浅析高压继电保护系统的原理及其常见故障处理

浅析高压继电保护系统的原理及其常见故障处理

张雨琦

(四川蜀能电力有限公司高新分公司)

摘要：继电保护系统是电力系统的重要组成部分，其对于电力安全稳定传输具有重要作用。高压继电保护具有一定的危险性与复杂性，是在继电保护不断向智能化、微机化与网络化快速发展的时期，要求技术人员不断提高自身专业技能与业务水平，适应继电保护系统持续发展需要。本文针对高压电力系统继电保护，提出常见的系统故障及其解决方法。

关键词：高压继电保护；故障与处理；原理；保护

1高压电网继电保护基本原理

对于高压电网的继电保护而言，装置应具有以下功能：对被保护元件所处状态进行区分，确认是否存在故障，若存在故障还应区分故障属于区外还是区内。要实现这样的目标，应将电网故障发生前和发生后的物理量改变作为依据。高压电网在产生故障以后，工频电气量发生的变化具有以下显著特征：1）电流明显增大。发生短路后，电源和故障点存在的设备与线路电路会从负荷电流快速增加到远超负荷电流；2）电压明显降低。如果高压电网中有相间短路或接地短路，则电网上各个点的实际相间电压都会大幅降低，而且与短路点越近，下降越多；3）电压和电流的相位角发生变化。在高压电网正常运行过程中，电压和电流相位角实际上是负荷对应的功率因数角，通常在20°左右。而在有三相短路故障发生后，相位角将取决于阻抗角，因此增加到60°－85°，此外在保护反方向三相短路情况下，相位角将在此基础上＋180°；4）测量阻抗出现明显变化。对于测量阻抗，实际上就是测量点的电压和电流比值。在正常运行状态下，这一阻抗就是负荷的阻抗，而发生金属性短路故障时，将从负荷的阻抗改变成线路的阻抗，数值上明显减小，但阻抗角会有所增大。当有不对称短路故障发生时，会产生相序分量，若存在两相短路或单相接地短路，则会有负序电压分量及负序电流；在单相接地的情况下，将出现负序及零序电流与电压分量。当运行状态为正常时，上述分量均不会出现。根据短路故障状态下电气量发生的上述变化，即可提供继电保护功能。除以上保护之外，还有其它类型的保护，比如微分欠压保护等。

2高压继电保护类别

2.1微分欠压保护

直流输电线路中，微分欠压保护属于主保护，同时，使用行波保护时，其也作为后备保护，实现保护的主要方式为对电压微分数值、电压幅值水平做出检测。从保护原理上看，微分欠压保护相同于ABB方案及SIEMENS方案，都是进行电压微分及幅值的测定，且电压微分定值一致于行波保护，唯一不同的是延长了原本的6ms，变为20ms，由此一来，行波保护退出或无充足的上升沿宽度状况下，微分欠压保护可将其后备保护作用充分的发挥出来。与行波保护相比，微分欠压保护具有较慢的运行速度，但其准确度明显提升，不过，在耐过渡电阻能力方面，依然并不理想，非常有限。

2.2熔断器保护

在研究DG对熔断器的影响之前，先对熔断器保护的原理进行简单的介绍。在分支电路上，通过较大的不允许电流时，在熔断器位置会出现较多的热量。这些热量会跟电流的大小以及持续的时间成正比，当热量到达一定程度时，熔体或者熔丝由于热量的影响会发生熔断，从而切除故障线。当出现单侧电源故障时，熔断器能够及时对电源进行切断，通过实验表明，这主要是由于熔断器距离故障点较近导致，而距离较远的熔断器不会发生熔断。可见熔断器默认使用就近原则对分支线路进行保护，所以保护线路的响应时间也比较短。

