劉 琨，王小琪

（國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)治供電公司，山西 長(zhǎng)治046000）

0 引言

國(guó)網(wǎng)繼電保護(hù)作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的“三道防線”中最為重要的組成部分，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員和電力二次設(shè)備制造廠研發(fā)人員對(duì)于繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證投入了大量的精力，試圖改變現(xiàn)有繼電保護(hù)裝置中存在的問題，但當(dāng)前電網(wǎng)在運(yùn)的繼電保護(hù)裝置中，早期投運(yùn)的設(shè)備運(yùn)行周期已超過10年，由于設(shè)備更換周期長(zhǎng)、一次設(shè)備無法停電和資金缺口等問題，大量設(shè)備處于超期服役狀態(tài)，設(shè)備“老齡化”問題尤為嚴(yán)重。另外，電網(wǎng)的大規(guī)模發(fā)展也使許多設(shè)備選型不再適用，這就導(dǎo)致許多設(shè)備在運(yùn)行中逐漸暴露出各類問題，保護(hù)裝置不正確動(dòng)作現(xiàn)象頻發(fā)。為解決設(shè)備老化和不適配問題，各電網(wǎng)企業(yè)都在積極制訂更換計(jì)劃，但設(shè)備改造是個(gè)漫長(zhǎng)的過程，需要大量的人力、財(cái)力、物力和時(shí)間投入。在舊設(shè)備改造完成前，加強(qiáng)分析運(yùn)維過程中發(fā)現(xiàn)的典型問題，對(duì)做好當(dāng)前設(shè)備運(yùn)維工作很有必要，對(duì)今后新設(shè)備驗(yàn)收調(diào)試和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)積累也具有重要的指導(dǎo)意義。本文結(jié)合3起繼電保護(hù)誤動(dòng)事件，提出現(xiàn)階段一些主要的防范措施。

1 3起典型誤動(dòng)事件

1.1 主變低壓側(cè)出線故障越級(jí)致主變后備保護(hù)動(dòng)作

1.1.1 故障情況

某日，某220 kV變電站35 kV線路331發(fā)生UV相間短路故障轉(zhuǎn)三相短路故障。0 ms2號(hào)主變雙套后備保護(hù)均啟動(dòng)，605 ms復(fù)壓過流I段2時(shí)限出口，跳開主變低壓側(cè)302開關(guān)。與故障相關(guān)的系統(tǒng)接線如圖1所示。

保護(hù)動(dòng)作情況。2號(hào)主變保護(hù)配置的雙套保護(hù)裝置分別為國(guó)電南瑞的RCS-978E和國(guó)電南自的PST-1200。其中RCS-978E在08：02：01時(shí)，0 ms 2號(hào)主變低壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)，611 ms后備保護(hù)過流I段2時(shí)限保護(hù)動(dòng)作（低后備過流I段2時(shí)限整定時(shí)間為0.6 s），跳開302斷路器。PST-1200在08：02：01時(shí)，0 ms 2號(hào)主變中壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)，1 ms高壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)，2 ms低壓側(cè)后備保護(hù)啟動(dòng)，69 ms差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)，605 ms低后備保護(hù)過流I段2時(shí)限保護(hù)動(dòng)作（低后備過流I段2時(shí)限整定時(shí)間為0.6 s，方向未投），跳開302斷路器。

圖1主變低壓側(cè)出線故障越級(jí)動(dòng)作系統(tǒng)接線圖

1.1.2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

a）現(xiàn)場(chǎng)檢查35 kV一次設(shè)備無異常。

b）與331同一條母線所帶的出線保護(hù)323、326、328、C332、C333故障前后保護(hù)無啟動(dòng)信號(hào)；331保護(hù)（配置RCS-9613II光差電流保護(hù)）有啟動(dòng)信號(hào)，且該保護(hù)報(bào)出“通道故障”告警信號(hào)。

