電力系統繼電保護故障分析與對策

彭俊琿

摘? ?要：電力系統安全穩定運行，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的故障，并圍繞故障發生動作或是發出信號，有選擇地切斷電力系統故障點，進而保護電力系統。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故障分析的基礎。

關鍵詞：電力系統? 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當中非常關鍵的一部分，如果其發生故障，對電力系統的安全穩定運行影響非常大。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相波形卻發生明顯畸變。由此判斷線路中一定出現差流而引起誤動。

基于高壓電網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，傳變負荷電流的精度很高，當線路出現故障電流，即便一次沒有出現直流分量，故障也會呈現出深度飽和的現象，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。

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、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。

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區外故障誤動。根據故障波形來看，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。

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。

1.3 案例3

故障現象：線路A相出現區內故障，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。在故障發生前的檢修當中發現二次回路有問題，而且本故障發生前的一次故障保護裝置還能夠正確動作。

根據故障波形來看，甲側B、C兩相電流在A相出現故障后大約10ms才出現第一個尖波電流，此時C相一次側最大差動電流達到361.3A，持續時間7ms，C相一段保護裝置動作，并在29ms出現三相跳閘。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故障分析的基礎。當電力系統存在故障的情況下，整個電力系統往往會出現一些錯誤的指令和動作，這會對整個系統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。而當低壓側發生三相短路，最大電流820A。進一步考慮最小運行方式，變壓器高壓側出現兩相短路，那么最小電流3966A。負荷側最小電流3741A。而若短路發生在低壓側，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。考慮靈敏度，按兩相短路電流計算，發現靈敏度系數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，由此整定，取一次保護動作電流480A，靈敏度系數7.8，滿足要求。考慮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

綜上所述電力系統當中，繼電保護具有非常關鍵的作用，而當繼電保護出現問題，對電力系統的安全穩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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