110kV变电所继电保护的故障分析及保护设计

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摘要：电力系统中的继电保护被广泛的应用。本文结合110kv的变电所为研究对象，对继电保护发生的故障进行分析，同时对继电保护进行设计，以更好地维护电力系统。

关键字：继电保护；故障分析；保护设计；110kV变电所

供电系统发生故障，对电力的安全运行存在着很大的威胁，甚至可能造成非常严重的后果。因此，在电力系统中加入继电保护，以此将发生故障的元件进行检测并将其隔离开来，以此防止事故的发生，从而保障整个系统的安全。

一、继电保护的基本作用

继电保护的原理是当被保护一次设备在发生故障的时候，通过继电保护，可对故障设备进行检测并将其迅速从系统中断开，以此防止在故障运行下发生电力事故，从而最大限度的减少故障对电力系统的损害，提高电力系统供电的安全。同时通过继电保护，对不正常工作的设备和工作情况发出不同的告警信号，以便相关的值班人员及时进行处理，或由装置进行自动的调整等。

二、继电保护故障原因

目前，大部分变电所内继电保护装置均采用微机型保护装置，具有较高的运行可靠性和灵敏性，但是，在10kV馈线柱上开关继电保护装置很多仍采用电磁式保护庄主。该类元件在接线的方式上比较复杂，同时经常被暴露在风雨中，导致很容易出现元件被暴露而出现空气氧化现象，造成继电保护器出现不能接入电路的问题，从而影响继电保护的保护作用。而一旦继电保护器出现问题，电力系统将不再受到保护，将给整个供电系统带来很大的损伤。

三、对继电保护器设计及设计标准

1.满足对变压器的保护标准

首先，差动保护是变压器保护的主保护，其主要保护构成差动保护的各侧电流互感器之间所包围的部分。正常运行或外部故障时，流入变压器的电流等于流出变压器的电流，两侧电流的相量和为零，此时，差动保护不应动作。在变压器内部故障时，两侧电流的相量和等于短路点的短路电流，差动保护动作，切除变压器。

重瓦斯保护也是变压器保护的主保护，它能反映变压器内部的各种故障。当变压器少数绕组发生匝间短路时，虽然故障电流很大，但在差动保护中产生的差流可能不大，差动保护可能拒动，此时，靠重瓦斯保护切除故障。另外，变压器本体保护还包括轻瓦斯、压力保护、温度及油位保护等，当变压器发生故障或运行异常的情况下，保护动作于信号并告警。

其次，复合电压闭锁过流保护作为变压器主要后备保护，其主要保护主变电流互感器以下部分（高后备取主变套管侧CT，低后备取主变低压侧CT）。当该范围内发生故障时，故障电流大于整定值，过流继电器保护动作。

对于110kV及以上的中性点直接接地的变压器，应装设零序电流保护，作为变压器和相邻元件（包括母线）接地短路故障的后备保护。零序电流的自身的分布和大小与其在中性点接地的台数和其位置有着很大的关系。正常运行时系统中有且只有一点接地，当发生接地故障时，系统中有零序电流流通，当零序电流3I0大于整定值时，该段零序电流元件动作。

根据反措要求110kV及以上电力变压器中性点应装设放电间隙，以保护变压器中性点绝缘安全。在变压器中性点对地之间安装一个击穿间隙。在变压器不接地运行时，若因某种原因变压器中性点对地电位升高到不允许值时，间隙击穿，产生间隙电流。另外，当系统发生故障造成全系统失去接地点时，故障时母线电压互感器的开口三角形绕组两端将产生很大的3U0电压。变压器间隙保护就是用流过变压器中性点的间隙电流及母线上开口三角形电压大小作为危及中性点安全判据来实现的。

为防御变压器因过负荷造成异常运行而装设过负荷保护。变压器的过负荷电流，在大多数情况下，都是三相对称的，故过负荷保护主要任意一相电流大于整定值时，电流继电器动作，并经过一定的延时作用于信号。

2.满足电容器的保护设计

电容器保护配置有速断、过流、过/欠压保护、零序电压保护（差压保护）。在对保护进行设计的时候，首先要确定电容器的容量。在通常的情况下，保护为二段式，过流保护按照额定电流的1.5-2倍来整定，速断保护按躲过电容器投入的冲击电流来整定，一般为额定电流的3-5倍；电容器只能允许在1.1倍额定电压下长期运行，当母线稳态电压升高时，过电压保护应动作；当供电电压消失，电容器组失去电源开始放电，其上电压逐渐降低，若残余电压未放电到0.1倍额定电压就恢复供电，则电容器组上将承受高于1.1倍额定电压的合闸过电压，导致电容器组的损坏，因此低电压保护也是必不可少的；当电容器内部故障时，由专用熔断器切除后，继续运行的电容器将出现不允许的过载和过电压，此时零序电压保护或差压保护将动作（保护原理随接线方式的不同而不同）；另外要确定继电保护装置与变压器、CT、PT等设备的连接必须正确，以此满足用户的相关需求。

3.对线路的保护作用

第一，在过流保护A，C二相中，任何的一相电流幅值大于整定值的时候，过流保护会启动继电器，在经过设定的延时后，保护出口跳闸。保护按照躲过本线路的最大负荷电流来进行整定，保护的范围不仅可以对全线进行保护，同时还可对相邻的进行保护，并起到后备的作用。

第二，当速断保护A，C二相中任何一相电流幅值大于整定值时，则速断保护会启动继电器，在经过设定的延时后，保护出口跳闸。保护按保证本线路末端故障有足够的灵敏度整定，不能对全线进行保护，并且受到系统运行方式变化的影响。

第三，35kV及以下馈线系统一般为中性点非直接接地系统，当发生单相接地故障时，零序电流很小，无法准确区分故障线路，此时可以用小电流接地选线系统来判断接地故障线路并及时隔离。如果发生单相接地的故障的时候，会产生很小的接地电容电流，但是其产生的相间电压是对称的，因此可以在短时间之内继续运行。但是，由于非故障导致的相对地电压可升高为原来的 倍，所以，很有可能引起非故障的对地击穿而导致发生短路的情况，并同时引起开关跳闸，而线路停电则利用单相接地所产生的零序电流使得保护装置启动，并给予相对的信号。单相接地保护电流则按照躲过被保护线路最大故障接地的线路电容电流。

第四，投入线路的重合闸以及其前后加速的重合闸的原因最主要考虑的是其在某一个时刻所发生的故障是否为永久性的故障，在通常情况，当10kV线路电缆长度超过总长度的60%-70%时，线路重合闸不投入。后加速是当重合闸之后还存在着故障，就会出现立刻跳闸，并且动作为永久性的跳闸，将不再启动。前加速是指在没有任何故障的情况下出现跳闸，在这情况下，必须马上启动重合闸，由于前加速不具有有选择性，只适用于不重要用户的直配线路上使用，一般不采用。

四、结论

综上，继电保护是对整个电力系统的运行起到安全保护的作用。而在实际的运用中，继电保护装置基本都是通过发现和切断的方式来对电路系统以及系统中的元件进行保护，并通过自动预警的方式将信息传递给工作人员，以便进行处理。本文通过对继电保护的作用以及以110kV变电所作为案例，对其发生的故障进行分析，在对继电保护进行设计和详细的论述。同时本文也指出了我国电力系统中传统的电磁型继电保护，其准确率在不断的降低。而微机继电保护则采用软硬件结合完成，其灵敏度和动作可靠性都比较高，因此，在未来继电保护的发展中，微机继电保护将成为发展的趋势。

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