c）從主變錄波器35 kV側(cè)錄波圖可以看出，2號(hào)主變35 kV側(cè)有明顯故障電流，故障相由UV相間短路持續(xù)80 ms左右，轉(zhuǎn)為UVW三相短路，持續(xù)到600 ms后保護(hù)出口跳閘。故障電流波形初始階段有明顯畸變，具有CT暫態(tài)飽和特點(diǎn)。分析為故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)中存在較大的非周期分量，使得2號(hào)主變302電流互感器CT暫態(tài)飽和。

d）線路檢查情況。結(jié)合錄波分析和保護(hù)異常報(bào)文（由于現(xiàn)場(chǎng)檢查中331的RCS-9613II保護(hù)裝置掉電，啟動(dòng)報(bào)文和錄波文件丟失），現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)331線路有故障，電纜、光纜由于道路施工被挖斷。

1.1.3 保護(hù)動(dòng)作分析

331保護(hù)動(dòng)作情況：RCS-9613II保護(hù)在故障期間有啟動(dòng)，但光差保護(hù)、后備保護(hù)均未出口，導(dǎo)致2號(hào)主變低后備保護(hù)過流I段2時(shí)限保護(hù)動(dòng)作跳開302斷路器。

1.1.4 331光差保護(hù)未出口原因

道路施工過程將光纜、電纜挖斷，保護(hù)報(bào)出“通道故障”告警信號(hào)。331保護(hù)報(bào)“通道故障”時(shí)間為08：01：57；啟動(dòng)時(shí)間為08：02：00；2號(hào)主變啟動(dòng)時(shí)間為08：02：01。

根據(jù)裝置時(shí)間可判斷，光纜于故障發(fā)生前3 s中斷，光纖差動(dòng)保護(hù)退出，電纜后續(xù)挖斷并發(fā)生相間短路故障，故光差保護(hù)未動(dòng)作。

1.1.5 331后備保護(hù)未出口原因

為分析后備保護(hù)未出口原因，對(duì)該保護(hù)采樣、定值、回路、電流互感器等進(jìn)行了檢查，并做了相關(guān)試驗(yàn)。

a）現(xiàn)場(chǎng)檢查RCS-9613II保護(hù)裝置定值整定正確，壓板投退正確，端子排、端子箱二次接線正常。

b）裝置和電流回路檢查試驗(yàn)。保護(hù)裝置采樣試驗(yàn)見表1，定值校驗(yàn)見表2，電流互感器升流試驗(yàn)見表3。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，331保護(hù)裝置采樣正常，定值校驗(yàn)正確，裝置動(dòng)作行為正確，CT變比及電流回路正確。

表1保護(hù)裝置采樣試驗(yàn)結(jié)果

表2定值校驗(yàn)結(jié)果

表3電流互感器升流試驗(yàn)結(jié)果

c)電流互感器伏安特性試驗(yàn)。第一，電流互感器參數(shù)：山東泰開電氣有限公司LW8-35A斷路器內(nèi)附套管型CT，CT參數(shù)如表4所示（以U相為例），現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)使用2LH繞組，變比300/5。第二，電流互感器伏安特性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。第三，電流互感器負(fù)載測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見表6。第四，電流互感器直阻測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見表7。第五，從一次故障電流計(jì)算，忽略35 kVⅡ段母線（故障線路所在母線）非故障線路負(fù)荷電流，331線路故障電流約為12 000 A，I2=12 000/60 A=200(A)，按照IF=2 A（U2=43 V）求得（以V相為例）U2=（I2-IF）×（ZLK+ZFZ）=（200-2）×（2×0.4+2.7）=693＞43(V)。此時(shí)該電流互感器發(fā)生了嚴(yán)重的飽和，勵(lì)磁電流極大地增大，使互感器的誤差成倍增大，甚至使一次電流全部變成勵(lì)磁電流，造成二次電流為零的情況，影響保護(hù)的正確動(dòng)作。

