电力系统继电保护故障分析与对策
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作者:彭俊珲
摘 要：电力系统安全稳定运行，不能离开继电保护，几乎每一个需要保护的设备上都安装有继电保护装置，而继电保护装置则可以反映电力系统的故障，并围绕故障发生动作或是发出信号，有选择地切断电力系统故障点，进而保护电力系统。为此本文结合实际案例探讨了继电保护装置的误动故障与处理，并重点强调了整定计算这一电力系统故障分析的基础。
关键词：电力系统 继电保护 故障 整定计算
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）05（a）-0020-02
1 继电保护故障分析与对策
继电保护是电力系统当中非常关键的一部分，如果其发生故障，对电力系统的安全稳定运行影响非常大。下文结合具体的实例来进行分析。
1.1 案例1
220kV线路光差保护两侧TA出现误动。因为线路一侧采用测量电流互感器而使线路两端TA类型不一样，导致区外故障误动。针对本故障具体分析电流波形，方便以后的事故分析。
波形表现电厂侧电压互感器有多点接地，电压波形不够准确。具体看变电站互感器二次电流波形显示C相故障，波形基本能够正确传变。而发电厂侧的测量互感器二次电流波形却不能正确传变。线路两端互感器的二次波形出现很大差异，变电站C相二次波形存在明显直流分量，而且在不断衰减，当继电器切除时，衰减基本完成。而电厂侧C相波形却发生明显畸变。由此判断线路中一定出现差流而引起误动。
基于高压电网继电保护原理与技术第十四章提出的理想电路进行分析，电厂侧的互感器饱和其拐点电压值比较低，互感器铁芯要有保安系数，传变负荷电流的精度很高，当线路出现故障电流，即便一次没有出现直流分量，故障也会呈现出深度饱和的现象，使线性传变时间变短。在本案例当中变电站侧二次波形的第一个半周是正半周，那么可判断电厂侧波形一定会表现为负半周，其线性传变时间约3ms。
而互感器励磁阻抗大，电流不会突变，互感器要动作一般都是根据二次产生的自由分量来的，自由分量会出现衰减现象，但是会随着铁芯的饱和降低励磁阻抗，使分配的励磁电流增加，铁芯进入深度饱和，一个不为零的自由分量会产生续流。出于这样的判断，选取SH5P30、1000/1、20VA互感器进行试验，二次负荷0.5Ω，对比后发现一次电流水平提高并且非周期分增量加大，互感器饱和程度增加。尤其20VA互感器其周期分量30kA，非周期分量100%，波形与故障波形非常相似。
针对这样的误动故障，关键是线路两侧电流互感器要选对。理想的处理方法是两侧均选择参数、变比、类别相当的电流互感器。可参考电流互感器和电压互感器选择用计算导则来确定。并且要特别注意二次回路负荷情况，尽可能的将两侧二次负荷调整一致，如果有困难则可以按照国网十八项电网重大反事故措施来进行处理。
1.2 案例2
220kV线路对变压器进行空充，此时B相合闸，变压器低压侧地线未拆除，这种情况下线路的分相电流差动保护出现区外故障误动。根据故障波形来看，该故障当中线路两侧三相电流只有B相有，且电流中存在近似全偏移的直流分量，并且在此波形状态下，又恰好遇见电压过零时合闸，可判断合闸一定只合了一相，而且变压器低压侧肯定存在接地点。故障发生后现场查验发现判断正确。
进一步分析后发现B相电流相位相反，两侧互感器二次接线正确，排除二次回路负荷的影响。在含有直流分量的一次电流中看波形也基本正确传变至二次，说明互感器尚未饱和，而且互感器类型相同。从远故障侧保护装置的录波图显示，当發生误动故障后40ms，B相电流出现畸变，可判断主互感器出现了暂时状态的饱和现象。
