繼電保護二次回路

山西電力調(diào)度通信中心

江蘇省電力試驗研究院

2011年6月繼電保護二次回路1有關標準1.GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》2.DL/T955-2006《繼電保護及電網(wǎng)安全自動裝置檢驗規(guī)程》3.DL/T5044-2004《電力工程直流系統(tǒng)設計技術規(guī)程》4.DL/T5136-2001《火力發(fā)電廠、變電所二次接線設計技術規(guī)程》5.《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》（試行）繼電保護專業(yè)重點實施要求6.Q/GDW267-2009《繼電和電網(wǎng)安全自動裝置現(xiàn)場工作保安規(guī)定》27.Q/GDW161-2007《線路保護及輔助裝置標準化設計規(guī)范》8.Q/GDW175-2008《變壓器、高壓并聯(lián)電抗器和母保護標準化設計規(guī)范》9.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設計500kV變電站二次系統(tǒng)部分10.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設計330kV變電站二次系統(tǒng)部分11.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設計220kV變電站二次系統(tǒng)部分3關于二次回路隨著電網(wǎng)迅速擴大，短路容量明顯提高，保護雙重化、斷路器失靈保護等都是目前電網(wǎng)采用“近后備”的保護配置方案。全面推廣使用微機型保護，簡化二次回路，優(yōu)化組合保護功能，保持在電源和回路上的“獨立性”是保護雙重化配置的重要原則。眾所周知，斷路器失靈保護主要的問題就是二次回路，通過對保護的優(yōu)化組合，改進二次回路使220kV及以上系統(tǒng)的斷路器失靈保護正確動作率由1996至2000年的28.9%提高到現(xiàn)在的90%。須指出：微機型保護裝置本身的缺陷率已經(jīng)很低，問題多在二次回路顯現(xiàn)！確保二次回路的完好、可靠是保證和提高保護正確動作率的重要環(huán)節(jié)。4繼電保護在電網(wǎng)中的作用要求我們在分析問題和解決問題時，首先從電網(wǎng)，然后沿著變電站、一次設備，最后再是保護配置、整定、運行和檢修這條技術路線來考慮問題?；诶^電保護技術發(fā)展的歷程，我們應該看到微機型保護的發(fā)展雖是有目共睹，形式也是豐富多變，但繼電保護在電網(wǎng)的屬性迄今沒有變化，無論何種形式的保護，智能站也好，保護下放也好，他的基本功能也都沒有改變，多年積累的經(jīng)驗教訓和寶貴經(jīng)驗形成的規(guī)程和標準都是我們工作的基本準則。至今為止，雖然二次回路沒有什么變化，但卻因電網(wǎng)的發(fā)展和電子設備的增多有了更高、更新的要求。5需重視的幾個問題

※保護雙重化配置是為實現(xiàn)電網(wǎng)近后備保護而配置的！※任何時候都必須保證保護的獨立性和完整性！※有可能導致多個斷路器跳閘的保護應使用復合判據(jù)！※斷路器失靈保護定義為電網(wǎng)的第三道防線，是電網(wǎng)近后備保護！※斷路器失靈也不僅僅是機械故障，確切的說是斷路器失效保護！如斷路器動作不斷弧，外絕緣破壞等※導致斷路器失靈保護不正確動作的主要原因是回路問題和跨間隔配合的問題※保護“六統(tǒng)一”是在“四統(tǒng)一”的基礎上編制的，所有保護的基本原理并沒有變化！※直流電源及其回路和“接地”回路往往是溝通事故的公共交匯點！6需重視的幾個問題※保護帶開關傳動的整組必須在最接近運行狀態(tài)的條件下進行※保護二次回路發(fā)生交流竄直流的問題往往會造成災難性的后果！※每一次事故后必須進行認真的分析和總結(jié)，同時關注和分析線路對端以及相鄰保護也是必須進行的工作！※辨識、分析保護及二次回路產(chǎn)生誤差的原因是一項重要的工作！※試驗方法和試驗流程以及優(yōu)化檢驗項目是繼電保護檢修中的一個重要環(huán)節(jié)，※過度和不合理的檢修對保護是一種摧殘！※應該是循序漸進地、合理地從計劃檢修過渡到狀態(tài)檢修7有哪些問題影響二次回路？1.保護雙重化配置和小室下放的設計方案，使得電纜的長度和數(shù)量都在增加；2.二次回路的抗干擾措施的效果不在“明處”而是在“關鍵時刻”；3.變電站的各電壓等級的操作電源和保護電源基本上公用，這對保持保護的“獨立性”是不利因素；4.不健康的二次回路在運行、操作中產(chǎn)生問題；往往也是造成保護不正確動作的主要因素；5.

