繼電保護跳閘繼電器交流干擾的影響探討

黃秉開

摘要：現在化工業中，變電設施日益完善的功能，帶來日益復雜的回路。二次回路抗干擾功能的重要性尤其突出。其中，跳閘繼電器的作業在繼保二次回路的最后一道控制關口，繼電器的抗干擾要求被放在了最首要的地位。基于此，本文就繼電保護跳閘繼電器交流干擾的影響進行分析討論。

關鍵字：跳閘繼電器;二次回路;抗干擾;交流干擾

一、前言

南方電網《500kV線路保護和輔助保護技術規范》7.4.6.8規定出口繼電器TJR、TJQ、TJF、STJ、SHJ的啟動電壓不宜低于直流額定電壓的55%，且不高于額定電壓的70%，啟動功率不小于5W。《南方電網電力系統繼電保護反事故措施匯編（2014年）》4.2.12規定跳閘出口繼電器的起動電壓在直流額定電壓的55%-70%之間。對于動作功率較大的中間繼電器（例如5W以上），如為快速動作的需要，則允許動作電壓略低于50%，此時必須保證繼電器線圈的接線端子由足夠的絕緣強度。由變壓器、電抗器瓦斯保護動作的中間繼電器，因連線長，電纜電容大，為避免電源正極接地誤動作，應采用較大啟動功率的中間繼電器（不小于5W），但不要求快速動作。交流干擾是變電站內二次回路中最常見的干擾，然而其中交流干擾的影響因素有哪些，值得我們去探討。

二、現場回路的交流干擾模型

交流從負極竄入的模型研究、仿真及試驗、以負極串入交流為例。

2.1電路模型

如圖1所示為交流信號UAC竄入直流電源負極的電路模型，其中：直流系統直流電源等效為電壓源UDC，竄入交流信號等效為電壓源UAC，正極母線對地絕緣等效為電阻R1，負極母線對地絕緣等效為電阻R2，正極對地分布電容C1，負極對地分布電容C2，R為保護回路限流電阻，Lj為繼電器線圈的等效電感，Rj為繼電器線圈等效內阻，C3為保護回路分布電容。分析繼電器線圈兩端電壓Uj。

2.2 ?Uj的分析

由于電路中有兩個獨立電壓源作用，計算時采用電路疊加原理，在直流電源UDC作用時計算，在交流電源作用時計算，然后將和進行疊加得到得到繼電器兩端的電壓。

直流電源單獨作用時，直流電壓作用Uj為。

交流作用電路直流電壓UDC短路，交流電壓UAC直接作用在保護回路兩端時，最終根據疊加原理可得到：。

2.3 Uj與各元件的關系

2.3.1 Uj與C3的關系

并根據試驗結果繪制Uj與C3的關系曲線，其中1號試驗的Uj的時間電壓曲線。根據曲線可以看出Uj與C3成正比關系，即C3越大，在發生交流竄擾時，繼電器越容易誤動。同時由于C3與繼電器線圈Lj、Rj及限流電阻R是串聯分壓的關系，當C3的值大到一定程度后曲線較為平緩，因為此時等效電阻比線圈電阻來說已經足夠小，串擾電壓全部落在線圈電壓上，c3再大已經不能對Uj產生影響。從實際試驗繼電器來看，在幾十到幾百納法區間Uj上的分壓變化較為明顯。根據實測的電纜電容值也在幾十到幾百納法之間，表明在實際的變電站發生直流系統負極交流竄擾時電纜電容對是否引起保護誤動是一個重要因素。

2.3.2 Uj與Vac的關系

根據試驗結果繪制Uj與Uac的關系曲線，其中5號試驗的Uj的時間電壓曲線如圖2-12所示。根據曲線可以看出：Uj與Uac成正比關系，即發生交流竄入時，竄入的交流信號幅值越大，發生繼電器誤動的可能越大。因此在直流系統發生交流負極交流竄擾時，為避免竄入交流電壓幅值太大，需要盡量提高直流系統與交流源之間的絕緣，及避免直流系統與交流源之間存在電容及電感性連接。對于一些交直流共用的設備，在設計的時候需要盡量避免采用較大的對地電容。

2.3.2 Uj與R的關系

并根據試驗結果繪制Uj與R的關系曲線，其中4號試驗的Uj的時間電壓曲線。根據曲線可以看出：Uj與R成反比關系，即發生交流竄入時，限流電阻R越大，發生繼電器誤動的可能越小。因為對于某個具體的繼電器其線圈電阻是Rj及線圈電感Lj均為固定值，我們試驗只能模擬限流電阻R的變化，說明R越大，對比Rj的分壓變小，繼電器越不容易誤動，反之，Rj如果對比R增大的話，Uj就會增大，就會更加容易誤動，Rj越大意味著U2/Rj動作功率越小，越容易誤動，所以為了防止誤動要提高繼電器的動作功率。

三、電網故障事件分析

3.1電網事件簡介

2018年12月27日，某供電局500kVXX變電站#2主變變高5061開關三相分閘，站內保護均未動作，后臺有#1直流系統接地告警，事件未造成負荷損失（事件發生時為晴天，站內無操作）。

經現場檢查，未發現5061開關本體異常。

該開關為瑞典ABB公司生產，型號為HPL550B2，操作箱為南瑞繼保生產，型號：CZX-22R1，均為2005年1月投運。

3.2事件原因調查

220kVXX乙線新更換的2613C0地刀機構箱通電時，由于廠家內部配線錯誤，直流回路BP1與交流回路D3并接，在2613C0地刀交流電串入直流系統正極，交流系統是一個接地的電源系統，通過直流系統的對地電容構成回路，造成#2主變變高5061第一組三相出口跳閘線圈勵磁進而開關三相跳閘。

XX站220kV繼保室通信接口屏上的電源防雷器1FLQ負極與地擊穿短接，造成直流系統接地告警。

3.3原因分析

利用本文研究的交流竄入直流系統電路模型及數學模型可對實際變電站直流系統參數及保護回路的繼電器參數近似測量后，得出如下分析：

交流竄入繼電器線圈的數學模型計算結果Uj為一直流分量疊加一個交流分量的形式，所以軟件在處理時使用直流疊加交流峰值的方式進行計算。

由實測值得出，繼電器啟動功率過低，當干擾瞬時值達到啟動功率時，繼電器容易誤動。

四、交流竄擾總結

交流竄入直流系統故障發生時各個直流系統參數對繼電器動作的影響。可以總結出以下內容：

（1）盡量減小繼電器控制電纜的分布電容，如縮短控制電纜的距離或者選擇分布電容更小的電纜代替現有的控制電纜。

（2）提高繼電器的動作功率可減小交流竄入時繼電器誤動風險。

（3）合理選擇絕緣監測裝置的橋電阻及提高直流系統絕緣狀態可減小交流竄擾引起保護誤動風險。

（4）減小直流系統的系統電容可降低交流竄擾引起保護誤動風險。

（5）提高各交流源與直流系統之間的絕緣值，對于必須同時使用交流、直流電源的設備，在設計時需要注意交流與直流電源之間需要進行隔離處理，同時兩個電源間不能有電容的連接。

參考文獻：

【1】聶航，鐘齊勇，董青.一起500kV線路保護操作箱跳閘異常分析與處理[J].通信電源技術，2018，35（07）.

【2】楊威.變電所繼電保護電磁干擾問題分析及解決方案[J].通信電源技術，2019，36（10）.