220kV變電站電網繼電保護常見的問題及對策

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摘要：220kV及以上電壓等級成為我國電網的骨干網架，變電站繼電保護作為電網的“安全衛士”，承擔著保護電網安全、及時切除故障、降低停電損失的任務。文章結合220kV變電站繼電保護的特點，以母線保護、變壓器保護、線路保護為代表，就互感器飽和、電容電流、過渡電阻、諧波問題等220kV變電站繼電保護常見問題進行了探討，以供同仁參考。

關鍵詞：220KV變電站；繼電保護；常見故障；預防措施

0前言

220kv變電站是電網系統的主體部分，實現高效率的供配電。全面分析220kv變電站變壓器的運行狀態，合理規劃繼電保護措施，通過繼電保護的途徑，完善變壓器的基礎運行。繼電保護是220kv變電站變壓器運行的核心，發揮重要的作用。因此，本文主要以220kv變電站為研究對象，分析變壓器運行及繼電保護常見問題及處理措施。

1、220kV變電站繼電保護

繼電保護在220kV變電站故障處理方面，存有明顯的靈活性，能夠準確檢測變電站內是否出現運行故障，一旦檢測到故障信息，繼電保護裝置會主動進行維護。近幾年，隨著220kV變電站的發展，繼電保護水平也得到相應的提升，提高了故障處理的能力。220kV變電站繼電保護的故障處理，在一定程度上優化變電站的運行環境，繼電保護能夠根據220kV變電站的需求，提供準確的保護策略，不僅能及時發現220kV變電站中潛在的故障，還可以起到預防、控制的作用，成為220kV變電站運行中不可缺少的部分，解決運行故障的處理問題。

變電站包括：主控室、土建、一次設備、二次設備、電源系統、通信系統、環境系統等。對變電站繼電保護來說，由于變壓器和母線是變電站最重要的設備，變壓器實現電能降壓，母線實現電能分配，線路實現電能的輸送，所以，母線保護、變壓器保護、線路保護是220kV變電站最重要的三類繼電保護，熟悉繼電保護原理，并能對繼電保護常見問題進行處理，是變電站繼電保護人員必備的專業素質。

2、220kV變電站繼電保護常見問題探討

根據繼電保護可靠性、速動性、選擇性及靈敏性的基本要求，結合220kV電網的特點，對聯系不強的220kV電網，應重點預防繼電保護裝置的非選擇性動作，防止超越動作；對聯系密切的220kV電網，應該重點保證繼電保護裝置的可靠、快速動作，通過各類保護的速動斷來確保繼電保護的性能。隨著電力系統輸電等級的不斷提高，系統的暫態過程也日益復雜，系統中諧波含量不斷提高，非線性元件如電感、電容增多等問題，也給繼電保護帶來一些干擾。

2.1 互感器飽和

隨著電網輸電等級的升高，發生故障時，產生的故障電流也較大，如果電流互感器特性不良，很容易引起互感器飽和，從而對繼電保護動作產生影響，當互感器出現飽和后，電流互感器的二次波形出現畸變和破損，導致繼電保護裝置計算出的差流出現變化，如果保護判據不加處理，在區外故障流過最大穿越性電流的電流互感器可能出現較為嚴重的飽和，很容易引起保護誤動作。

互感器飽和對母線保護的影響最大，通常在繼電保護的動態模擬試驗中，要求區外故障引起互感器飽和的線性區大于3ms時，母線保護能夠可靠不動作；區外故障引起互感器飽和的線性區大于5ms時，線路保護能夠可靠不動作。

對此，繼電保護通常采用的方法有：波形識別法、時差法等。波形識別法主要通過對保護錄到的波形進行分析處理，結合其中的諧波分量、波形特征等，對保護是否出現飽和進行判別并加以閉鎖。時差法主要是利用故障開始到線路的過零點存在一個線性傳變區，此時雖然有飽和，但是還沒有出現差流，反映在繼電保護的計算中，即保護的差動電流和制動電路的出現有一個時間差，進而判別出飽和，并對差動保護加以閉鎖，先差動保護閉鎖一個周期，然后根據判據開放，保證當出現發展性故障，如區外轉區內故障，差動保護仍能可靠地快速動作。