表4電流互感器參數(shù)表

表5電流互感器伏安特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表6電流互感器負(fù)載測(cè)量數(shù)據(jù)表

表7電流互感器直阻測(cè)量數(shù)據(jù)表

1.1.6 解決辦法

充分考慮系統(tǒng)當(dāng)前短路水平和今后發(fā)展需求，優(yōu)先選用準(zhǔn)確限值系數(shù)和額定拐點(diǎn)電壓較高的電流互感器，確保支路在發(fā)生故障時(shí)一次電流傳變不失真，保證繼電保護(hù)動(dòng)作的正確性。

1.2 電流回路問題引起的主變保護(hù)區(qū)外故障誤動(dòng)作

1.2.1 故障情況

2018-04-06上午11：44：41，某110 kV變電站35 kV的433線路發(fā)生L2L3相間短路故障，保護(hù)過流I段動(dòng)作跳閘，2號(hào)主變第一套保護(hù)（CSC-326FA）比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，71 ms比率差動(dòng)W相出口保護(hù)跳開2號(hào)主變?nèi)齻?cè)斷路器，第二套保護(hù)（CSC-326FA）未動(dòng)作。與故障相關(guān)的系統(tǒng)主接線情況如圖2所示，2號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作報(bào)告見表8，保護(hù)裝置故障量見表9。

圖2與故障相關(guān)的系統(tǒng)主接線圖

表8 2號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作報(bào)告

表9保護(hù)裝置故障量

1.2.2 原因查找及分析

動(dòng)作分析。通過錄波圖發(fā)現(xiàn)，2號(hào)主變第一套保護(hù)裝置在故障發(fā)生時(shí)高壓側(cè)V、W相電流分別為30 A和60 A，中壓側(cè)V、W相電流分別為30 A和30 A。從表9中數(shù)據(jù)可以看出第二套保護(hù)高壓側(cè)V、W相電流分別為30 A和30 A，中壓側(cè)V、W相電流分別為30 A和30 A。

由此可知，第一套保護(hù)的高、中壓側(cè)產(chǎn)生差流，第二套保護(hù)高、中壓側(cè)沒有產(chǎn)生差流。因此第一套保護(hù)比率差動(dòng)動(dòng)作，第二套保護(hù)未動(dòng)作。

根據(jù)W相電流采樣不一樣，分析認(rèn)為W相電流在采集過程中發(fā)生了錯(cuò)誤，確定故障發(fā)生在W相電流互感器至保護(hù)裝置之間。

1.2.3 現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試及檢查

對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果正確。對(duì)二次電纜進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)端子箱處W相二次電纜包扎處有燃燒現(xiàn)象，電纜芯已燒毀，4號(hào)芯接近

斷裂，13號(hào)芯絕緣皮層毀壞。

1.2.4結(jié)論和處理方法

由于二次電纜4號(hào)芯受損，導(dǎo)致運(yùn)行過程中發(fā)熱產(chǎn)生自燃，與之緊鄰的13號(hào)芯絕緣皮層受損，使4號(hào)芯與13號(hào)芯短路（如圖3所示），4號(hào)芯中電流疊加至13號(hào)芯，從而導(dǎo)致第一套保護(hù)高壓側(cè)C相電流變大，產(chǎn)生差流，導(dǎo)致第一套主變保護(hù)比率差動(dòng)C相出口。第二套保護(hù)所用的二次電纜芯未發(fā)生毀壞，因此采樣結(jié)果未產(chǎn)生差流，第二套主變保護(hù)沒有動(dòng)作。將燒損的電纜更換后設(shè)備恢復(fù)正常。

圖3 4號(hào)芯與13號(hào)芯破損短接示意圖

1.3 裝置本身缺陷引起主變保護(hù)區(qū)外故障誤動(dòng)作

1.3.1 故障情況

某日，某110 kV變電站位于1號(hào)主變低壓側(cè)的10 kV 1號(hào)站變發(fā)生三相短路故障，1號(hào)站變保護(hù)過流I段動(dòng)作跳閘，同時(shí)1號(hào)主變保護(hù)RCS-9671比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，32 ms跳開1號(hào)主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。與故障相關(guān)的系統(tǒng)接線見圖4。

