110kV变电站继电保护的故障分析及保护设计研究

110kV变电站继电保护的故障分析及保护设计研究

林佳晋

国网福建省电力有限公司福州供电公司福建福州350009

摘要：继电保护是维持变电站安全、稳定运行的重要所在。基于此，本文主要从低压侧近区故障方面、开关拒合故障方面、主变差动保护故障方面，细化分析110kV变电站继电保护的故障类型；并提出采用故障综合保护方法、开关拒合故障保护设计方法以及主变差动保护故障防护设计方法，优化变电站继电保护设计，以期为变电站继电保护作用的发挥奠定良好的基础。

关键词：110kV变电站；继电保护；故障

前言：110kV变电站中，继电保护系统的作用为：识别变电站中设备或电网的异常运行状态，并发出警报；促使被保护设备快速脱离发生故障的电网等。但由于受到某些因素的影响，继电保护系统也可能出现故障问题。基于继电保护系统的重要价值，控制继电保护故障的发生具有一定的必要性。

一、110kV变电站继电保护的故障分析

这里分别从以下几方面入手，对110kV变电站继电保护故障进行分析和研究：

（一）低压侧近区故障方面

作为110kV变电站继电保护中的常见故障之一，低压侧近区故障的发生主要与短路问题的形成有关。当变电站局部因设备接近使用寿命、性能不佳等因素影响出现短路现象时，变压器将遭受大电流的瞬时冲击，这一冲击作用超出了变压器的承受范围，导致其动态稳定性、功能均将受到一定的影响，最终诱发低压侧近区故障[1]。这类故障问题的发生不仅会影响变电站的正常运行，还容易增加因相关设备损坏等产生的经济损失。

（二）开关拒合故障方面

在110kV变电站中，发挥继电保护作用的过电流保护装置、电流速断装置均借助开关这一媒介实现保护目的。101开关是110kV变电站中的常用开关。与其他开关相比，101开关以其在性能、使用寿命等方面的优势，使其在变电继电保护中得到了较为良好的普及。但近年来，变电站配变容量、用电负荷等因素的变化，增加了110kV变电站继电保护中101开关拒合故障的发生风险。通过对110kV变电站继电保护系统的评估检查可发现，101开关拒合故障的发生原因包含：第一，开关合闸异常卡顿，无法自主恢复正常或节点处于闭合（如被焊死等）状态。第二，承载101开关的线路发生相间短路故障，进而干扰开关的正常动作。

（三）主变差动保护故障方面

110kV变电站中的主变差动保护故障主要与CT极性接错有关，这类故障问题多发生于新增主变压器等时段[2]。以某二线城市110kV变电站为例，该变电站主变容量参数为20000kVA，含10kV（单母线分段带旁路）、35kV（单母线）、110kV三种电压等级。因受近年来市区用电量增加等因素影响，需增加1台10000kVA主变压器。110kV变电站施工结束后，经调试检测发现2台主变压器均可正常运行，且110kV测开关试验的24h空载结果未见异常。35kV测开关测验过程中，变电站主变差动保护启动，提示异常。