不合理的設計、安裝、調(diào)試、檢修都會在二次回路留下隱患，甚至直接造成保護誤動；如使用運行電源做檢修工作，造成交流竄入直流回路導致運行中的其他保護誤動；8有哪些問題會影響二次回路6.保護與一次設備的接口回路，如防跳、自保持等；7.保護與通信設備接口回路；9.裝置本身問題以及對二次回路的適應性，如使用24V開入等等，直流絕緣監(jiān)察裝置……;10.對新技術、新標準、新規(guī)程等技術文件在理解和執(zhí)行方面的不確定等；11.專業(yè)管理水平以及專業(yè)人員的工作態(tài)度和技能水平；12..……91.保護雙重化配置和小室下放的設計方案，使得電纜的長度和數(shù)量都在增加；1）每公里的電纜對地的電容約為0.3μf～0.4μf，電纜長度和數(shù)量的增加都給保護二次回路提供了干擾路徑，如短路電流流經(jīng)接地網(wǎng)對電纜形成的干擾，交流竄入直流回路等都會或是直接對繼電保護安全運行構(gòu)成嚴重的威脅；2）高壓大容量發(fā)電機組和大型電網(wǎng)的時間常數(shù)在不斷增加，電纜長度增加，加大了直流電阻，都使得CT運行條件惡化；3）直流電源供電回路的長度也隨之增加，在絕緣、對地電容分量等方面都帶來問題。10電纜對地電容分量的影響由于交流混入直流系統(tǒng)，當Xc分量由于電纜回路數(shù)的增加即各支路電容并聯(lián)而進一步下降，最終導致繼電器動作！不少地區(qū)的變電站和發(fā)電廠在運行和檢修過程中都發(fā)生過交流混入直流系統(tǒng)造成保護誤動事故，如下圖由于電纜存在對地電容分量，對交流形成回路，特別是影響到保護裝置的繼電器和開入量的動作行為而造成嚴重后果?！涣骰烊胫绷骺赡墚a(chǎn)生的后果11——交流混入直流可能產(chǎn)生的后果12電纜的對地電容每公里約為0.3μf～0.4μf

由于電纜屏蔽層兩端接地增加了二次回路的對地電容分量，由于電纜的長度增加，也增加了二次回路的對地電容分量。

由于保護小室下放等電纜回路數(shù)的增加（如），又增加了二次回路的對地電容分量。

1335kV系統(tǒng)接地時短接消弧線圈接地電阻的接觸器因絕緣強度不夠?qū)е陆涣鞔胫绷骰芈穼е卤Ｗo裝置和操作箱損壞142.高壓大容量發(fā)電機組和大型電網(wǎng)的時間常數(shù)在不斷增加，電纜長度增加，加大了直流電阻，這些都使得CT運行條件進一步惡化；

以220kVXXXX線路發(fā)生B相接地故障為例，現(xiàn)場記錄到來自RCS-931、PLS-603和故障錄波器的錄波圖基本一致，參見圖1和圖2。在此僅以PLS-603記錄的波形為例來分析，基本情況如下：XXXX線路本側(cè)的TA（5P20）變比為2400/5，發(fā)生單相接地故障時B相二次有效值為29A，折合一次電流有效值為13920A，是額定電流的5.8倍；C相二次出現(xiàn)突變電流的有效值為4.8A。

15而微機型母差保護BP-2B的動作電流整定為5A，已臨界動作邊緣（4.9A），只是因為制動電流的作用,母差保護沒有出口。XX側(cè)母線PT變比為220kV/100V，B相二次電壓有效值為10V，折合一次電壓為22kV，為額定電壓的17.3%。16電流二次回路分析

