继电保护装置故障信息汇总和分析

韦妮恒

（大唐观音岩水电开发有限公司，四川 攀枝花 617012）

一、继电保护常见的问题分析

随着电力系统的发展，出现了许多新的特征，也带来了许多新的问题，使继电保护的工作条件更加严酷：比如输电线路发生短路故障时，短路电压、电流中含有很大的非周期暂态分量，可能导致谐波量增加，按工频比较原理构成的各种继电保护装置必须在滤除这些暂态分量后才能正确判断，动作时间不可能太短；现代电网结构复杂，运行方式多变，保护装置的配置、配合和整定计算都比较困难，出现非选择性动作的几率增大，特别是后备保护；由于线路长、负荷重，按躲过最大负荷整定的阻抗继电器可能出现灵敏度不足的问题；受线路不平衡等因素的影响，正常运行时系统就有可能存在负序或零序电流，这对负序保护、零序保护，以及由负序或零序起动的纵联保护的灵敏度也将产生影响；分裂导线的应用，将会使系统正常运行时的电容电流加大，导致差动保护灵敏度降低、相差保护相位误差加大；由于故障暂态量变大，干扰因素增多，影响可靠性的因素也增多，所以保证可靠动作变的十分困难。有时不得不增加一些硬件接线和软件算法，通过多级判断、多重判据来提高可靠性，但复杂程度过高有可能使可靠性降低。

近年来继电保护系统在通信和信息处理技术的发展和支撑下，通过采用双重化配置带通道的电流差动和方向比较原理的保护装置，保护动作可靠性得到了提升，但随着分布式能源大量接入对继电保护装置系统的可靠性要求越来越高，继电保护装置将面临更多的挑战：第一，当前继电保护结构仍是一种刚性结构，均要预先对其联接方式、保护的对象以及适应的网络条件进行设定，自适应能力较弱。第二，继电保护系统故障(包括隐藏的故障)带来的风险依然存在。现有继电保护虽然能够对继电保护装置中的元件失效进行在线自诊断，但尚不能进行继电保护装置故障的自动转移或者功能恢复。当继电保护装置自检到某个元器件或者芯片故障时，只能选择报警，而不能寻找替代元件或者达到自愈和功能恢复。在当前水电厂继电保护装置采用双重化配置的情况下，虽然一套保护装置故障不必马上停运一次设备，但保护系统的整体可靠性仍不能得到较好的满足。

二、水电厂继电保护装置存在的故障信息汇总

针对水电厂运行期间继电保护装置常见故障的存在，根据运行情况进行分析，对常见故障信息进行了以下汇总以便为构建水电厂继电保护故障信息分析处理系统提供更多可参考的依据。

1、水电厂发电机组故障和不正常运行状态及其保护

发电机的安全运行直接影响电力系统的安全。发电机由于结构复杂，在运行中可能发生故障和不正常工作状态，特别是现代的大中型发电机的单机容量大，对系统影响大，损坏后的修复工作复杂且工期长，所以对继电保护提出了更高的要求。针对发电机的故障和不正常工作状态，应装设性能完善的继电保护装置。 发电机不正常运行方式的保护主要有：定子绕组过负荷保护，转子绕组过负荷保护，发电机过电压保护，发电机过激磁保护，发电机误上电保护，逆功率保护，失磁保护，发电机非全相运行保护等等。

2、电力变压器的故障及异常运行方式

若以故障点的位置对故障进行分类，有油箱内的故障和油箱外的故障。变压器的异常运行也会危及变压器的安全，如果不能及时发现及处理，会造成变压器故障，严重时将损坏变压器。因此为了可靠的保护变压器，除了配置差动保护和重瓦斯保护等主保护，还要配置后备保护，比如对外部相间短路引起的变压器过流，应装设下列保护作为后备保护。保护动作后应带时限动作于跳闸。①过流保护：降压变压器，保护整定时应考虑事故时可能出现的过负荷。②复合电压闭锁过电流保护：升压变压器、联络变压器、过电流保护灵敏度不足的降压变压器。③阻抗保护：当采用复合电压闭锁过电流保护及负序电流和单相式低压起动的过电流保护不能满足灵敏性和选择性要求时。

三、构建水电厂继电保护故障信息分析处理系统

1、构成继电保护和安全自动装置选择的原则

继电保护和安全自动装置选择的原则应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。

可靠性：区内故障和不正常运行状态应该可靠正确动作，不拒动。

选择性：故障时只切除故障元件，使故障元件尽量缩短，保证无故障部分安全运行。

速动性：快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少故障影响范围以提高自动装置的动作成功率。

灵敏性：指对区内故障和不正常运行状态的反应能力，不论故障点位置、类型、是否经过渡电阻及运行方式变化都能正确动作。

当确定其配置和构成方案时，应综合考虑几个方面，并结合具体情况，处理好上述四性的关系。

2、加强故障数据分析处理，实现保护监控一体化

数据分析处理是指根据所采集的故障数据对保护装置动作情况进行的各类判断、分析以及故障点的确定，使继电保护人员及时掌握系统故障情况及保护动作行为，快速查找故障点，迅速进行事故处理及恢复，同时还包括各种故障分量的计算和管理工作等。可在系统发生故障时，自动地、准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况，通过这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作，积累第一手材料，提高对电力系统规律的认识，利于电力系统安全运行。

目前数据分析处理功能主要有：波形分析及故障测距等计算功能。波行分析是指对模拟量和开关量进行图形化的波形显示，还可以进行矢量分析、谐波分析、阻抗分析、功率分析和频率分析。故障测距是指根据源数据进行单端及双端对称助增技术测出故障距离范围，提供包括故障线路、故障时间、故障相别、故障距离、故障后电流电压有效值、跳闸时间、重合闸时间、再次故障以及启动线路、断路器位置变化等信息的故障分析报告。

继电保护与安全自动装置分开设置，不仅硬件重复设置，而且相互之间缺乏配合，性能不够理想；采用广域保护后，可采用一体化设计，集“三道防线”于一体。目前国内大部分水电厂、变电站已经实现了保护监控一体化，大大简化了二次系统的接线，完全能够满足保护和监控的需要；随着技术的进步，高压线路、发电机、变压器等设备的保护监控一体化将是继电保护、综合自动化技术发展的方向。

3、推进智能式互感器、断路器的应用

互感器饱和是目前继电保护中最难以解决的问题之一，影响继电保护性能。智能互感器直接输出低压数字信号或模拟信号，可有效解决上述问题。继电保护装置与断路器回路有着十分密切的联系，继电保护发出的跳闸和合闸命令最终都要通过断路器来执行，断路器的动作状态（合闸、分闸）要回馈给继电保护装置，目前这些信息的交换都是通过电缆硬线连接实现的，这样，保护装置与断路器之间至少要有3～4条的电缆线；智能断路器与继电保护之间通过通信网络连接，比如断路器跳、合闸命令，断路器的位置状态都通过通信线传输。

4、基于单端故障信息的全线速断保护

电流电压保护、距离保护等，基于单端信息，但不能实现全线速断；纵联保护能够全线速断，但必须依靠多端的故障信息，需要建立通信连接；单端信息的全线速断，可以仅依靠一端信息实现全线故障速断切除，其基本原理是利用线路的故障暂态分量来构成线路保护。

四、总结

继电保护装置是关系到水电厂是否能够安全稳定运行的重要设备，也是电网安全稳定运行的第三道防线，对保证电力系统安全运行、保障电能质量、防止事故的发生和故障的扩大都有着非常重要的作用。但随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。总之，继电保护必将随着各种技术的进步和发展呈现更新的特征，也将获得更广泛的应用。

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