继电保护选择性存在的问题及解决方案

晋龙兴　肖硕霜

摘 要：深入理解继电保护选择性中的问题是保障电网安全稳定运行的重要基础，保护的选择性分为主保护选择性和后备保护选择性。绝大多数情况下，主保护能够快速且有选择性地切除故障设备。但发生死区故障时，主保护不能有选择地切除故障，分析了母联开关、线路开关以及变压器开关的死区故障问题，并介绍了相应的解决措施。后备保护定值整定均采用离线整定模式，导致后备保护定值不能全部满足选择性的要求。分析了保护定值离线整定计算技术的弊端，并介绍了两种解决技术，即在线整定技术和广域后备保护技术。

关键词：选择性；主保护；死区故障；后备保护；整定计算

引言

当电网发生短路故障时，继电保护装置能迅速准确地切除开关，使得停电范围最小即为继电保护的选择性。在变电站运行过程中，主保护和后备保护均存在一些选择性方面的问题。深入理解继电保护选择性中存在的问题，可有效提高继电保护人员的现场安全管控能力，有力保障电网安全稳定运行。

基于此，文章主要分析主保护和后备保护选择性存在的问题。绝大多数情况下，主保护能够快速有选择性地切除故障设备。只有当死区故障时，主保护不能有选择地切除故障。后备保护的选择性问题为后备保护定值不配合，可能导致保护误动或拒动。目前电网均采用离线整定计算技术，难以保证所有定值都满足选择性的要求。针对主保护的死区问题，分析了母联开关、线路开关以及变压器开关处的死区故障及解决措施，针对后备保护的定值问题，可利用在线整定技术和广域后备保护技术解决。

1 主保护的死区故障问题及解决方案

按照电力设备分类，继电保护可分为变压器保护、母线保护、线路保护等。变压器和母线的主保护利用各个断路器的电流进行判断，其主保护为电流差动保护；线路的主保护利用两端电流进行判断，主保护也为电流差动保护。若断路器只在一侧装设电流互感器（简称TA），则断路器与断路器TA之间发生的故障称为死区故障[1]，如图1所示。若不采取解决措施，发生死区故障时，电流差动保护不能有选择地动作。

典型死区故障有三种：母联断路器与母联TA之间的死区故障、出线断路器与出线TA之间的死区故障、主变断路器与主变 TA 之间的死区故障，下面分别介绍这三种死区故障及解决方案。

1.1 母联死区故障

对于母联死区故障，可通过母线保护装置内母联死区保护切除。以图2为例，简要说明。

在图2所示位置发生短路故障时，1M母差保护动作，跳开连接在1M上的所有开关，此时，母联开关已跳开而母联CT仍有电流，且大差比率差动元件及QF1开关侧小差比率差动元件不返回，经死区动作延时跳开2M上的所有开关。

由上可知，发生母联死区故障时，现有母线保护装置将致使两条母线同时从系统中切除，造成负荷损失。在辐射型电网中，对于220kV馈线变电站而言，发生全站失压，其所在区域的电网将面临负荷减供。对于电网中地位更重要的220kV枢纽变电站而言，其110kV负荷全失将导致电力负荷大幅减供。为使得母联死区故障时母差保护能正确切除母联断路器及与故障相关的母线，对母差保护的动作逻辑进行改进，如图3所示。采用母线差动保护改进逻辑后，母联死区故障不会导致全站失压。

1.2 线路死区故障

根据《广东省电力系统继电保护反事故措施》规定，母线差动保护动作后，对于不带分支且有纵联保护的线路，应利用线路纵联保护促使对侧跳闸（允许式纵联保护采用母线差动保护动作发信，光纤纵差保护采用母线差动保护动作直跳对侧或强制本侧电流置零）。采用该反事故措施后，线路主保护就可以快速切除线路死区故障。

1.3 变压器死区故障

当变压器发生死区故障时，若利用变压器电源侧后备保护动作予以切除，则故障持续时间较长，容易造成变压器烧坏。据此可通过退出变压器差动保护电流互感器的方法构成变压器死区保护动作逻辑，如图4所示。在变压器发生死区故障时，该逻辑能够瞬时切除故障，保证变压器的设备安全。

2 后备保护的定值问题及解决方案

现有的继电保护装置主要利用就地或被保护设备端口等局部信息进行故障的检测判断，不同保护装置之间一般只能通过固有定值进行协调和配合。为了保证后备保护的选择性，需要通过多段保护的动作时延、动作定值以及动作区间的相互配合。目前电网后备保护定值的整定计算均采用离线整定技术。以后备保护中的距离II段保护为例，分析离线整定计算存在的弊端。

距离II段保护与相邻线路配合时，与其距离I段或II段配合。距离II段保护与相邻变压器配合时，保护范围一般不应超过相邻变压器的其他各侧母线。为保证选择性，距离保护II段需要与相邻线路和变压器逐一配合。在所有的整定值中，取最小的整定值作为最终的整定值，取最长的配合时间作为最终的整定时间。在网络拓扑越来越复杂的现代电网下，由同一条母线连接的输电线路长短相差很大，后备保护的整定配合也更加复杂，并且这种通过时间和定值实现配合的方式在很多情况下并不能保证绝对的选择性，当运行方式变化较大时，后备保护存在拒动或误动的风险。

针对离线整定计算模式导致后备保护定值不能全部满足选择性的问题，以下介绍两种解决方案。

第一种解决方案是利用定值在线整定技术[2]。在线整定是在电网运行状态发生变化时，根据电网实时运行方式整定定值并通过保信系统下发最新定值。通过及时更正与其不相适应的保护定值，确保了所有后备保护定值均满足选择性的要求。目前已有定值在线整定系统在地区电网试运行。

第二种解决方案是利用广域后备保护技术[3-4]。广域保护装置接收和比较来自各变电站集成保护装置的信号，以此判断故障的位置并做出跳闸决策发给相应的变电站来执行。该方法不需要定值逐级配合，可直接定位故障发生的位置，保障了后备保护动作的选择性。随着全球定位系统在电力系统的应用、计算机网络和通信的发展，出现了基于相量测量单元的广域测量系统，实现了互联电网多点同步运行状态的实时监测，满足了电网实时监测系统所提出的空间上广域和时间上同步的要求。WAMS（Wide Area Measurement System）為广域后备保护的实现提供了技术条件，是最终构筑电网广域后备保护系统的重要基础，目前已有广域后备保护系统在地区电网中试运行。

3 结束语

理解保护选择性中存在的问题，可有力提高继电保护人员的维护水平，为保障电网安全稳定运行打下坚实的基础，主保护的选择性问题为死区故障，分析了母联开关、线路开关以及变压器开关的死区故障问题，并介绍了相应的解决措施。后备保护的选择问题为定值不满足选择性要求的问题。该问题由现有定值离线整定技术引起，可利用在线整定技术和广域后备保护技术解决。

参考文献

[1]赵佰成，徐炜彬，曲绍杰.220kV典型保护死区问题的探讨[J].电力系统保护与控制，2010，38（13）：130-132.

[2]吕颖，吴文传，张伯明，等.电网保护定值在线整定系统的开发与实践[J]电网技术，2008，32（8）：15-20.

[3]易俊，周孝信.电力系统广域保护与控制综述[J].电网技术，2006，30（8）：7-12.

[4]薛禹胜，徐伟，万秋兰，等.关于广域测量系统及广域控制保护系统的评述[J].电力系统自动化，2007，31（15）：1-5.

*通信作者：晋龙兴（1987-），男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统继电保护。

作者简介：肖硕霜（1988-），女，硕士研究生，主要研究方向：电力系统继电保护。