2.2 電容電流

輸電線路的相間和相對地都存在分布電容，對長線路來說，為了提升長線路的自然功率，必然減小線路電感，并采用電容補償，線路越長，電容電流越大，如下表1所示為每百公里架空線路容抗和電容電流參考值：

表1 每百公里架空線路容抗和電容電流參考值

線路電壓（kV）正序容抗（Ω）電容電流（A）

220370034

330286066

5002560111

7502240193

電容電流可能導致差動保護誤動作，同時降低差動保護的靈敏度，并導致距離保護安裝處的測量阻抗比線性化純電阻電路的線路阻抗偏大，可能導致距離保護的誤動作。

對此，對差動保護應該采用多判據的差動保護，不同的時段投入不同判據的差動保護，實現保護快速性、靈敏性、快速性的要求，例如，相關電流差動具有天然的抵抗電容電流能力，內部故障時不需要進行電容電流補償。在保護啟動后20ms以內投入；故障分量比率差動在保護啟動后40ms內投入，不受負荷電流影響，能夠對嚴重故障實現快速動作；穩態量比率差動和零序電流差動在保護啟動后一直投入，穩態量差動實現全線路差動保護的總后備，而零序差動則主要用于應對高阻接地故障。

2.3 過渡電阻

220kV及以上電網單相接地故障率非常高，過渡電阻是指線路經過某些介質而發生對地放電的現象，根據故障情況不同，過渡電阻的阻值可以達到幾百到幾千不等。

受到暫態分量和諧波電流的影響，加上過渡電阻時典型的故障特征是電壓跌落很小，故障特征不明顯，對繼電保護的判別影響很大。某些依靠阻抗值來啟動的保護誤動作，可能引起距離保護的超越動作，對差動保護來說可能導致因為制動電流過大而差動不動作。

對此，對于后備保護，采取零序過流來實現對高阻故障的切除，主保護可以采用零序差動保護，零序差動具有一定延時，采用零序比率差動判據主要是為了反映重負荷下的高阻接地故障，在高阻接地故障下，雖然電壓跌落不明顯，但會產生較大的零序電流，由于零序電流反映故障分量，因此具有較高的靈敏度。同時，對于區外故障和系統振蕩等情況，由于流過被保護線路的零序電流是穿越性的，故不會誤動作。

2.4 諧波問題

對于變壓器保護來說，保護邏輯受系統諧波分量影響較大，隨著電網輸電等級的升高，變壓器容量不斷增大，當變壓器因為某些原因，一側的電壓突然增大時，電壓突變量與變壓器的剩磁相互疊加，引起變壓器鐵芯飽和，出現勵磁涌流，最大時可能達到額定電流的6-8倍，同時系統內可能出現大量諧波。

變壓器的諧波以二次諧波和三次諧波為主，速動性和可靠性一直是變壓器差動保護難于協調的矛盾。邏輯做的保守，差動保護經飽和判據后，在系統諧波較大或發生區外轉區內故障時，可能出現動作時間較慢甚至拒動的情況。邏輯做的激進，則保護誤動風險增大，可能出現TA斷線誤動、區外故障誤動等。

經過分析，差流中二次諧波分量超過了15%，大于保護的諧波閉所定值，差動保護暫時閉鎖，待二次諧波一段時間后降落下來，差動保護才能夠動作。

3、結語

根據我國建設智能電網的戰略規劃，未來我國220kV變電站仍將不斷增多，尤其是具備智能、互動、綠色的數字化變電站，已經成為繼電保護發展的主流趨勢。因此，對220kV變電站繼電保護常見問題進行分析和探討，對我國電網發展具有重要的意義。

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