本側(cè)的電流電壓波形電流互感器變比為2400/517使用N：1的電流互感器電流互感器變比為2500/1對側(cè)的電流電壓波形18

XXXX線對側(cè)的TA變比為2500/1，B相二次有效值為5.8A，折合一次電流為14500A。XXX變母線PT變比為220kV/100V，B相二次電壓有效值為35.8V，折合一次電壓為78.8kV，為額定電壓的62%。19具體的試驗接線20模擬試驗電路接線21模擬實驗的等值圖22試驗參數(shù)試驗參數(shù)設置表參數(shù)名稱參數(shù)設置說明A相電壓源200V使得TA二次電流為額定值的2倍，本試驗中使用的是二次額定電流為5A的TARn0.8Ω參考兆豐變現(xiàn)場實測電阻Ra8.2Ω使得非周期分量衰減時間約為3周期電容C1mF直流充電電源可調(diào)通過調(diào)節(jié)直流電源的幅值來控制非周期分量幅值23非周期分量為0時的波形24非周期分量為交流分量的92.5%時的波形25

在不考慮負荷電流的條件下，非故障相二次B、C相的突變電流方向基本相同，且與故障相電流反向。B、C相突變電流不同是因為B、C相TA飽和拐點電勢不同造成的。電流互感器二次回路的時間常數(shù)值，由勵磁電感和漏電感之和（LS，）及二次回路電阻（Ra）得出；

Ta=Ls/Ra26TA二次回路中N線電阻Rn＝0.2Ω27TA二次回路中N線電阻Rn＝0.6Ω28TA二次回路中N線電阻Rn＝1.2Ω29試驗結(jié)論：

1.隨著非周期分量的增加，非故障相二次突變電流從無到有，并逐漸增大；2.隨著n線電阻的增加，非故障相突變電流也從無到有，并逐漸增大；3.當不考慮非故障相負荷電流時，可建立如圖所示的等效電路來代替試驗模擬電路和現(xiàn)場實際回路。當A相發(fā)生故障時，故障電流ia在n線電阻Rn上建立相應的電壓：Un=iadcRn+

iaacRn其中非周期電流分量產(chǎn)生的是Undc，周期電流分量產(chǎn)生的是Unac。如果忽略裝置小TA阻抗，可以認為Un是施加在B、C相TA二次繞組上的勵磁電壓；

30

4.由電磁感應定律可知：

即TA的磁鏈等于初始磁鏈加上勵磁電壓對于時間的積分。由于UnAC是周期分量，所以在一個周期里，UnAC產(chǎn)生的磁鏈＝0，在短路電流不大的情況下，不是產(chǎn)生突變電流的主要原因。但非周期分量UnDC產(chǎn)生的磁鏈在整個衰減時間內(nèi)是逐漸累加的，當逐漸累加的磁鏈超過電流互感器勵磁電壓拐點值時，就會產(chǎn)生一個突然變大的勵磁電流，也就是錄波圖中可見的突變電流。電壓拐點值定義：電流互感器的勵磁電壓上升10%時，勵磁電流上升50%時，稱之為拐點值（拐點電壓）31從圖中可以看出，由于in和ia反向，所以in在Rn上所產(chǎn)生的電壓Un（非故障相的勵磁電壓）也與ia反向。因此，非故障相勵磁電流（即突變電流）基本上和A相故障電流反向，現(xiàn)場故障錄波圖驗證了該結(jié)論。值得注意的是，當非周期分量衰減到較小的時候，n線電阻的非周期分量UnDC不起主要作用，而交流短路電流對TA的去磁作用，將非故障相的勵磁電壓拉至小于拐點電壓數(shù)值，非故障相二次突變電流隨之消失。比較線路兩側(cè)的故障錄波圖可知，圖1所示的短路電流幅值比圖2略小，但因為TA變比的原因、TA二次的電流卻大了5.8倍。3233各種光纖電流差動保護的非故障相都會產(chǎn)生誤動！同理，在母差保護上也會有同樣的問題34微機型線路保護的電流二次回路35微機型母差保護的電流二次回路36回路較多的母差二次回路改進方案37回路較少的母差二次回路改進方案38原來的接線方式39建議改進的接線方式40解決方案1.大幅度改善電流二次回路的直阻會有明顯的效果；2.改進電流二次回路的接線也是降低直阻的方法之一；3.由制造廠增加針對性的判據(jù)。建議：為便于檢修和處理事故，對雙母線和雙母雙分段母線PT的N回路也采用上述引出各自獨立的接地引下線，再匯集到接地銅排的接地方式。41直流電源供電回路的長度也隨之增加，在絕緣、對地電容分量等方面都帶來問題操作電源供電回路及跳閘回路電纜的截面應保證在80%額定電壓下能可靠合、分。由于圖中C的作用使得跳閘瞬間的動態(tài)電流是銘牌值的6～8倍42電流回路兩點接地造成保護誤跳某變電站500kV1號主變配置兩套南瑞繼保的RCS-978C主后一體化的微機型變壓器保護。1月30日7:55，值班員按調(diào)令操作，分開1號主變的2501斷路器。并為當日準備進行的電流互感器預試和2501斷路器消缺工作進行準備工作（檢修前的安全隔離措施）。根據(jù)現(xiàn)場值班員反映在進行電流互感器預試前，因1號主變的500kV側(cè)和35kV側(cè)的斷路器尚在運行中，因此應先將電流互感器的二次回路與保護回路進行隔離。8:53分在電流互感器端子箱處的試驗端子完成隔離措施（見下圖1，圖為操作完畢的狀態(tài)；過程為:先將差動保護電流二次回路斷開后，再將CT側(cè)的A、B、C、N短路并接地）。8:59分500kV1號主變零序差動保護動作跳開500kV側(cè)和35kV側(cè)斷路器。從監(jiān)控后臺查閱的記錄到差動保護共動作8次，接地阻抗保護2段共動作2次，總計保護動作10次。43調(diào)閱故障錄波器和保護信息管理機信息表明：1號主變保護在1月30日7:55至8:59期間，2501操作以及主變零差保護動作前后，電網(wǎng)和變電站一、二次設備無故障。

