淺談電力系統繼電保護裝置的故障與處理對策

盧瑞 奚志于

摘? ?要：繼電保護是保證電力系統供電可靠性的關鍵手段，能反映電力系統的故障，圍繞電力系統的故障做出反應，有選擇地將故障點切除，保護電力系統。本文基于電力系統的繼電保護配置的基本要求，分析了整定計算在一定程度上可以預防繼電保護裝置故障，并且結合了實際的繼電保護裝置故障案例，探討了具體的故障現象以及相應的故障處理對策。

關鍵詞：電力系統? 整定計算? 繼電保護裝置? 故障? 處理

中圖分類號：TM774? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0032-02

現在幾乎每一個需要保護的電氣設備上都有安裝繼電保護裝置，而繼電保護是保證電力系統供電可靠性的關鍵手段，它可以反映電力系統的故障，并且圍繞電力系統的故障做出反應，有選擇地將故障點切除，進而保護電力系統。由此可見繼電保護裝置的重要性，但如果繼電保護裝置出現故障，對電力系統的供電可靠性影響將非常大。

1? 關于繼電保護

1.1 繼電保護及其基本要求

目前對電力系統的供電可靠性非常重視，國家電網公司在推動智能電網、堅強電網，目的都是為了保證供電可靠性，而繼電保護是保證供電可靠性的關鍵手段之一，是降低電力系統故障損失的關鍵點。

在繼電保護的配置當中，要求必須要配置在電力系統每一個需要保護的電氣設備上，要能夠反映出系統故障，并且在繼電器上發生作用或者是發出信號。當系統存在故障點，繼電保護裝置要能快速低識別出故障點，并自動判斷故障的狀況，從而能夠有選擇地將故障點切除，并且這種選擇要可靠，不能誤動或者是拒動。

1.2 繼電保護的配置問題

結合上文的分析來看，繼電保護配置主要需要滿足選擇、速動、靈敏和可靠四個要求。繼電保護裝置要正確動作，保證電力系統的安全運行，就必須要滿足上述要求，而實際上在繼電保護配置上存在一些典型的問題導致不能滿足上述要求而出現一些故障問題。實際總結實踐當中出現的繼電保護裝置故障問題，多數都是因為繼電保護配置上出了問題，裝置沒有選對而引發故障的產生。

因此如果從預防的角度來講，要確保繼電保護裝置能夠正常運行并且發揮作用，就必須要選對繼電保護裝置，而要選對繼電保護裝置，一般要靠整定計算。整定計算不合理，那么所選擇的繼電保護裝置就不合適，在電力系統存在故障的情況下，繼電保護裝置就會出現一些錯誤的指令或動作，會對整個系統造成難以估量的損失。所以做好整定計算是預防繼電保護裝置發生故障的重要手段。如果保證整定計算科學合理，可參考如下案例。

某工廠需要接入一個10kV電源，變電站10kV側引出一條線路進入工廠，在整定計算時，考慮最大運行方式，假設變電站高壓側出現三相短路，線路中會出現5130A的最大電流，假設低壓側發生三相短路，會出現820A最大電流。若考慮最小運行方式，假設高壓側出現兩相短路，最小電流為3966A，假設低壓側兩相短路，電流為350A。整個系統接地最大電流1.4A，單相接地情況下為15A，變壓器中性點不接地。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，進行整定計算，重點基于最大電流的瞬時速斷電流，然后分析一次回路電流，確定靈敏度，進一步分析兩相短路電流來確定合適靈敏度范圍。然后考慮最大運行方式下的短路電流計算限時速斷，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，然后確定限時速斷的時間要求。進一步根據工廠負荷情況，確定保護動作電流，然后整定。確定最好的繼電保護配置方案，這是降低繼電保護裝置故障率的重要手段。

2? 繼電保護裝置故障與處理

基于上文分析，繼電保護整定計算對于選對繼電保護裝置有著重要意義，進而可以有效地降低繼電保護裝置的故障率，但一些沒有經過合理整定計算的繼電保護系統，故障率非常高，在這一部分結合具體的故障事件來進行討論，并分享一些處理的方法對策。

2.1 案例一

故障現象：某220kV線路光差保護兩側TA誤動作。

故障原因：經過對故障現象的分析初步判斷可能是因為線路一側使用了測量電流互感器而導致線路兩端類型不一致，引起的區外誤動。

具體的故障分析：為了確定故障針對本故障產生的電流波形進行分析來判斷事故的具體情況。具體看故障波形揭示了電廠側電壓互感器二次回路出現了多點接地，電壓波形存在異常情況。變電站側二次電流波形顯示出C相故障，波形基本可以正確傳變。但電廠側測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了很大的畸變。進一步分析波形，變電站側C相二次波形存在比較明顯的直流分量，并且呈現衰減現象，繼電器動作后，衰減完成。但電廠側C相波形有明顯畸變。由此判斷故障產生的具體原因是線路中一定出現了差流而導致出現誤動。

處理方法：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二次產生的自由分量來的，自由分量會出現衰減現象，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生續流。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，對比后發現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。所以線路兩側電流互感器要選對。理想的處理方法是兩側均選擇參數、變比、類別相當的電流互感器。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十八項電網重大反事故措施來進行處理。

2.2 案例二

故障現象：某220kV線路對變壓器進行空充，B相合閘，變壓器低壓側地線未拆除，線路的分相電流差動保護出現區外誤動。

故障分析：根據故障波形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。故障發生后現場查驗發現判斷正確。進一步分析后發現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，當發生誤動故障后40ms，B相電流出現畸變，可判斷主互感器出現了暫時狀態的飽和現象。

處理方法：首先是強化管理，嚴格按照運行操作規程來作業，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，要求選用參數滿足要求的互感器，避免互感器剩余勵磁對電流傳變產生影響。

3? 結語

綜上所述，電力系統當中的繼電保護裝置出現故障，通常情況下都是因為裝置選擇不科學，而且在實際的操作當中有不正確操作的現象，因此考慮繼電保護自動化是一個控制繼電保護故障率的思路，可以有效降低不正確操作導致的繼電保護裝置誤動，或拒動。同時還需要通過科學的整定計算來確定最佳的繼電保護配置方案，也能起到預防繼電保護裝置故障的作用。

參考文獻

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