二、110kV变电站继电保护设计

为了减少110kV变电站继电保护故障的发生，可采用以下几种方法开展变电继电保护设计：

（一）低压侧近区故障综合防护方法

110kV变电站继电保护设计的优化原理为：结合变电继电保护中的常见故障问题，逐一分析故障的形成原因，最终建立以原因为基础的防护优化设计方案。

对于目前我国110kV变电站继电保护中的常见低压侧近区故障，依据上述原理，可将其防护优化设计方案确定为：第一，限时电流速断保护优化设计。110kV变电站继电保护中，低压侧灵敏度过高或不足是诱发低压侧近区故障的主要原因。为了减少这一故障的发生，可结合变电站低压侧的实际灵敏度水平，采取不同的设计方法。如为前者，可将低压侧过流部分分为两段，开展两段式设计，即于低压侧第一段采用限时速断，配合出线速断实现跳本侧保护，对第二段采取过电流设计，以先本侧限跳，后总出口限跳保障第二段线路的安全[3]。而对于后者，直接采取增设过流保护装置设计法，避免低压侧近区故障的发生。第二，保护级差优化设计。当系统出现短路故障时，如后备保护可于最短时间内完成切除动作，即切除时间较短时，系统发生低压侧近区故障的可能相对较小。因此，在变电继电保护设计中，可利用高精度时间元件替换变压器后备保护中的普通时间元件，实现0.5s时间级差向0.3s时间级差的转化。

（二）开关拒合故障保护设计方法

开关拒合故障的危害在于：这一故障的发生在干扰过电流保护、电流速断等保护功能的同时，还容易增加其他相关设备故障的发生风险。因此，110kV变电站的保护设计应将预防开关拒合故障作为重点之一，通过设计方案的优化，减少或避免开关拒合故障带来的不良影响。

具体优化设计流程如下：第一，故障原因分析。通过对110kV变电站101开关拒合故障（或10#等常见开关）的分析可知，这一故障主要与时间继电器连接有关。连接时，于电流回路中接入瞬间常开接点，忽略了延时闭合常开接点。此时，启动101开关，由于初期启用时供电负荷较小，冲击电流所受到的影响作用也相对较小，因此，继电保护装置不会动作；而随着启用时间的延长，供电负荷的变化造成冲击电流值逐渐增加，当其达到继电保护装置动作临界点时，可引发开关合闸，合闸的保护动作引发开关跳开，最终出现开关拒合故障。第二，拟定优化设计方案。针对这一故障的形成原因，设计优化方案为：以时限为基础，按照确保保护装置错开开关合闸带来的大冲击电流原则，对时间继电器接点进行改接处理，进而减少开关拒合故障的发生。

（三）主变差动保护故障防护设计方法

从主变差动保护故障的产生原因来看，根本原因为：未做好不同开关与接线的匹配，造成CT极性接错，最终诱发主变差动保护故障的发生。针对上述状况，在需要增加主变压器的状况下，可结合各电压等级的CT变比开展优化设计。计算不同电压等级的CT变比时，确保所计算数据准确，并重新检查CT极性匹配状况，如发现极性匹配错误，按CT变比参数对原CT极性匹配状况进行优化。

仍然以某二线城市的110kV变电站为例，新增1000kVA主变压器后，35kV电压等级出现主变差动保护故障。针对这一问题开展防护优化设计：重新计算35kV侧的CT变比，并根据结果调试CT极性。经核验，该110kV配电站35kV侧Kpm参数为1.39，而CT变比参数则被误处理为400/5，造成CT极性接错。在优化设计方案中，将35kV侧的CT变比调整为200/5。以优化后设计方案进行调试检验，结果显示：35kV测开关测验未见主变差动保护故障发生。上述状况充分验证了上述防护设计方法的应用价值。此外，为了减少这类故障的发生，在故障预防设计中，还应做好系统相关设备保护限定值、参数值等的核查，确保相互之间的匹配性。

结论：综上所述，110kV变电站继电保护中的故障问题较多，这些故障问题的发生会对变电站设备的安全、稳定运行产生影响。对此，应根据常见的故障类型及故障发生原因，制定适宜的优化保护设计方案，以减少110kV变电站继电保护故障的形成，间接减少因设备、线路故障而带来的经济损失。

参考文献：

[1]巫吉贵.110kV变电站继电保护故障及应对措施探讨[J].低碳世界,2017,14(35):103-104.

[2]阿不都加帕尔·阿布都热西提.110kV变电站继电保护故障分析及处理方法探讨[J].工程技术研究,2017,11(06):89-90.

[3]郭军慷,王丹.110kV变电站继电保护的故障分析及保护设计[J].现代工业经济和信息化,2016,6(17):77-78.