220kV变电站继电保护常见问题探讨

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【摘要】随着我国建设坚强智能电网的进程不断深入，电网向着数字化、自动化、智能化方向不断发展。文章结合220kv变电站继电保护的特点，以母线保护、变压器保护、线路保护为代表，就互感器饱和、电容电流、过渡电阻、谐波问题等220kV变电站继电保护常见问题进行了探讨，与广大同行共同探讨和交流。

【关键词】220kV；变电站；继电保护；常见问题

1 引言

220kV及以上电压等级成为我国电网的骨干网架，变电站继电保护作为电网的“安全卫士”，承担着保护电网安全、及时切除故障、降低停电损失的任务。下文将以母线保护、变压器保护、线路保护为重点，探讨220kV变电站继电保护常见问题。

2 220kV变电站继电保护简介

基于电能不能大量存储的特点，考虑到电力系统运行的可靠性、电能质量、经济性，电能要经过发电、输电、变电、送电、配电、用电能环节，才能为客户提供安全、优质的电能。变电站就是主要用于进行电能的降压和分配。

变电站包括：主控室、土建、一次设备、二次设备、电源系统、通信系统、环境系统等。对变电站继电保护来说，由于变压器和母线是变电站最重要的设备，变压器实现电能降压，母线实现电能分配，线路实现电能的输送，所以，母线保护、变压器保护、线路保护是220kV变电站最重要的三类继电保护，熟悉继电保护原理，并能对继电保护常见问题进行处理，是变电站继电保护人员必备的专业素质。

3 220kV变电站继电保护常见问题探讨

根据继电保护可靠性、速动性、选择性及灵敏性的基本要求，结合220kV电网的特点，对联系不强的220kV电网，应重点预防继电保护装置的非选择性动作，防止超越动作；对联系密切的220kV电网，应该重点保证继电保护装置的可靠、快速动作，通过各类保护的速动断来确保继电保护的性能。随着电力系统输电等级的不断提高，系统的暂态过程也日益复杂，系统中谐波含量不断提高，非线性元件如电感、电容增多等问题，也给继电保护带来一些干扰。

3.1 互感器饱和

随着电网输电等级的升高，发生故障时，产生的故障电流也较大，如果电流互感器特性不良，很容易引起互感器饱和，从而对继电保护动作产生影响，当互感器出现饱和后，电流互感器的二次波形出现畸变和破损，导致继电保护装置计算出的差流出现变化，如果保护判据不加处理，在区外故障流过最大穿越性电流的电流互感器可能出现较为严重的饱和，很容易引起保护误动作。

互感器饱和对母线保护的影响最大，通常在继电保护的动态模拟试验中，要求区外故障引起互感器饱和的线性区大于3ms时，母线保护能够可靠不动作；区外故障引起互感器饱和的线性区大于5ms时，线路保护能够可靠不动作。

对此，继电保护通常采用的方法有：波形识别法、时差法等。波形识别法主要通过对保护录到的波形进行分析处理，结合其中的谐波分量、波形特征等，对保护是否出现饱和进行判别并加以闭锁。时差法主要是利用故障开始到线路的过零点存在一个线性传变区，此时虽然有饱和，但是还没有出现差流，反映在继电保护的计算中，即保护的差动电流和制动电路的出现有一个时间差，进而判别出饱和，并对差动保护加以闭锁，先差动保护闭锁一个周期，然后根据判据开放，保证当出现发展性故障，如区外转区内故障，差动保护仍能可靠地快速动作。

3.2 电容电流

输电线路的相间和相对地都存在分布电容，对长线路来说，为了提升长线路的自然功率，必然减小线路电感，并采用电容补偿，线路越长，电容电流越大，如下表1所示为每百公里架空线路容抗和电容电流参考值：

