繼電保護選擇性存在的問題及解決方案

晉龍興　肖碩霜

摘 要：深入理解繼電保護選擇性中的問題是保障電網安全穩定運行的重要基礎，保護的選擇性分為主保護選擇性和后備保護選擇性。絕大多數情況下，主保護能夠快速且有選擇性地切除故障設備。但發生死區故障時，主保護不能有選擇地切除故障，分析了母聯開關、線路開關以及變壓器開關的死區故障問題，并介紹了相應的解決措施。后備保護定值整定均采用離線整定模式，導致后備保護定值不能全部滿足選擇性的要求。分析了保護定值離線整定計算技術的弊端，并介紹了兩種解決技術，即在線整定技術和廣域后備保護技術。

關鍵詞：選擇性；主保護；死區故障；后備保護；整定計算

引言

當電網發生短路故障時，繼電保護裝置能迅速準確地切除開關，使得停電范圍最小即為繼電保護的選擇性。在變電站運行過程中，主保護和后備保護均存在一些選擇性方面的問題。深入理解繼電保護選擇性中存在的問題，可有效提高繼電保護人員的現場安全管控能力，有力保障電網安全穩定運行。

基于此，文章主要分析主保護和后備保護選擇性存在的問題。絕大多數情況下，主保護能夠快速有選擇性地切除故障設備。只有當死區故障時，主保護不能有選擇地切除故障。后備保護的選擇性問題為后備保護定值不配合，可能導致保護誤動或拒動。目前電網均采用離線整定計算技術，難以保證所有定值都滿足選擇性的要求。針對主保護的死區問題，分析了母聯開關、線路開關以及變壓器開關處的死區故障及解決措施，針對后備保護的定值問題，可利用在線整定技術和廣域后備保護技術解決。

1 主保護的死區故障問題及解決方案

按照電力設備分類，繼電保護可分為變壓器保護、母線保護、線路保護等。變壓器和母線的主保護利用各個斷路器的電流進行判斷，其主保護為電流差動保護；線路的主保護利用兩端電流進行判斷，主保護也為電流差動保護。若斷路器只在一側裝設電流互感器（簡稱TA），則斷路器與斷路器TA之間發生的故障稱為死區故障[1]，如圖1所示。若不采取解決措施，發生死區故障時，電流差動保護不能有選擇地動作。

典型死區故障有三種：母聯斷路器與母聯TA之間的死區故障、出線斷路器與出線TA之間的死區故障、主變斷路器與主變 TA 之間的死區故障，下面分別介紹這三種死區故障及解決方案。

1.1 母聯死區故障

對于母聯死區故障，可通過母線保護裝置內母聯死區保護切除。以圖2為例，簡要說明。

在圖2所示位置發生短路故障時，1M母差保護動作，跳開連接在1M上的所有開關，此時，母聯開關已跳開而母聯CT仍有電流，且大差比率差動元件及QF1開關側小差比率差動元件不返回，經死區動作延時跳開2M上的所有開關。

由上可知，發生母聯死區故障時，現有母線保護裝置將致使兩條母線同時從系統中切除，造成負荷損失。在輻射型電網中，對于220kV饋線變電站而言，發生全站失壓，其所在區域的電網將面臨負荷減供。對于電網中地位更重要的220kV樞紐變電站而言，其110kV負荷全失將導致電力負荷大幅減供。為使得母聯死區故障時母差保護能正確切除母聯斷路器及與故障相關的母線，對母差保護的動作邏輯進行改進，如圖3所示。采用母線差動保護改進邏輯后，母聯死區故障不會導致全站失壓。

1.2 線路死區故障

根據《廣東省電力系統繼電保護反事故措施》規定，母線差動保護動作后，對于不帶分支且有縱聯保護的線路，應利用線路縱聯保護促使對側跳閘（允許式縱聯保護采用母線差動保護動作發信，光纖縱差保護采用母線差動保護動作直跳對側或強制本側電流置零）。采用該反事故措施后，線路主保護就可以快速切除線路死區故障。

