提出的理想電路進行分析，電廠側的互感器飽和其拐點電壓值比較低，互感器鐵芯要有保安系數(shù)，傳變負荷電流的精度很高，當線路出現(xiàn)故障電流，即便一次沒有出現(xiàn)直流分量，故障也會呈現(xiàn)出深度飽和的現(xiàn)象，使線性傳變時間變短。在本案例當中變電站側二次波形的第一個半周是正半周，那么可判斷電廠側波形一定會表現(xiàn)為負半周，其線性傳變時間約3ms。

而互感器勵磁阻抗大，電流不會突變，互感器要動作一般都是根據(jù)二次產(chǎn)生的自由分量來的，自由分量會出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，但是會隨著鐵芯的飽和降低勵磁阻抗，使分配的勵磁電流增加，鐵芯進入深度飽和，一個不為零的自由分量會產(chǎn)生續(xù)流。出于這樣的判斷，選取SH5P30、1000/1、20VA互感器進行試驗，二次負荷0.5Ω，對比后發(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。

針對這樣的誤動故障，關鍵是線路兩側電流互感器要選對。理想的處理方法是兩側均選擇參數(shù)、變比、類別相當?shù)碾娏骰ジ衅?。可參考電流互感器和電壓互感器選擇用計算導則來確定。并且要特別注意二次回路負荷情況，盡可能的將兩側二次負荷調整一致，如果有困難則可以按照國網(wǎng)十八項電網(wǎng)重大反事故措施來進行處理。

1.2 案例2

220kV線路對變壓器進行空充，此時B相合閘，變壓器低壓側地線未拆除，這種情況下線路的分相電流差動保護出現(xiàn)區(qū)外故障誤動。根據(jù)故障波形來看，該故障當中線路兩側三相電流只有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，又恰好遇見電壓過零時合閘，可判斷合閘一定只合了一相，而且變壓器低壓側肯定存在接地點。故障發(fā)生后現(xiàn)場查驗發(fā)現(xiàn)判斷正確。

進一步分析后發(fā)現(xiàn)B相電流相位相反，兩側互感器二次接線正確，排除二次回路負荷的影響。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，說明互感器尚未飽和，而且互感器類型相同。從遠故障側保護裝置的錄波圖顯示，當發(fā)生誤動故障后40ms，B相電流出現(xiàn)畸變，可判斷主互感器出現(xiàn)了暫時狀態(tài)的飽和現(xiàn)象。

針對這一故障，應采取如下對策。首先是強化管理，嚴格按照運行操作規(guī)程來作業(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工作的質量，特別注意單相合閘問題。再次，線路光纖電流差動保護可以增加抗互感器飽和與制動的措施，防止因為兩側互感器傳變電流不同而誤動的情況。最后關鍵還是要選對互感器，要求選用參數(shù)滿足要求的互感器，避免互感器剩余勵磁對電流傳變產(chǎn)生影響。

1.3 案例3

故障現(xiàn)象：線路A相出現(xiàn)區(qū)內故障，線路一側（以甲側代替）16ms差動保護A相跳閘，29ms后三相跳閘。而另一側（乙側）17ms出現(xiàn)A相跳閘。甲側變比1200/5A，差動定值1.3～1.5A，換算到一次側，為312～360A。乙側變比1600/5A，差動定值0.9～1.5A，換算一次側為288～480A。兩側定值不一致。在故障發(fā)生前的檢修當中發(fā)現(xiàn)二次回路有問題，而且本故障發(fā)生前的一次故障保護裝置還能夠正確動作。

根據(jù)故障波形來看，甲側B、C兩相電流在A相出現(xiàn)故障后大約10ms才出現(xiàn)第一個尖波電流，此時C相一次側最大差動電流達到361.3A，持續(xù)時間7ms，C相一段保護裝置動作，并在29ms出現(xiàn)三相跳閘。而對于乙側來說卻不滿足定值，差動保護不動作，此時的差動電流高于288，且持續(xù)時間約18ms，也不滿足二段40ms延時，二段保護也不動作。其故障根本原因就是一次側電流定值不一樣。

解決方法主要是替換控制剩磁的互感器，比如TP類互感器，若有困難，更改二次回路的接線。

2? 繼電保護正常運行的思考

基于上文對繼電保護故障的案例分析，可以看出實際出現(xiàn)故障多半是繼電保護裝置沒有選對。繼電保護裝置要正確動作，保證電力系統(tǒng)的安全運行，必須要特別關注機電保護裝置的配置問題，而這里重點就在于整定計算。而整定計算是電力系統(tǒng)故障分析的基礎。當電力系統(tǒng)存在故障的情況下，整個電力系統(tǒng)往往會出現(xiàn)一些錯誤的指令和動作，這會對整個系統(tǒng)造成難以估量的損失，這就需要繼電保護來控制故障損失。下文則以案例來探討整定計算。

變電站10kV側要引出一條線路接入負荷側，考慮最大運行方式，在變壓器高壓側發(fā)生三相短路的情況下，最大電流達到5500A，此時負荷側線路最大電流5130A。而當?shù)蛪簜劝l(fā)生三相短路，最大電流820A。進一步考慮最小運行方式，變壓器高壓側出現(xiàn)兩相短路，那么最小電流3966A。負荷側最小電流3741A。而若短路發(fā)生在低壓側，那么最小電流689A。負荷側設備啟動時，線路流過電流350A。單相接地15A，非故障狀態(tài)下，接地電流最大只有1.4A。中性點不接地。兩相電流互感器變比300：5，零序電流互感器變比50：5。

據(jù)上述已知條件進行整定計算，求取保護定值。

考慮最大電流計算瞬時速斷電流，計算值111A，取110A。此時一次回路電流6600A?？紤]靈敏度，按兩相短路電流計算，發(fā)現(xiàn)靈敏度系數(shù)0.601。不能滿足靈敏度要求。

按最大運行方式下的短路電流計算限時速斷，計算值17.8A，取20A，此時一次回路電流1200A，考慮靈敏度，按上文方案計算得到靈敏度系數(shù)3.3，滿足靈敏度要求。此時進一步確定限時速斷的時間要求，以0.5s計。

按照已知過負荷電流進行整定，則保護動作電流7.8A，取值8A。而繼電保護裝置有一個0.9的返回系數(shù)，由此整定，取一次保護動作電流480A，靈敏度系數(shù)7.8，滿足要求?？紤]延時動作以及同下級保護裝置配合，取時間定值0.5s。

3? 結語

綜上所述電力系統(tǒng)當中，繼電保護具有非常關鍵的作用，而當繼電保護出現(xiàn)問題，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有非常大的負面影響。為此突出繼電保護故障分析有顯著意義，而其解決方案根本上還是要通過整定計算正確的配置繼電保護。本文對此進行了簡單分析，希望有參考價值。

參考文獻

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