電流二次回路兩點接地引起繼電保護(hù)誤動分析與防范措施

徐啟源

摘 要：文章簡要介紹了電網(wǎng)發(fā)生的電流二次回路兩點接地保護(hù)異常引起母線保護(hù)誤動的情況。分析了導(dǎo)距、自動重合閘、母線差動和繼電保護(hù)的運行過程，重點分析了繼電保護(hù)的邏輯方案。斷路器主觸頭與輔助觸頭重合時的延時是造成這種情況的主要原因，邏輯上存在缺陷。通過了現(xiàn)場模擬試驗，提出了可能的原因，并總結(jié)了避免未來的誤操作和加強(qiáng)保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法，從而提高電力供應(yīng)的質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；誤動分析二次回路；接地

中圖分類號：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0085-02

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的共同作用，無法覆蓋整個電源結(jié)構(gòu)，在CT電網(wǎng)的設(shè)計和施工中采用了電流互感器的配置。母線保護(hù)不能消除斷路器和電流表之間發(fā)生的故障。同樣，由于故障所涉及的時間延遲，故障也不能被斷路器故障保護(hù)迅速隔離。作為保護(hù)的補(bǔ)充形式，可以安裝繼電保護(hù)以快速隔離故障，以避免影響電網(wǎng)系統(tǒng)的運行。電流二次回路兩點接地引起繼電保護(hù)誤動將引起極大的威脅，由于斷路器的主極、輔助觸頭之間的時間延遲不匹配時，其位置在運行期間必須重新調(diào)整。通過對功能部件運行行為的分析，確定了保護(hù)方案中存在的缺陷。

1 電流二次回路

電流二次回路是從變壓器輸出繞組提供的電路，這些繞組與輸入繞組電隔離。

變壓器是一種可以用來增加或降低輸入交流電壓信號的電氣元件。基本變壓器由輸入信號的初級繞組和輸出的次級繞組組成。輸入和輸出之間沒有直接的電連接，能量通過相互感應(yīng)傳遞到二次繞組。

電流二次回路可用于各種應(yīng)用，如在電源中，次級交流輸出的電壓被整流，然后通過濾波，以提供可用于其他電子電路供電的直流電源。在許多電源拓?fù)渲卸际褂枚位芈罚_關(guān)電源的頻率可能與正常調(diào)節(jié)器的50赫茲不同。因此，二次回路中的元件應(yīng)該能夠處理變壓器輸出信號的電壓、電流和頻率。電路設(shè)計和元件也取決于輸出或輸出信號的使用所需的電壓調(diào)節(jié)。決定使用哪些元件的其他因素包括整流的類型、紋波和噪聲的量、反饋等。

決定二次回路功率的因素有一次繞組電路的阻抗、二次回路的分量和負(fù)載。二次回路負(fù)荷應(yīng)在變壓器額定值以內(nèi)，以避免過熱或功率不足。

變壓器有兩個以上的繞組，可用于提高或降低輸入電壓。輸入電壓與輸出電壓之比取決于一次側(cè)匝數(shù)與二次側(cè)匝數(shù)之比。在大多數(shù)電源中都使用降壓變壓器。這取決于所需的輸出，它們有一個次級繞組或多個次級繞組。對于具有多個輸出電壓的電源，使用多個繞組。每個繞組都有自己的電路，根據(jù)負(fù)載要求，它們在結(jié)構(gòu)上可能相似或不同。

變壓器的運行取決于二次回路，在空載時會產(chǎn)生很少的電流。一旦施加負(fù)載，變壓器從負(fù)載對應(yīng)的電源中引出更多電流。如果負(fù)載增加，變壓器引出更多電流，應(yīng)注意確保變壓器額定值未超過。否則，如果在輸出處繪制過多的電流，則主電路將繼續(xù)從電源中抽出更多的電流，甚至超過其安全極限。由于高電流，初級繞組過熱和最終破壞絕緣。損壞的絕緣材料會暴露出會短路的變壓器導(dǎo)體。