2.3变压器保护

变压器的继电保护工作十分重要，因为它既是电力系统的重要组成部分，也对电力系统的安全起着至关重要的作用。为了保证电力系统的有效运行，应加强变压器的继电保护工作。首先要加强短路保护工作。变压器的短路保护是过电流保护和阻抗继电保护。阻抗继电保护是变压器的一种保护元件，当阻抗元件经过一定时间后，就会跳闸并切断电源，从而起到保护变压器的作用。过电流保护是过电继电器在电源两侧安装的电流与时间分量，当电流元件运行一段时间后，就会跳闸并切断电源，从而起到保护变压器的作用。第二就是加强瓦斯保护。变压器油箱中的油、绝缘材料等会在故障中电弧分解，从而形成有害的气体，瓦斯保护可以在变压器遇到故障油箱破裂时，自动切断电源并发出警告。最后，就是加强接地保护。接地变压器的保护通过在变压器两端设置零序保护动作，从而起到保护变压器的作用；对于不接地变压器，可以使用零序电压保护。

3高压继电保护系统常见故障与处理方法

3.1参数设置方面的故障与处理

对继电保护装置而言，其参数设置以被保护对象电气参数为依据，经计算和分析后确定相应的保护参数，再进行参数设置。其常见的故障主要包括：1）参数设置值远高于标准值。2）参数设置值远低于标准值。3）保护功能异常关闭。4）保护功能异常开启。可采用如下措施进行处理：以需进行保护的设备及回路对应的参数为依据，对初步设置参数进行计算，确定保护功能，然后根据前后级设置数值完成定值。

3.2电压互感器方面的故障与处理

对电压互感器而言，作用在于对电力系统电压进行跟踪检测，得到的电压检测信号能发送至继电保护系统，用于后续的计算分析和对比。对于电压互感器，其主要有以下常见故障：1）绝缘部分接触不良或损坏。2）回路接触不良。3）接线接触不良等。可采用如下措施进行处理：对系统绝缘部分进行检测，测定回路的电阻与二次电压，及时发现和排除系统异常。

3.3电流互感器方面的故障与处理

对电流互感器而言，作用在于对电力系统电流进行跟踪检测，得到的电流检测信号能发送至继电保护系统，用于后续的计算分析和对比。对于电流互感器，其主要有以下常见故障：1）绝缘部分接触不良或损坏。2）接线接触不良。3）饱和问题。主要由短路引起，如果产生了饱和问题，则会因为一次电流转换成励磁电流而使二次电流无法完成线性变化，最终产生拒动故障。可采用如下措施进行处理：对系统绝缘部分进行检测，测定回路的电阻与二次电压，及时发现和排除系统异常；针对饱和问题，可采取提高标准、降低阻抗或增大线径等措施予以解决。

3.4设备与二次线路方面的故障与处理

继电保护系统由以下几部分组成：电源、信息采集部分、通信部分、信号输出部分。常见故障包括：通信故障、模块烧损、显示异常、电流或电压信号异常、保护误动与保护拒动。可采用如下措施进行处理：1）对系统的通信线路进行检查，确认接地线接触是否正常，并采用合理可行的措施排除干扰源，如使用铁质外柜体，增大二次布线的有效安全距离，设置屏蔽层来消除内部干扰。2）对系统的电源部分进行检查，确认模块的其它部分是否完好。3）对零序、瓦斯和温湿度等所有类型的二次线路进行检查，确认接触是否良好。4）利用钳形表等仪器测定二次电压及电流。5）通过对历史记录的查看确认输出模块是否处在正常的状态。

结束语：

电力系统安全稳定的运行有赖于继电保护系统正确动作。对继电保护专业技术人员而言，需要掌握电力系统基本知识，应用故障检测及分析办法，加强对继电保护方面的维护，增强常见故障及时处置的能力，确保继电保护系统始终处在安全稳定的状态。尤其是在继电保护不断向智能化、微机化与网络化快速发展的时期，要求技术人员不断提高自身专业技能与业务水平，适应继电保护系统持续发展需要。

参考文献：

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