过电流保护误动作分析

　　摘要：电力系统在运行时常常因为系统中的过电流保护发生误动作而造成事故，给经济带来巨大的损失。该文针对过电流保护误动作进行分析，且针对各种情况提出了应采取的措施，并提出了过电流保护改进的方向。
　　关键词:过流保护误动作；励磁涌流；谐波；振荡闭锁
　　我国目前正处在经济发展的重要时期，各行各业对电力的需求日益增加。因此，预防用电事故就成为迫切需要解决的问题。电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见的也是最危险的故障是发生各种形式的短路，在发生短路时流过故障点的短路电流很大，有可能破坏系统并列运行的稳定性，因此需要在系统中配置过电流保护。然而，在某些情况下，即使采用的过电流保护装置的动作值和时间匹配得很合理，但由于与系统中其他的保护不能很好地配合而导致其误动作，造成整个系统故障。因此随着电网结构的日趋紧密，过电流保护能否正确动作，对电力系统安全、稳定运行非常重要。
　　1 相关概念
　　过电流保护的工作原理：当流过系统的电流值超过过电流保护装置整定的动作值，且经过一定的时间延时后使保护装置动作，切断故障电路，这就是过电流保护的动作原理。
　　过电流保护接线方式：过电流保护的接线方式是指保护中电流互感器与继电器的连接方式。正确地选择保护的接线方式，对保护的技术、经济性能都有很大影响。其基本接线方式有三种：三相三继电器的完全星形接线方式，两相两继电器的不完全星形接线方式，两相一继电器的两相电流差接线方式。其中三相三继电器完全星形接线方式，对各种形式的短路都起保护作用，且灵敏度高，而两相两继电器不完全星形接线和两相一继电器的两相电流差接线方式，只能对三相短路和各种相间短路起保护作用，当在没有装电流互感器的一相发生短路时，保护不会动作。
　　2 过电流保护误动作原因及采取的措施
　　2.1 励磁涌流与和应涌流的影响
　　励磁涌流实质上是断路器操作时引起的电磁暂态现象，是由于变压器内磁通饱和而引起的。此外，自动励磁调节装置的自激振荡和一次设备的铁磁谐振等因素也会造成间隙性励磁涌流，励磁涌流的大小与合闸角有关，当合闸角为零时，变压器铁芯处于高度饱和状态，励磁涌流可达额定电流的6~8倍，即使不是合闸角为零的极端情况，也有可能使过电流保护误动。对于这种误动，一般采用带有二次谐波闭锁功能的电流保护，以防止励磁涌流导致电流保护误动。
　　当变电站有2台以上主变时，一台变压器空载合闸，会产生励磁涌流，而如果涌流较大，将使得并列运行的其他变压器中产生和应涌流。和应涌流具有以下特征：①合闸变压器电流始终具有涌流特征，但涌流衰减速度不一致，前面很快，取决于系统与变压器电阻之和，后面很慢，仅与两台变压器的原边等效电阻有关；②系统电流大小与涌流大小相关，开始几个周波有涌流特征，随着和应涌流的出现，系统电流逐渐对称起来，涌流特征消失，同时期衰减速度很慢，与此时变压器涌流衰减的速度一致。和应涌流由于具有涌流特征，因此其幅值也很大，且其持续时间较长，容易造成保护误动，对于这种情况，考虑提高电流定值或引入电压闭锁元件，防止过电流保护误动。
　　2.2 不平衡电压、电流的影响
　　当系统故障为电机三相绕组的中心抽头错误接地所引起的时候，电网对地电压会出现严重的不平衡，如此不平衡的电压加在电机三相绕组上，就会出现过电流保护误动作。对于这种情况采取将绕组中心抽头的地线改接电机外壳，使中心抽头悬浮即可。
　　2.3 谐波电流的影响
　　由于系统中有谐波分量的电力机车等设备运行时，会向系统注入一定的谐波电流，电容器组是谐波电流的主要负荷支路，电容器的等值阻抗比正常方式要小，因此电容器流过的谐波电流比正常方式要大，经过TA转变到保护装置的二次电流波形发生严重畸变，谐波与基波幅值叠加后，出现尖峰值较高的电流，当系统中的继电器采用静态抗饱和型电流继电器时，由于其原理是检测电流峰值，则电流波形畸变程度越大，该继电器感受到的电流有效值比基波电流有效值大很多，则可能造成过电流保护误动。对于这种情况，一般采用将静态抗饱和型电流继电器换成电磁型继电器来防止误动作。
　　2.4 冲击电流的影响
　　电厂厂用电在与备用电源切换的过程中，在合闸瞬间会产生冲击电流，冲击电流是一个衰减极快的电流，它的大小与合闸速度有关，合闸时间越快，其残压衰减的越小，因此，备用变压器母线电压和电动机残压的压差也越小，这样其合闸冲击电流也越小。当冲击电流大于备用电源变压器过电流保护整定值，就会使过电流保护误动。对于这种情况，可以采用以下措施：①采用快速断路器；②尽可能快地投上备用断路器；③备用变压器过电流保护加一定的时间延时以躲过冲击电流。 （注册安全工程师）
　　2.5变压器环流的影响