從變壓器次級初級產(chǎn)生的次級電路有多種應(yīng)用；在電源、音頻電路、振蕩器電路等方面，變壓器在輸入繞組上下移動以在次級繞組上提供所需的信號電平。可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)以產(chǎn)生所需的輸出。二次回路與初級危險輸入電壓電隔離。此外，有可能有一個以上的二次電路彼此隔離或連接在一起。

2 誤動分析

在繼電保護(hù)誤動原因：非線性負(fù)載，電源變壓器和互感器產(chǎn)生的諧波。此外，串聯(lián)電容補(bǔ)償了系統(tǒng)頻率瞬變。這種瞬態(tài)取決于電容補(bǔ)償?shù)陌俜直取１仨氉⒁鉃V波器，它們應(yīng)該具有以下特性：帶通響應(yīng)；濾除衰減指數(shù)的直流抑制；濾除非線性負(fù)載的諧波衰減或抑制；快速響應(yīng)的合理帶寬。

為滿足日益增長的電力需求，電力系統(tǒng)規(guī)模越來越大，電力設(shè)備的額定工作電壓必然會越來越高，容量也會越來越大。一些電力公司安裝了NGR（中性點接地電抗器）來降低故障電流和降低電力變壓器繞組絕緣故障短。但當(dāng)斷路器開空載母線、斷路器保護(hù)變壓器會出現(xiàn)錯誤的操作（過電壓接地繼電器斷開）。

由于系統(tǒng)是直接接地系統(tǒng)，因此在配電線路發(fā)生一線對地故障時，高故障電流流入變壓器。為了減少變壓器故障，例如繞組短路絕緣，NGR安裝在變壓器中性點和地之間。如果NGR斷開并發(fā)生一個線對地故障，則在未故障線路上存在導(dǎo)致電力和負(fù)載的絕緣問題的線間電壓。當(dāng)斷路器只打開無負(fù)載和線路充電的總線時，會發(fā)生一些保護(hù)變壓器的斷路器跳閘。

當(dāng)斷路器打開和關(guān)閉時，它在相位之間具有差異時間。根據(jù)斷路器的差異時間，輸入電壓顯示不同。為了分析繼電器的不正常運行，假設(shè)斷路器的差異時間可能比標(biāo)準(zhǔn)時間長。由于分段斷路器經(jīng)過數(shù)年的時間正常檢查，斷路器在電流流動狀態(tài)下長時間保持關(guān)閉，從而使斷路器的觸點由于焦耳的熱量而變強(qiáng)。

3 防范措施

由于負(fù)載需求快速增長，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組無法滿足能源需求，通過使用風(fēng)能，太陽能，生物質(zhì)等非常規(guī)能源資源，分銷水平發(fā)電新趨勢。將這些資源納入分銷網(wǎng)絡(luò)，有助于解決電力危機(jī)問題。這被稱為分布式發(fā)電（DG）。由于DG在公用事業(yè)中的整合，出現(xiàn)了傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)中不存在的幾個問題，其中保護(hù)協(xié)調(diào)是主要問題之一。電力系統(tǒng)中最廣泛使用的保護(hù)形式是過電流保護(hù)。電力系統(tǒng)中的每個繼電器應(yīng)與保護(hù)相鄰設(shè)備的另一個繼電器協(xié)調(diào)。如果主節(jié)點不能清除故障，則備份保護(hù)啟動其操作。如果繼電器配置不正確，可能會發(fā)生誤動。因此，過電流保護(hù)是電力系統(tǒng)保護(hù)的主要關(guān)注點之一。

不間斷、可靠的電源是電力系統(tǒng)中非常重要的問題。連續(xù)供電不僅影響大型工業(yè)產(chǎn)業(yè)，還可以影響各個領(lǐng)域如醫(yī)療設(shè)施，供水，教育，通信系統(tǒng)等。電力系統(tǒng)中的任何一個環(huán)節(jié)故障導(dǎo)致電力損失。盡管采用現(xiàn)代和復(fù)雜的保護(hù)方案，但仍觀察到電力故障多次。繼電保護(hù)故障是電源故障原因的主要原因之一。在保護(hù)方案中，繼電器是其他保護(hù)裝置的主要部件。今天數(shù)字繼電器是用于保護(hù)電力系統(tǒng)的主要設(shè)備。本研究旨在研究電流二次回路兩點接地引起的繼電器誤動原因。endprint

