繼電保護裝置故障信息匯總和分析

韋妮恒

（大唐觀音巖水電開發有限公司，四川 攀枝花 617012）

一、繼電保護常見的問題分析

隨著電力系統的發展，出現了許多新的特征，也帶來了許多新的問題，使繼電保護的工作條件更加嚴酷：比如輸電線路發生短路故障時，短路電壓、電流中含有很大的非周期暫態分量，可能導致諧波量增加，按工頻比較原理構成的各種繼電保護裝置必須在濾除這些暫態分量后才能正確判斷，動作時間不可能太短；現代電網結構復雜，運行方式多變，保護裝置的配置、配合和整定計算都比較困難，出現非選擇性動作的幾率增大，特別是后備保護；由于線路長、負荷重，按躲過最大負荷整定的阻抗繼電器可能出現靈敏度不足的問題；受線路不平衡等因素的影響，正常運行時系統就有可能存在負序或零序電流，這對負序保護、零序保護，以及由負序或零序起動的縱聯保護的靈敏度也將產生影響；分裂導線的應用，將會使系統正常運行時的電容電流加大，導致差動保護靈敏度降低、相差保護相位誤差加大；由于故障暫態量變大，干擾因素增多，影響可靠性的因素也增多，所以保證可靠動作變的十分困難。有時不得不增加一些硬件接線和軟件算法，通過多級判斷、多重判據來提高可靠性，但復雜程度過高有可能使可靠性降低。

近年來繼電保護系統在通信和信息處理技術的發展和支撐下，通過采用雙重化配置帶通道的電流差動和方向比較原理的保護裝置，保護動作可靠性得到了提升，但隨著分布式能源大量接入對繼電保護裝置系統的可靠性要求越來越高，繼電保護裝置將面臨更多的挑戰：第一，當前繼電保護結構仍是一種剛性結構，均要預先對其聯接方式、保護的對象以及適應的網絡條件進行設定，自適應能力較弱。第二，繼電保護系統故障(包括隱藏的故障)帶來的風險依然存在。現有繼電保護雖然能夠對繼電保護裝置中的元件失效進行在線自診斷，但尚不能進行繼電保護裝置故障的自動轉移或者功能恢復。當繼電保護裝置自檢到某個元器件或者芯片故障時，只能選擇報警，而不能尋找替代元件或者達到自愈和功能恢復。在當前水電廠繼電保護裝置采用雙重化配置的情況下，雖然一套保護裝置故障不必馬上停運一次設備，但保護系統的整體可靠性仍不能得到較好的滿足。

二、水電廠繼電保護裝置存在的故障信息匯總

針對水電廠運行期間繼電保護裝置常見故障的存在，根據運行情況進行分析，對常見故障信息進行了以下匯總以便為構建水電廠繼電保護故障信息分析處理系統提供更多可參考的依據。

1、水電廠發電機組故障和不正常運行狀態及其保護

發電機的安全運行直接影響電力系統的安全。發電機由于結構復雜，在運行中可能發生故障和不正常工作狀態，特別是現代的大中型發電機的單機容量大，對系統影響大，損壞后的修復工作復雜且工期長，所以對繼電保護提出了更高的要求。針對發電機的故障和不正常工作狀態，應裝設性能完善的繼電保護裝置。 發電機不正常運行方式的保護主要有：定子繞組過負荷保護，轉子繞組過負荷保護，發電機過電壓保護，發電機過激磁保護，發電機誤上電保護，逆功率保護，失磁保護，發電機非全相運行保護等等。

2、電力變壓器的故障及異常運行方式

若以故障點的位置對故障進行分類，有油箱內的故障和油箱外的故障。變壓器的異常運行也會危及變壓器的安全，如果不能及時發現及處理，會造成變壓器故障，嚴重時將損壞變壓器。因此為了可靠的保護變壓器，除了配置差動保護和重瓦斯保護等主保護，還要配置后備保護，比如對外部相間短路引起的變壓器過流，應裝設下列保護作為后備保護。保護動作后應帶時限動作于跳閘。①過流保護：降壓變壓器，保護整定時應考慮事故時可能出現的過負荷。②復合電壓閉鎖過電流保護：升壓變壓器、聯絡變壓器、過電流保護靈敏度不足的降壓變壓器。③阻抗保護：當采用復合電壓閉鎖過電流保護及負序電流和單相式低壓起動的過電流保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時。