1.3 變壓器死區故障

當變壓器發生死區故障時，若利用變壓器電源側后備保護動作予以切除，則故障持續時間較長，容易造成變壓器燒壞。據此可通過退出變壓器差動保護電流互感器的方法構成變壓器死區保護動作邏輯，如圖4所示。在變壓器發生死區故障時，該邏輯能夠瞬時切除故障，保證變壓器的設備安全。

2 后備保護的定值問題及解決方案

現有的繼電保護裝置主要利用就地或被保護設備端口等局部信息進行故障的檢測判斷，不同保護裝置之間一般只能通過固有定值進行協調和配合。為了保證后備保護的選擇性，需要通過多段保護的動作時延、動作定值以及動作區間的相互配合。目前電網后備保護定值的整定計算均采用離線整定技術。以后備保護中的距離II段保護為例，分析離線整定計算存在的弊端。

距離II段保護與相鄰線路配合時，與其距離I段或II段配合。距離II段保護與相鄰變壓器配合時，保護范圍一般不應超過相鄰變壓器的其他各側母線。為保證選擇性，距離保護II段需要與相鄰線路和變壓器逐一配合。在所有的整定值中，取最小的整定值作為最終的整定值，取最長的配合時間作為最終的整定時間。在網絡拓撲越來越復雜的現代電網下，由同一條母線連接的輸電線路長短相差很大，后備保護的整定配合也更加復雜，并且這種通過時間和定值實現配合的方式在很多情況下并不能保證絕對的選擇性，當運行方式變化較大時，后備保護存在拒動或誤動的風險。

針對離線整定計算模式導致后備保護定值不能全部滿足選擇性的問題，以下介紹兩種解決方案。

第一種解決方案是利用定值在線整定技術[2]。在線整定是在電網運行狀態發生變化時，根據電網實時運行方式整定定值并通過保信系統下發最新定值。通過及時更正與其不相適應的保護定值，確保了所有后備保護定值均滿足選擇性的要求。目前已有定值在線整定系統在地區電網試運行。

第二種解決方案是利用廣域后備保護技術[3-4]。廣域保護裝置接收和比較來自各變電站集成保護裝置的信號，以此判斷故障的位置并做出跳閘決策發給相應的變電站來執行。該方法不需要定值逐級配合，可直接定位故障發生的位置，保障了后備保護動作的選擇性。隨著全球定位系統在電力系統的應用、計算機網絡和通信的發展，出現了基于相量測量單元的廣域測量系統，實現了互聯電網多點同步運行狀態的實時監測，滿足了電網實時監測系統所提出的空間上廣域和時間上同步的要求。WAMS（Wide Area Measurement System）為廣域后備保護的實現提供了技術條件，是最終構筑電網廣域后備保護系統的重要基礎，目前已有廣域后備保護系統在地區電網中試運行。

3 結束語

理解保護選擇性中存在的問題，可有力提高繼電保護人員的維護水平，為保障電網安全穩定運行打下堅實的基礎，主保護的選擇性問題為死區故障，分析了母聯開關、線路開關以及變壓器開關的死區故障問題，并介紹了相應的解決措施。后備保護的選擇問題為定值不滿足選擇性要求的問題。該問題由現有定值離線整定技術引起，可利用在線整定技術和廣域后備保護技術解決。

參考文獻

[1]趙佰成，徐煒彬，曲紹杰.220kV典型保護死區問題的探討[J].電力系統保護與控制，2010，38（13）：130-132.

[2]呂穎，吳文傳，張伯明，等.電網保護定值在線整定系統的開發與實踐[J]電網技術，2008，32（8）：15-20.

[3]易俊，周孝信.電力系統廣域保護與控制綜述[J].電網技術，2006，30（8）：7-12.

[4]薛禹勝，徐偉，萬秋蘭，等.關于廣域測量系統及廣域控制保護系統的評述[J].電力系統自動化，2007，31（15）：1-5.

*通信作者：晉龍興（1987-），男，碩士研究生，主要研究方向：電力系統繼電保護。

作者簡介：肖碩霜（1988-），女，碩士研究生，主要研究方向：電力系統繼電保護。