表1 每百公里架空线路容抗和电容电流参考值

线路电压（kV） 正序容抗（Ω） 电容电流（A）

220 3700 34

330 2860 66

500 2590 111

750 2240 193

电容电流可能导致差动保护误动作，同时降低差动保护的灵敏度，并导致距离保护安装处的测量阻抗比线性化纯电阻电路的线路阻抗偏大，可能导致距离保护的误动作。

对此，对差动保护应该采用多判据的差动保护，不同的时段投入不同判据的差动保护，实现保护快速性、灵敏性、快速性的要求，例如，相关电流差动具有天然的抵抗电容电流能力，内部故障时不需要进行电容电流补偿。在保护启动后20ms以内投入；故障分量比率差动在保护启动后40ms内投入，不受负荷电流影响，能够对严重故障实现快速动作；稳态量比率差动和零序电流差动在保护启动后一直投入，稳态量差动实现全线路差动保护的总后备，而零序差动则主要用于应对高阻接地故障。

3.3 过渡电阻

220kV及以上电网单相接地故障率非常高，过渡电阻是指线路经过某些介质而发生对地放电的现象，根据故障情况不同，过渡电阻的阻值可以达到几百到几千不等。

受到暂态分量和谐波电流的影响，加上过渡电阻时典型的故障特征是电压跌落很小，故障特征不明显，对继电保护的判别影响很大。某些依靠阻抗值来启动的保护误动作，可能引起距离保护的超越动作，对差动保护来说可能导致因为制动电流过大而差动不动作。

对此，对于后备保护，采取零序过流来实现对高阻故障的切除，主保护可以采用零序差动保护，零序差动具有一定延时，采用零序比率差动判据主要是为了反映重负荷下的高阻接地故障，在高阻接地故障下，虽然电压跌落不明显，但会产生较大的零序电流，由于零序电流反映故障分量，因此具有较高的灵敏度。同时，对于区外故障和系统振荡等情况，由于流过被保护线路的零序电流是穿越性的，故不会误动作。例如，某保护厂家零序差动保护的判据如下：

其中， 是线路M侧的零序电流， 是线路N侧的零序电流， 是零序电流的整定值，选相选差流的最大相为故障相。目前，在对线路保护的动态模拟试验中，要求220kV线路保护装置能够具备抗300Ω过渡电阻的能力。

3.4 谐波问题

对于变压器保护来说，保护逻辑受系统谐波分量影响较大，随着电网输电等级的升高，变压器容量不断增大，当变压器因为某些原因，一侧的电压突然增大时，电压突变量与变压器的剩磁相互叠加，引起变压器铁芯饱和，出现励磁涌流，最大时可能达到额定电流的6-8倍，同时系统内可能出现大量谐波。

变压器的谐波以二次谐波和三次谐波为主，速动性和可靠性一直是变压器差动保护难于协调的矛盾。逻辑做的保守，差动保护经饱和判据后，在系统谐波较大或发生区外转区内故障时，可能出现动作时间较慢甚至拒动的情况。逻辑做的激进，则保护误动风险增大，可能出现TA断线误动、区外故障误动等。

例如，某220kV变电站曾发生过区内B相单相接地故障，站内变压器比率差动保护58ms动作，动作时间较慢，保护录波波形如下：

图1 保护故障录波图

经过分析，差流中二次谐波分量超过了15%，大于保护的谐波闭所定值，差动保护暂时闭锁，待二次谐波一段时间后降落下来，差动保护才能够动作。

4 结语

根据我国建设智能电网的战略规划，未来我国220kV变电站仍将不断增多，尤其是具备智能、互动、绿色的数字化变电站，已经成为继电保护发展的主流趋势。因此，对220kV变电站继电保护常见问题进行分析和探讨，对我国电网发展具有重要的意义。

参考文献：

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[2]张涛.基于220kV继电保护的事故分析与对策研究[J].低碳世界,2013(7).

[3]周虎兵,王友怀,赵严风,詹学磊.湖北电网220kV继电保护运行情况分析[J].湖北电力,2010(12).