　　当变压器产生励磁涌流时，由于励磁涌流中含有大量二次谐波和三次谐波分量，而其中的三次谐波成分将耦合到低压侧的△绕组内部，在△绕组内部形成环流；当变压器高压侧及出线发生接地故障时，将有零序电流产生，此零序电流同样将耦合到变压器低压侧的△绕组内部，在变压器△绕组内部形成环流。对于变压器低压侧过电流保护，当环流大于过电流保护整定值时，将会造成过电流保护误动。对于由这种因素造成的过电流保护误动，一般采用通过一定的时间延时来躲过。
　　2.6 电机启动电流的影响
　　对于工业企业供电系统，由于其电网处于电力系统的末端，工作电压很不稳定。在负荷高峰期，工作电压可能低于额定电压10%~20%，而在负荷低谷期又可能超过额定电压10%~15%，因此，电机的实际启动电流可能大于额定启动电流，从而可能使过电流保护装置误动。 （考试大注册安全工程师）
　　对于干线过电流保护的动作电流是按躲过最大一台电机启动，其他电机正常工作的条件整定的。这种计算方法在并联电机台数少，且各并联电机容量相差较大时是合适的。若并联电机台数较多，各台电机容量相近时，就有可能因多台电机自启动电流（各并联电机之和）大于干线过电流保护动作电流而使干线过电流保护装置误动作。
　　有些机械设备在运行中需要反向运转，有时甚至是急停急开，此时电机相当于反接制动。在此过程中，电机电流可能会达到额定启动电流的2倍左右，因而也可能使过电流保护误动。
　　对于这几种情况下的误动一般采用增大可靠系数的方法来防止其误动。
　　2.7 弧光接地故障引起的误动
　　如果接地故障不是一种纯金属性质的接地，而是一种间隙性的弧光接地故障时，当线路较短时，接地电流是很小的，在这种情况下，许多弧光接地故障变得不能自动熄灭。电力线路一旦发生了不能熄灭的弧光接地故障，由于电压的升高，电容电流也会随电压的升高而增大。一旦这个电流达到了过电流保护的整定值，就会造成过电流保护误动作。对于这种情况下的误动，一般采用在电力线路中并联电抗器，以及调整过电流保护整定值的方法来防止其误动作。
　　2.8 系统振荡的影响
　　当电力系统由于输电线路输送功率过大，超过静稳定极限；或由于短路故障切除缓慢，以及非同期自动重合闸不成功等原因引起电力系统振荡时，系统中会产生幅值和相位随振荡角不断变化的振荡电流，当振荡电流大于过电流保护的动作值时，保护发生误动作。但是振荡时，系统失去稳定后的第一个振荡周期较长，后来的振荡周期就缩短。因此保护的动作时间只要大于1.5～2 s，则在振荡中虽然过流继电器会动作，但在出口元件动作之前过流继电器又返回了，所以不会造成过电流保护误动作。还可以在过流装置中加入振荡闭锁装置，当系统只发生振荡而无故障时，振荡闭锁装置将过电流保护可靠闭锁，振荡结束后立即将过电流保护开放，以实现对电力系统的保护。
　　2.9 运行维护上不到位
　　发电机反时限过电流保护，断路器三相跳闸，误动原因为发电机TA端子箱的电流端子发生松动，造成保护误动。
　　线路AB相故障，同时，电厂发电机负序反时限保护误动跳闸，原因是该保护时间继电器（晶体管型）绝缘降低，失去时间特性，待负序电流动作即引起无时限跳闸。 发电机负序电流保护（老式电磁型）的电流回路插件内至大电流端子的接线有一相松动，产生负序电流，引起负序电流保护误动，出口跳闸。
　　发电机负序过电流保护，插件接触不良，造成保护误动出口跳闸。
　　2.10 制造部门责任
　　发电机保护装置内部电流回路的负序保护用小TA输出接线柱脱焊，造成三相不平衡，引起TA断线和负序过电流保护动作，发电机停机。
　　发电机负序电流保护（不对称过负荷保护），因继电器整定阻值变化，造成定值漂移，引起保护误动跳闸。
　　发电机跳闸，出现“不对称过负荷保护动作”信号，经检查发现保护装置内的继电器绝缘不好，其接点直接接通出口跳闸。
　　发电机跳闸，出现“不对称过负荷保护动作”信号，经查录波图发现发电机B、C相电流偏大，负序电流偏大，当时断路器C相跳闸，因受跳闸冲击，发电机产生较大负序电流，且装置内元件性能不稳定引起误动。
　　大雾天气，多条220 kV线路跳闸，发电机负序过电流保护动作跳闸。继电器采用积分原理构成，分析认为系统多次故障时，继电器每次故障均充电，但其放电过程较慢，系统再次故障时动作跳闸。来源:考试大网
　　3 结论
　　过电流保护装置在整个电力系统中起着举足轻重的作用，它动作的正确与否对系统能否稳定运行有重大影响。因此，在电力系统运行中，防止过电流保护装置误动作就显得非常重要。除了对工作人员进行严格的培训，在装置合理设定其动作值和延时时间，以及在装置中加设振荡闭锁，或电压闭锁装置等措施之外，今后发展的趋势是研制新型继电器，利用系统在故障时流过电路的电流的其它特性（如电流的不对称性等）作为保护的信号源，提高过电流保护的可靠性，以保证过电流保护在不该动作的情况下不发生误动，从而保证整个电力系统安全运行。把安全工程师站点加入收藏夹