圖4與故障相關(guān)的系統(tǒng)接線圖

1.3.2 保護(hù)動(dòng)作情況

1號(hào)主變RCS-9671主變壓器保護(hù)顯示比率差動(dòng)動(dòng)作，故障相別為U相，比率差動(dòng)計(jì)算值為2.68Ie。保護(hù)故障電流、電壓值見表10。

1.3.3 故障原因分析

因位于主變低壓側(cè)的1號(hào)站變故障，導(dǎo)致1號(hào)主變出現(xiàn)較大的穿越性故障電流，但從錄波圖上并未看出三側(cè)U相電流與V、W相有明顯不平衡（甚至偏?。f明外部電流互感器本身沒問題，檢查二次回路也未發(fā)現(xiàn)異常，因此判斷誤動(dòng)可能由保護(hù)裝置本身引起。

表10 1號(hào)主變壓器保護(hù)故障電流及電壓值

考慮到該套設(shè)備是2007年9月投運(yùn)，至故障發(fā)生時(shí)刻，運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)已超過10年，于是重點(diǎn)對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行檢查校驗(yàn)。通過對(duì)交流插件進(jìn)行測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)U相電流Ia4的采樣數(shù)據(jù)顯示異常。用示波器觀察監(jiān)視Ia4對(duì)應(yīng)通道的輸入及輸出，發(fā)現(xiàn)通入大電流時(shí)輸出的電流值比輸入值明顯偏小，經(jīng)過分析判斷是由于該通道濾波電容損壞，導(dǎo)致采樣異常。

1.3.4 結(jié)論和處理方法

本次發(fā)生的1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)區(qū)外故障誤動(dòng)原因是該裝置低壓側(cè)電流U相采樣異常（如表11所示），不能準(zhǔn)確采集低壓側(cè)的U相電流值，從而產(chǎn)生計(jì)算差流使比率差動(dòng)動(dòng)作跳開1號(hào)主變壓器三側(cè)開關(guān)。將損壞的U相電流濾波電容更換后裝置正常。

表11保護(hù)裝置采樣誤差表

2 二次設(shè)備存在問題的原因及防范措施

2.1 原因分析

2.1.1 檢修中遺留的隱患

第一起事件中，二次設(shè)備定檢時(shí)只是按檢修作業(yè)指導(dǎo)書完成了電流互感器的伏安特性和一次升流試驗(yàn)，只注重互感器本身和二次回路的正確性，未將互感器與電網(wǎng)適配性綜合考慮，未與定值計(jì)算部門及時(shí)溝通，驗(yàn)證電流互感器是否滿足電網(wǎng)短路水平要求；第二起事件中，二次設(shè)備定檢時(shí)未能嚴(yán)格按照檢驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，對(duì)二次回路進(jìn)行絕緣測(cè)試，致使電流回路電纜受傷絕緣降低未被發(fā)現(xiàn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目的缺項(xiàng)漏項(xiàng)現(xiàn)象為設(shè)備運(yùn)行埋下隱患；第三起事件中，保護(hù)定檢時(shí)對(duì)保護(hù)裝置的試驗(yàn)未嚴(yán)格按照檢驗(yàn)規(guī)程要求（電流試驗(yàn)采樣值要大于2倍的二次額定電流）進(jìn)行，導(dǎo)致裝置在流入大電流時(shí)采樣值不準(zhǔn)，從而造成系統(tǒng)內(nèi)有故障發(fā)生時(shí)裝置不正確動(dòng)作。

