110 kV變電站繼電保護故障探討

劉歆蔚

（廣東電網有限責任公司陽江陽春供電局，廣東 陽江 529600）

0 引 言

由于變電站是電力傳輸系統的基礎設施和關鍵構成，所以通常對其進行合理的繼電保護。然而在多種因素的影響下，繼電保護故障時有發生，嚴重制約了變電站乃至整個電力系統的運行效率與質量，故重視110 kV變電站繼電保護故障分析，并采取措施予以妥善處理與科學預防。

1 110 kV變電站繼電保護概述

繼電保護主要是指對電力系統中發生的故障或者異常情況進行檢測，當出現故障或異常時，發出報警信號或者直接將故障部分隔離、切除的一種措施。繼電保護在110 kV變電站的應用至關重要，《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》中對繼電保護有明確規定。

110 kV變電站主要包括主變壓器、110 kV設備區及35 kV設備區等，其繼電保護系統的工作特點如圖1所示。具體地，繼電保護系統不僅可以對設備或元件能否正常運行進行判斷，還可對故障屬于內部或者外部作出進一步分析。例如，當被保護的元件或設備出現故障時，在繼電保護的作用下可準確而迅速地將其切除，同時斷路器執行跳閘指令，確保故障能夠與電力系統分離，以降低對元件和電力系統的損害[1]。繼電保護裝置的原理結構如圖2所示。

圖1 110 kV變電站繼電保護工作特點

圖2 繼電保護裝置的原理結構圖

2 110 kV變電站繼電保護故障分析

2.1 故障類型闡述

110 kV變電站繼電保護故障分為產源故障、運行故障及隱形故障。其中，產源故障是指繼電保護裝置自身質量與功能存在缺陷，直接增加了故障風險，為電力系統的安全運行埋下了隱患；運行故障通常表現為開關拒合、主變差動保護誤動等，其對繼電保護的不良影響是最為嚴重的；隱形故障不僅最難處理，而且難以預防，80%的繼電保護故障屬于隱形故障，需要予以高度重視。此外，繼電器不復位、燒毀等故障也時有發生。

2.2 常見故障分析

第一，受瞬間電流沖擊的影響，引發繼電保護受損。這是因為變壓器抗電流沖擊能力低，而瞬間電流破壞性極強，所以繼電保護裝置會受到損壞，甚至造成設備擊穿。當繼電保護運行正常時，若變壓器低壓周圍出現短路，則會瞬間致使電流升高，并形成一定的電流沖擊；若短路時間過長，還可能燒毀變壓器內部設備。第二，由于缺少雙重保護，致使斷路器失靈。當變壓器10 kV母線出現故障時，往往會基于主變10 kV側保護加以處理，并爭取故障處理時間，但有時上述保護可能會失靈或拒動，繼電保護動作就不能正常執行。如果高壓側過流，失靈的斷路器無法對低壓側故障進行響應，進而失去分斷作用，致使繼電保護保持故障狀態[2]。第三，10 kV出線間隔故障。因110 kV變電站的配電裝置需要參考繼電保護裝置的要求，若配電裝置具有非常小的設備間隔，與間隔標準規定不符，便會降低配電裝置質量，并以母線故障為主要形式干擾繼電保護，使其在整體上發生拒動、失靈等故障，影響母線正常傳輸。其實電流互感飽和保障在110 kV變電站繼電保護中也會出現，即隨著配電系統終端負荷的增容，容易形成較大的短路電路，且當電流倍數增大時電流互感器的誤差也會隨之增大，然后引發飽和故障，并減少所感應的二次電流甚至使其接近零。

3 110 kV變電站繼電保護故障處理

3.1 選用科學的方法分析故障

110 kV變電站繼電保護故障類型較多、原因復雜且影響嚴重，因此必須切實完善故障處理制度，采用合理有效的方法進行分析和判斷，如應用廣泛的直觀法、替換法及短接法等。其中，直觀法適用于開關拒分、拒合等故障的診斷，較為便捷，但需要工作人員專業素質過硬，實踐經驗豐富，以結合繼電保護故障的實際表現確定故障位置和原因。例如，當電氣回路合閘接觸器正常時，若發現110 kV繼電器出現黃色或伴有燒焦氣味，可判斷為內部元件故障。替換法適用于繼電保護元件的運行故障，即當保護元件運行異常時，可用正常元件替換故障元件，若故障消除表示屬于元件損傷，若故障存在還需要替換其他元件進行檢測[3]。短接法適用于故障范圍的縮小，尤其適用于電磁故障的處理，即通過短線路與繼電保護裝置的相連，分析當前部位是否存在故障，若發現故障點可進行針對性處理，若情況正常則需更換短接位置，以期在最短時間內鎖定故障點。

同時檢修更新法和電路拆除法也較為常見，其中檢修并更新元件是最基本也是最有效的一種故障處理方法。檢修期間及時更換故障元件、老舊元件，將其替換為高品質的新元件，或者基于微機綜合保護裝置加以整合，使其使用效率在提高的同時還能降低故障風險，保證繼電保護功能高效發揮。必要時可采用電路拆除法，就是通過對110 kV變電站繼電保護故障電路，以一定的順序逐項解開并聯的二次回路，以準確定位故障原因，然后利用小分路對故障進行查找。該方法一般適用于直流接地故障的分析，就是按照負荷重要程度解開直流負荷回路，當切斷某一回路故障消除時，此處為故障所在，經確認無誤后可予以維修或更換[4]。

3.2 及時采取針對性的處理措施

為更直觀地了解110 kV變電站繼電保護故障及其處理要點，可結合實例加以分析。已知該110 kV變電站具有2×104kVA的主變容量和110 kV、35 kV及10 kV的電壓等級。其中，35 kV的電壓和10 kV的電壓分別采用的是單母線和單母線分段帶旁路的接線方法。后因實際需要增設一臺容量為1×104kVA的主變壓器，在調試正常的基礎上先對110 kV測開關進行24 h的空載運行，隨后在測驗35 kV測開關時主變差動保護發生了動作，經分析確定是由CT極性接錯造成的。但重新連接再次啟動設備時發現，35 kV側負荷功率超過了620 kW，警報裝置立刻啟動，將其設定值改為0.2 A后警報系統的啟動時間會后延5s。該情況說明線路流過了超出臨界值的不平衡線路，通過認真計算和分析，35 kV側的Kpm和CT變比應分別為1.39和200/5，但卻誤認為是400/5，在將其改正后調試，上述故障消失。因此，110 kV變電站繼電保護接線操作中應注意開關等裝置的參數值檢查和保護限定值設置，以免因匹配不良影響繼電保護正常動作。

此外，針對瞬間電流沖擊問題，可將過流保護裝置設于變壓器低壓側位置，利用其限流速斷功能快速切斷低壓出線，也可以結合使用限時速斷和過電流保護兩種方式，及時對故障做出反應并予以解決。同時，注意充分發揮計算機與信息技術的優勢，基于微機保護綜合性與自動化程度的提高，快速判斷繼電保護故障所在，并根據邏輯分析獲取合理的處理措施，經電子信號的傳輸無誤差地執行處理措施，以及時、準確及高效地處理110 kV變電站繼電保護故障。

4 結 論

110 kV變電站繼電保護故障不可避免且危害較大，因此應盡可能地縮短故障時間，并降低故障發生率。要求結合110 kV變電站繼電保護故障的實際表現，科學判斷快速定位故障位置和原因，然后采取針對性措施予以解決，配以日常維護和管理，切實降低故障風險。