在輸電系統(tǒng)中，繼電保護(hù)系統(tǒng)被引入到檢測故障的異常信號中，將故障部分從系統(tǒng)的其余部分隔離開來，以最小的干擾和設(shè)備損壞，保證正常、不間斷的供電。輸電線路是故障率最高的電力系統(tǒng)之一，因為它們暴露在環(huán)境中。由于閃電、暴風(fēng)雨、植被落下、濃霧和鹽霧而造成的線路故障都是人類無法控制的。輸電線路的平衡故障是三相并聯(lián)和三相接地電路。單相接地、線路線和雙線路接地故障具有不平衡性。電力系統(tǒng)其它故障的性質(zhì)不平衡，主要是由變壓器、發(fā)電機(jī)、頻繁負(fù)荷切換引起的電力系統(tǒng)中各種暫態(tài)現(xiàn)象造成的。由于不可預(yù)測的故障性質(zhì)，繼電器多次發(fā)生誤動。

電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)由三個主要組成部分即發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)組成。輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)更容易出現(xiàn)一些故障，因為它們暴露在相對開放的環(huán)境中。差動保護(hù)方案適用于電動機(jī)和發(fā)電機(jī)保護(hù)。發(fā)電站保護(hù)方案廣泛使用在開關(guān)場的輸電線路和配電線路，這些保護(hù)計劃的實施借助繼電器和斷路器。

繼電器是一種基本的傳感裝置，用于檢測系統(tǒng)/設(shè)備中的輸入（主要是電壓和電流），如果繼電器的故障被檢測到，則發(fā)出對斷路器的跳閘決定。迄今為止，有三代繼電器在使用中，即機(jī)電繼電器、固態(tài)繼電器和數(shù)字繼電器。由于數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，采用了基于微處理器的繼電器。

廣義數(shù)值繼電器的概念直接來源于開放式系統(tǒng)繼電保護(hù)（不同的繼電器功能可以通過修改微處理器編程從同一硬件獲得）。構(gòu)成通用數(shù)字繼電器的硬件模塊和功能。在機(jī)電式繼電器中，采用磁路、氣隙等結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)來設(shè)計各種運行特性。由于固態(tài)繼電器主要使用模擬電路，因此它們比相應(yīng)的機(jī)電繼電器具有更多的創(chuàng)新性，這無疑是可靠的。然而，固態(tài)繼電器不能具有計算機(jī)輔助繼電保護(hù)所具有的靈活性。例如，通過計算機(jī)輔助中繼提供電壓信號的幅度縮放和相移以產(chǎn)生從線到中性電壓的線到線電壓更簡單，因為它可以由程序來處理。計算機(jī)繼電器可以編程。此外，由于編程特性，有可能為多個繼電器提供通用硬件，從而降低了庫存成本。隨著光纖通信的發(fā)展，數(shù)字中繼技術(shù)開創(chuàng)了自動化變電站的發(fā)展。一旦CTS和VTs的模擬信號被數(shù)字化，它們可以被轉(zhuǎn)換成光信號，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)在變電站局域網(wǎng)上傳輸。隨著光纖電纜的抗電磁干擾能力的提高，它已成為變電站環(huán)境中的傳輸介質(zhì)。數(shù)字繼電器可以很好地與變電站局域網(wǎng)連接。數(shù)字繼電器在定義中繼邏輯方面提供了最大的靈活性。

4 結(jié)束語

在本文中，分析了電流二次回路兩點接地引起的繼電器故障原因和繼電器改進(jìn)電路的適用性。當(dāng)斷路器長時間未處于關(guān)閉狀態(tài)時，其差異時間可能會比標(biāo)準(zhǔn)時間長。有時會導(dǎo)致59GT繼電器的故障跳閘，使變壓器的第一和第二斷路器跳閘。為防止這種不正常操作，應(yīng)改進(jìn)繼電器。

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