右圖為操作完畢實驗端子的狀態(tài)44現(xiàn)場檢查與保護動作情況分析1.變電站現(xiàn)場天氣情況:晴，2°C。事發(fā)時，檢修人員尚在途中。2.進入現(xiàn)場后立即檢查保護和操作直流回路對地絕緣良好；并安排對1號主變?nèi)∮蜌膺M行分析。3.從保護管理機調(diào)閱該事件的動作過程如下：2011.01.3007:55:27執(zhí)行調(diào)令分2501斷路器時記錄的波形詳見圖。由圖可知：在操作過程中兩套差動保護分別測錄到的電流、電壓波形正常，無故障特征，差流近似為0，僅管理版（保護啟動回路）變II（220kV）側(cè)后備保護正常啟動。4.08:59:21:036254，第2套RCS978零差保護第1次跳閘的記錄波形，因零差保護的動作值整定為0.3A，保護啟動至發(fā)出跳令時A相的差流為0.495A，詳見下圖。45零差保護第1次跳閘的記錄波形，因零差保護的動作值整定為0.3A，保護啟動至發(fā)出跳令時A相的差流為0.5A46模擬試驗接線47模擬試驗記錄到的波形和電流幅值48電流回路兩點接地49電流回路絕緣破損造成兩點接地50正常運行時的接線51檢修時的接線52關于安措接線的分析與討論在進行CT預試時，按安規(guī)要求應將CT二次接地。但不合適的接地操作方式將如圖所示的那樣形成保護電流二次回路兩點接地而導致主變零差和接地（視接地的時間）保護不正確動作。電纜絕緣不好也會構(gòu)成保護電流二次回路兩點接地。由于兩個接地點間存在電位差在地網(wǎng)上形成的電流流經(jīng)保護電流二次回路，亦將造成主變零差和接地（視接地的時間）保護不正確動作。53正確的操作步驟154正確的操作步驟255關于防跳回路56關于防跳回路使用斷路器就地防跳是保障斷路器檢修所必須的功能。由圖可知，防跳繼電器在跳閘線圈回路也具有自保持接點，增加了跳閘的可靠性?？紤]到在斷路器的跳閘回路中已經(jīng)具有防跳繼電器的自保持跳閘回路；而且由于保護的跳閘回路至少在兩個以上，系統(tǒng)發(fā)生故障時，兩套保護將同時動作，如果保護的出口跳閘繼電器都帶有自保持電流線圈，也很難與斷路器跳閘線圈的電流相配合。因此所設計的裝置，其出口跳閘繼電器均不帶電流自保持線圈，相應的斷路器操作繼電器箱中的三相跳閘繼電器等也均不帶電流自保持線圈，而由防跳繼電器的自保持接點起跳閘保持作用，保證跳閘的可靠性。再者，斷路器檢修時必須有就地防跳功能！——94反措57