针对这一故障，应采取如下对策。首先是强化管理，严格按照运行操作规程来作业，特别是要注意带地线合闸这种情况，一定要杜绝。其次要突出检修维护工作的质量，特别注意单相合闸问题。再次，线路光纤电流差动保护可以增加抗互感器饱和与制动的措施，防止因为两侧互感器传变电流不同而误动的情况。最后关键还是要选对互感器，要求选用参数满足要求的互感器，避免互感器剩余励磁对电流传变产生影响。
1.3 案例3
故障现象：线路A相出现区内故障，线路一侧（以甲侧代替）16ms差动保护A相跳闸，29ms后三相跳闸。而另一侧（乙侧）17ms出现A相跳闸。甲侧变比1200/5A，差动定值1.3～1.5A，换算到一次侧，为312～360A。乙侧变比1600/5A，差动定值0.9～1.5A，换算一次侧为288～480A。两侧定值不一致。在故障发生前的检修当中发现二次回路有问题，而且本故障发生前的一次故障保护装置还能够正确动作。
根据故障波形来看，甲侧B、C两相电流在A相出现故障后大约10ms才出现第一个尖波电流，此时C相一次侧最大差动电流达到361.3A，持续时间7ms，C相一段保护装置动作，并在29ms出现三相跳闸。而对于乙侧来说却不满足定值，差动保护不动作，此时的差动电流高于288，且持续时间约18ms，也不满足二段40ms延时，二段保护也不动作。其故障根本原因就是一次侧电流定值不一样。
解决方法主要是替换控制剩磁的互感器，比如TP类互感器，若有困难，更改二次回路的接线。
2 继电保护正常运行的思考 基于上文對继电保护故障的案例分析，可以看出实际出现故障多半是继电保护装置没有选对。继电保护装置要正确动作，保证电力系统的安全运行，必须要特别关注机电保护装置的配置问题，而这里重点就在于整定计算。而整定计算是电力系统故障分析的基础。当电力系统存在故障的情况下，整个电力系统往往会出现一些错误的指令和动作，这会对整个系统造成难以估量的损失，这就需要继电保护来控制故障损失。下文则以案例来探讨整定计算。
变电站10kV侧要引出一条线路接入负荷侧，考虑最大运行方式，在变压器高压侧发生三相短路的情况下，最大电流达到5500A，此时负荷侧线路最大电流5130A。而当低压侧发生三相短路，最大电流820A。进一步考虑最小运行方式，变压器高压侧出现两相短路，那么最小电流3966A。负荷侧最小电流3741A。而若短路发生在低压侧，那么最小电流689A。负荷侧设备启动时，线路流过电流350A。单相接地15A，非故障状态下，接地电流最大只有1.4A。中性点不接地。两相电流互感器变比300：5，零序电流互感器变比50：5。
据上述已知条件进行整定计算，求取保护定值。
考虑最大电流计算瞬时速断电流，计算值111A，取110A。此时一次回路电流6600A。考虑灵敏度，按两相短路电流计算，发现灵敏度系数0.601。不能满足灵敏度要求。
按最大运行方式下的短路电流计算限时速断，计算值17.8A，取20A，此时一次回路电流1200A，考虑灵敏度，按上文方案计算得到灵敏度系数3.3，满足灵敏度要求。此时进一步确定限时速断的时间要求，以0.5s计。
按照已知过负荷电流进行整定，则保护动作电流7.8A，取值8A。而继电保护装置有一个0.9的返回系数，由此整定，取一次保护动作电流480A，灵敏度系数7.8，满足要求。考虑延时动作以及同下级保护装置配合，取时间定值0.5s。
3 结语
综上所述电力系统当中，继电保护具有非常关键的作用，而当继电保护出现问题，对电力系统的安全稳定运行有非常大的负面影响。为此突出继电保护故障分析有显著意义，而其解决方案根本上还是要通过整定计算正确的配置继电保护。本文对此进行了简单分析，希望有参考价值。
参考文献
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[2] 叶远波.继电保护相关二次回路的在线状态检测技术[J].电力系统自动化，2014，38（23）：108-113.
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