2.1.2 基建項(xiàng)目調(diào)試驗(yàn)收時(shí)遺留下的隱患

基建項(xiàng)目二次調(diào)試驗(yàn)收時(shí)存在的普遍問題是：留給二次驗(yàn)收的工期緊、任務(wù)重，導(dǎo)致驗(yàn)收人員不得不將驗(yàn)收重點(diǎn)放在主要項(xiàng)目上，許多次要項(xiàng)目被忽略掉，比如第二起事件中的電纜受傷問題就是施工人員在剝電纜皮時(shí)用力過大將絕緣皮損傷，之后又通過熱縮管將受傷部位掩蓋，導(dǎo)致驗(yàn)收時(shí)不采用絕緣測(cè)試的方法無法被發(fā)現(xiàn)，而二次驗(yàn)收時(shí)又恰恰漏掉此項(xiàng)，致使隱患埋下。

2.2 防范措施

主要的防范措施有以下幾方面：工程設(shè)計(jì)要充分考慮電網(wǎng)的發(fā)展，不能僅以當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)短路容量為依據(jù)進(jìn)行設(shè)備選型，要為電網(wǎng)發(fā)展留下足夠裕度；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)展到一定時(shí)期，定值計(jì)算人員要及時(shí)開展老舊變電站電流互感器的選型合理性排查，對(duì)已經(jīng)不滿足當(dāng)前系統(tǒng)需求的電流互感器及時(shí)更換；新建工程調(diào)試驗(yàn)收和設(shè)備定檢時(shí)一定要將主要二次回路的絕緣測(cè)試作為一項(xiàng)主要工作來抓，絕不能有疏漏；二次檢修人員在二次新設(shè)備投產(chǎn)驗(yàn)收時(shí)嚴(yán)格校驗(yàn)電流互感器的伏安特性，確保試驗(yàn)值不低于銘牌值水平；保護(hù)定檢過程中要認(rèn)真完成電流互感器的伏安特性和一次升流試驗(yàn)，并用最新數(shù)據(jù)與投產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，排查是否有電流互感器匝間短路和二次回路故障；保護(hù)定檢時(shí)要嚴(yán)格按照規(guī)程要求，裝置試驗(yàn)的采樣加量值≥2In，以檢驗(yàn)裝置的采樣值誤差，確保不超過2.5%；加強(qiáng)老舊設(shè)備運(yùn)維管理，制訂計(jì)劃及時(shí)分批更換。

3 結(jié)束語(yǔ)

雖然微機(jī)保護(hù)有一系列自我檢驗(yàn)機(jī)制來檢驗(yàn)裝置本身及部分外回路故障，但還有許多故障是無法通過裝置自檢發(fā)現(xiàn)的，如本文中的3起事件原因，這3起事件歸根結(jié)底都是由于裝置電流采樣鏈條上的某一環(huán)節(jié)出了問題，有的是互感器的傳變特性不滿足要求，有的是電流回路絕緣被破壞，有的是裝置采樣元件損壞，其結(jié)果都是使保護(hù)裝置的CPU感受到與實(shí)際電流故障量不相符的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，導(dǎo)致CPU計(jì)算“錯(cuò)誤”，從而發(fā)出“不正確”的動(dòng)作指令。這些故障是裝置在正常運(yùn)行狀態(tài)下不易被發(fā)現(xiàn)的，但在遇到一次系統(tǒng)故障時(shí)就會(huì)暴露，并引發(fā)非預(yù)期的嚴(yán)重后果。要做到防患于未然就必須嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)定要求，從工程設(shè)計(jì)之初就嚴(yán)格把關(guān)，到調(diào)試、驗(yàn)收、送電全過程嚴(yán)格管控，設(shè)備定檢時(shí)認(rèn)真檢驗(yàn)，同時(shí)加強(qiáng)老舊設(shè)備的改造、老舊設(shè)備備品備件的儲(chǔ)備、二次專業(yè)巡視等工作，只有這樣才能提前發(fā)現(xiàn)隱患并消除，避免類似事件的再次發(fā)生。