斷路器失靈保護必須強調(diào)的幾個重要技術原則：1.斷路器失靈保護必須采用復合判據(jù)；2.“六統(tǒng)一”將雙母線接線方式的斷路器失靈保護中的“故障電流再判元件”集成在母差保護裝置內(nèi)；3.不使用斷路器位置接點閉鎖斷路器失靈保護；4.線路或元件保護的啟動元件在故障切除后必須快速返回并重新閉鎖斷路器失靈保護。這是防止斷路器失靈保護誤動的重要措施；5.相關開入元件應具備較大啟動功率和抗“工頻干擾”的能力，防止“誤開入”。6.簡化二次回路。關于斷路器失靈保護58雙母線接線斷路器失靈保護的特點：a.失靈保護應與母差保護共用出口回路。b.含母線故障變壓器斷路器失靈保護功能。c.應采用母線保護裝置內(nèi)部的失靈電流判別功能；各線路支路和變壓器支路配置電流判別元件，d.線路支路采用相電流、零序電流、負序電流元件組成的“與邏輯”作為“故障電流再判元件”；e.變壓器支路采用相電流、零序電流、負序電流元件組成的“或邏輯”作為“故障電流再判元件”。斷路器失靈保護的討論59f.線路支路應設置分相啟動失靈開入回路，變壓器支路應設置三相跳閘啟動失靈開入回路。為解決某些故障情況下，失靈保護電壓閉鎖元件靈敏度不足的問題，變壓器支路應設置獨立于失靈啟動的解除電壓閉鎖開入回路。g.“啟動失靈”、“解除失靈保護電壓閉鎖”開入異常時應告警。h.母差保護和獨立于母線保護的充電過流保護應啟動母聯(lián)（分段）失靈保護。i.為縮短失靈保護切除故障的時間，失靈保護宜同時跳母聯(lián)（分段）和相鄰斷路器。

60

線路失靈采用失靈保護內(nèi)部電流判別。舊方案：線路保護設有非全相及失靈啟動箱裝置。線路保護動作后，動作接點串連失靈啟動箱的電流判據(jù)，啟動失靈保護。失靈保護僅完成選擇母線及延時跳閘的功能。失靈保護只是把原來的電磁型失靈保護的邏輯進行了數(shù)字化。同時，雙重化的線路保護共用失靈啟動箱的電流判據(jù)，并啟動一套失靈保護。舊方案存在問題：a)失靈電流判據(jù)整定在靈敏度與可靠性方面存在矛盾。b)二次回路交叉，復雜。61斷路器失靈保護的應用

1.線路或元件保護跳閘命令的開入是失靈起動的最基本的條件，無跳閘不起動，不報警。2.主設備保護起動失靈，應經(jīng)雙重電流的判別。a）瓦斯繼電器因為接點返回慢，不起動失靈；b)發(fā)電機保護差動保護接點返回也慢，但要起動失靈，《技術規(guī)程》規(guī)定，若主設備保護出口繼電器返回時間不符合要求時判別元件應采用“雙重化方案”——即應經(jīng)斷路器TA的兩個不同繞組電流元件的判別，按此要求，發(fā)電機或發(fā)變組差動保護動作跳閘后，由于發(fā)電機尾部TA故障電流由于剩磁的原因，不能立即消失，差動保護可能返回慢，所以失靈起動應在發(fā)電機保護側(cè)先經(jīng)電流判別，然后，在失靈保護再經(jīng)一次電流判別，以滿足判別元件應雙重化的要求。c)經(jīng)雙重電流判別，變壓器瓦斯保護也可以起動失靈。623.應防止誤開入引起的誤動一般情況下誤開入主要是由于直流接地，直流回路誤通入交流，出口繼電器誤出口、接點絕緣擊穿等原因，光耦損壞等原因造成?？梢圆捎锰岣吖怦钇饎与妷汉蛣幼鲿r間（10ms<t<20ms）、經(jīng)中間繼電器轉(zhuǎn)接、抗御交流電壓的帶短延時（10ms）的直流中間繼電器、雙開入等措施解決，但用失靈保護裝置軟件邏輯，在最末一級防止誤開入是最有效的也是必要的。解決方案：a.跳閘開入一般要有電流或電壓電氣量起動，但主設備輕微故障的情況例外。b.故障時零序、負序電流與相電流的邏輯配合，必要時利用電壓電流相位判別。c.復合電壓閉鎖。634.簡化判別元件整定計算說明：斷路器失靈的相電流判別本應是有無電流的判別，按有無電流的原則整定，各線路單元的整定就可以統(tǒng)一和簡化