一起35kV變電站速斷電流保護動作分析

周明星，吉元濤

（1.河南牧業經濟學院工商管理學院，河南 鄭州 450000；2.中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠，四川 涼山 615421）

1 前言

過流保護指的是當負荷電流大于正常運行工作電流時，保護裝置動作出口，斷開斷路器來切除故障。過流保護主要由短路故障或者過載故障引起。短路故障時，故障電流瞬時增大，對一次設備損害大，因此，要求保護裝置瞬時切除故障，短路電流整定值大，動作時間小，常見的保護元件有熔斷器、空氣開關和繼電器等；過載故障時，電氣設備過負荷運行，工作電流大于正常負荷電流，短時運行不會影響設備安全，長時間過負荷運行會導致電氣元件發熱嚴重，甚至會引發火災等災害，危及設備和人身安全。過載保護根據動作時間和動作電流的關系，可以分為定時限和反時限過流保護，常見的保護元件有熱繼電器、帶延時的電流繼電器。

過流保護根據保護用途的不同，大致可以分為以下四種類型：三段式電流保護，保護單側電源的相間短路；方向電流保護，保護雙側電源的相間短路；零序電流保護，保護中性點的接地短路；反時限過電流保護，主要用于6～10kV的饋線保護和電動機保護。

本文結合一起35kV變電站電流速斷保護動作案例，分析了三段式電流保護，并結合錄波分析故障過程中線路電壓及電流的變化情況。

2 過電流保護原理簡介

2.1 保護原理

速斷電流保護、定時限速斷保護和過流保護都是當電流增大后動作出口，它們通過定值和時間配合形成成套保護來保護線路全長，稱為三段式電流保護。

速斷電流保護是線路發生故障后電流增大，保護裝置瞬時動作切除故障元件的保護。速斷電流保護為了可靠快速動作，一般只保護線路的80%左右。發生故障時，故障電流的大小與電力系統的運行方式和短路故障類型有關，并且越接近接地點，接地故障電流越大。

定時限速斷保護：為了選擇性，需要與下一段線路速斷電流保護配合來保護線路全長，因此，定時限過流保護的保護范圍包含下一條線路。因此，定時限速斷保護帶有一定的時限。為了實現繼電保護速動性，時間不能太長。電流整定值是按照躲過下一段線路第一段電流保護的動作電流來設定。定時限過流保護原理簡單，動作靈敏快遞，可以保護線路全長，但是，不能作為下一條線路的后備保護，受系統運行方式影響大。

過流保護的電流整定值按照被保護線路的最大負荷電流來設定，過流保護能夠保護自己線路的全長并延伸到下一段相鄰線路。過流保護在線路最大負荷時，保護不會出口動作，線路可以正常運行。為保證繼電保護的選擇性，過電流保護整定時間需要相互配合，即自身線路的過流保護動作時間應比相鄰線路的第三段電流保護的動作時間長。

速斷電流保護作為線路的主保護，當線路發生故障時，可以快速地切除故障，但是，不能保護線路全長，限時速斷保護可以保護線路全長，不能作為下一條線路的后備保護，因此，為了防止主保護拒動或者斷路器故障沒有跳開，必須配置定時限過流保護作為本條線路的后備保護。

2.2 動作邏輯

某變電站線路保護裝置采用南瑞繼保PCS-9611線路保護裝置。保護裝置可以設置三段式電流保護，每段電流保護電流定值、動作時間以及出口邏輯都可以自由設置。同時，為了實現保護的可靠性，增設了復合電壓閉鎖判據，復合電壓指相間低電壓和負序過電壓，兩者之間任一個滿足條件，復合電壓元件動作，裝置設置有過流一段經電壓閉鎖以及二段經電壓閉鎖控制字，當投入對應控制字后，表示本段電流保護受電壓閉鎖，只有電流為了實現保護的選擇性，增加了方向閉鎖元件，防止擴大停電范圍。當過流保護選擇電壓和方向閉鎖時，裝置自動檢測母線PT，當檢測到PT斷線后，裝置閉鎖過流保護。當電流保護不受方向和電壓元件閉鎖時，PT斷線不影響保護出口動作。裝置設置有PT斷線投退控制字來判斷是否投入PT斷線判據，根據負序電壓大于整定值或者相電壓低于定值且檢測到有流來判別是否PT斷線。若PT斷線判據為1時，表示相間低電壓及負序過電壓元件不滿足條件；若PT斷線判據為0時，不管PT是否異常，過流保護都經復合電壓元件閉鎖（圖1）。