三、構建水電廠繼電保護故障信息分析處理系統

1、構成繼電保護和安全自動裝置選擇的原則

繼電保護和安全自動裝置選擇的原則應符合可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。

可靠性：區內故障和不正常運行狀態應該可靠正確動作，不拒動。

選擇性：故障時只切除故障元件，使故障元件盡量縮短，保證無故障部分安全運行。

速動性：快速地切除故障可以提高電力系統并列運行的穩定性，減少故障影響范圍以提高自動裝置的動作成功率。

靈敏性：指對區內故障和不正常運行狀態的反應能力，不論故障點位置、類型、是否經過渡電阻及運行方式變化都能正確動作。

當確定其配置和構成方案時，應綜合考慮幾個方面，并結合具體情況，處理好上述四性的關系。

2、加強故障數據分析處理，實現保護監控一體化

數據分析處理是指根據所采集的故障數據對保護裝置動作情況進行的各類判斷、分析以及故障點的確定，使繼電保護人員及時掌握系統故障情況及保護動作行為，快速查找故障點，迅速進行事故處理及恢復，同時還包括各種故障分量的計算和管理工作等。可在系統發生故障時，自動地、準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作，積累第一手材料，提高對電力系統規律的認識，利于電力系統安全運行。

目前數據分析處理功能主要有：波形分析及故障測距等計算功能。波行分析是指對模擬量和開關量進行圖形化的波形顯示，還可以進行矢量分析、諧波分析、阻抗分析、功率分析和頻率分析。故障測距是指根據源數據進行單端及雙端對稱助增技術測出故障距離范圍，提供包括故障線路、故障時間、故障相別、故障距離、故障后電流電壓有效值、跳閘時間、重合閘時間、再次故障以及啟動線路、斷路器位置變化等信息的故障分析報告。

繼電保護與安全自動裝置分開設置，不僅硬件重復設置，而且相互之間缺乏配合，性能不夠理想；采用廣域保護后，可采用一體化設計，集“三道防線”于一體。目前國內大部分水電廠、變電站已經實現了保護監控一體化，大大簡化了二次系統的接線，完全能夠滿足保護和監控的需要；隨著技術的進步，高壓線路、發電機、變壓器等設備的保護監控一體化將是繼電保護、綜合自動化技術發展的方向。

3、推進智能式互感器、斷路器的應用

互感器飽和是目前繼電保護中最難以解決的問題之一，影響繼電保護性能。智能互感器直接輸出低壓數字信號或模擬信號，可有效解決上述問題。繼電保護裝置與斷路器回路有著十分密切的聯系，繼電保護發出的跳閘和合閘命令最終都要通過斷路器來執行，斷路器的動作狀態（合閘、分閘）要回饋給繼電保護裝置，目前這些信息的交換都是通過電纜硬線連接實現的，這樣，保護裝置與斷路器之間至少要有3～4條的電纜線；智能斷路器與繼電保護之間通過通信網絡連接，比如斷路器跳、合閘命令，斷路器的位置狀態都通過通信線傳輸。

4、基于單端故障信息的全線速斷保護

電流電壓保護、距離保護等，基于單端信息，但不能實現全線速斷；縱聯保護能夠全線速斷，但必須依靠多端的故障信息，需要建立通信連接；單端信息的全線速斷，可以僅依靠一端信息實現全線故障速斷切除，其基本原理是利用線路的故障暫態分量來構成線路保護。

四、總結

繼電保護裝置是關系到水電廠是否能夠安全穩定運行的重要設備，也是電網安全穩定運行的第三道防線，對保證電力系統安全運行、保障電能質量、防止事故的發生和故障的擴大都有著非常重要的作用。但隨著電力系統的高速發展和計算機技術、通信技術的進步，繼電保護技術面臨著進一步發展的趨勢。總之，繼電保護必將隨著各種技術的進步和發展呈現更新的特征，也將獲得更廣泛的應用。

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