圖1 過流保護邏輯圖

3 保護動作分析

3.1 動作情況

某變電站35kV線路在發生三相短路，線路三相電壓降低，線路電流增大達到速斷保護動作定值，線路速斷保護動作，跳開ABC三相線路。裝置動作報文如下：

PCS-9611CS線路保護裝置動作報告記錄：

0335ms保護啟動；363ms過流I段（速斷）保護動作，間隔28ms（保護啟動時間）；415ms跳開線路開關，間隔52ms（機械動作時間）。

3.2 動作過程

查看故障時刻電流波形，可以發現在故障過程中，線路最大相電流為21.96A，故障選相為ABC相，達到了速斷定值18.1A/0s的動作值，保護裝置正確動作。故障時刻波形數據詳見圖2。

圖2 35kV線路過流保護動作波形

3.3 速斷保護過程中電壓及電流波動

從錄波圖中（圖3和圖4）可以看出，35kV線路故障波形時長約100ms，對110kV、35kV、10kV各段母線均產生了影響。10kVI母B相電壓=21.722×0.1=2.17kV，10kVII母A相電壓=43.262×0.1=4.3kV，當時正常運行電壓約6kV，相電壓明顯下降。

圖3 110kV線路電圧及電流錄波圖

圖4 10kV線路電圧及電流錄波圖

3.4 故障原因及改進方法

經運維人員檢查，發現35kV線路保護柜內竄入小動物，造成線路三相短路，系統電壓波動。針對配電系統線路故障概率高，應對所轄設備可能存在的安全隱患進行舉一反三，提高線路運行的可靠性。

針對有可能被車碾壓或碰撞到、被落石砸到的設備進行排查并做好防護措施，針對小松鼠、貓等小動物可能會爬上去的油變、計量箱等設備進行圍欄加固以加強圍欄的防護能力。在線路巡查時，對多關注設備線夾處，使用紅外測溫儀測溫，及時發現問題并處理；雷雨大風天氣后，要增加線路巡查次數，定期對線路停運檢修，緊固松動螺絲處。做好架空線路及桿塔維護檢修工作，除定期開展正常巡視外，在雷雨大風等惡劣天氣發生后應增加巡檢頻次，利用望遠鏡、測溫儀等重點檢查線路連接點，防止出現線夾斷裂等故障發生。另外，定期開展桿塔接地電阻測試、線路避雷器試驗等工作。

4 結語

輸電線路在運行過程中會發生各種故障（接地故障、兩相短路、三相短路及斷線故障）以及不正常運行工況（過負荷、過電壓等）。其中最危險的是發生短路故障，短路故障電流突變量大，尤其是故障點短路電流最大，會導致電氣元件發生嚴重故障，短路電流流過非故障元件，會引起電氣元件嚴重發熱，減少電氣設備使用壽命，嚴重時可能會引發系統電壓降低，破壞電力系統的穩定性，引發系統振蕩，造成大面積停電。因此，必須配置整套的電流保護。然而，在實際運行工況下，即使不同線路過電流保護的動作值和動作時間配合合理，也有可能因為系統的其他保護配合問題導致電流保護誤動作，影響電力系統的穩定可靠運行。

本文通過對一起變電站過流保護動作分析，分析速斷電流保護的優缺點，進一步分析了三相故障時線路電壓及電流變化情況，以及對周邊線路的影響，并分析了線路運行過程中存在的風險，進一步總結了線路運行維護經驗，可靠地減少了線路保護故障，增加線路供電的可靠性。