繼電保護(hù)反措及二次回路(中國大唐講課)

1、繼電保護(hù)現(xiàn)場運行維護(hù)、二次回路及“反措”一、繼電保護(hù)二次回路 1.二次回路概述在電力系統(tǒng)中，根據(jù)電氣設(shè)備在電力生產(chǎn)中的不同作用，可分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。一次設(shè)備包括發(fā)電機、變壓器、輸電線、電力電纜、斷路器和隔離開關(guān)、母線和避雷器等。二次設(shè)備是指對一次設(shè)備的工作和運行狀況進(jìn)行監(jiān)視、測量、控制、保護(hù)、調(diào)節(jié)所必需的電氣設(shè)備，如繼電保護(hù)及自動裝置、自動化監(jiān)控系統(tǒng)、電壓互感器、電流互感器的二次繞組引出線以及直流系統(tǒng)。這些二次設(shè)備按一定要求連接在一起構(gòu)成的電路，稱為二次回路。二次回路是電力系統(tǒng)發(fā)電廠和變電站重要組成部分，是電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟穩(wěn)定運行的重要保證。隨著微機技術(shù)的發(fā)展，二次回路的實現(xiàn)手段發(fā)生了

2、變化，但是二次回路的原理并未發(fā)生根本的改變，許多概念還是沿襲過去的傳統(tǒng)，而且當(dāng)前的繼電保護(hù)裝置從原理到制造工藝、質(zhì)量已趨于成熟、穩(wěn)定，影響繼電保護(hù)可靠穩(wěn)定運行的因素主要是二次回路，因此，在正常的生產(chǎn)運行中要關(guān)注和重視二次回路。以下對二次回路做簡單的介紹。2.斷路器控制回路普通的斷路器控制回路是比較簡單的，它是隨著斷路器的類型的變化及繼電保護(hù)的要求也在不斷的改進(jìn)，但基本的跳、合閘回路不會改變，如：過去的斷路器按滅弧介質(zhì)分為多油、少油及空氣斷路器?，F(xiàn)在的斷路器普遍采用六氟化硫作為滅弧介質(zhì)，在35kV以下的系統(tǒng)中還有真空斷路器。真空斷路器特點是：短路電流過零點熄弧后不會重燃，滅弧時間短。這主要指電阻

3、和電感負(fù)載，對電容負(fù)載，因開關(guān)斷開時，斷口兩端仍存在著電壓，所以，容易導(dǎo)致電弧重燃。另一個特點是，真空斷路器利用“真空“，不用每次斷弧后濾油，故不用經(jīng)常檢修，可靠性也比較高。如果按分、合閘的動力（除手動操作）來源不同可分為電磁操動液壓儲能操動氣壓儲能操動彈簧儲能操動根據(jù)以上斷路器不同的滅弧介質(zhì)和不同的儲能形式，在斷路器的控制回路中就會有不同的差別。由于用液壓和氣壓儲能的斷路器在平時會有內(nèi)泄漏，因此要用油泵或氣泵經(jīng)常給斷路器充油或充氣來維持用于跳合閘時的能量。因為當(dāng)儲能壓力過多的降低時，會造成斷路器合閘或分閘時間長，且不能很好的滅弧，甚至引起斷路器爆炸。所以，一般在跳、合閘回路中串入壓力接點，當(dāng)

4、斷路器儲能壓力降低較多時閉鎖斷路器的合閘或分閘，防止這種情況的發(fā)生。但是在使用電磁操動和彈簧儲能的斷路器時，就可以不用串入壓力接點閉鎖斷路器的分、合閘，因電磁操動的斷路器是依靠電磁力矩吸動銜鐵使開關(guān)分、合閘，彈簧儲能是靠彈簧的能量來進(jìn)行分、合閘，正常時不會造成儲能壓力降低，因此可以不用串聯(lián)壓力接點。目前110kV所用的斷路器，都是兩組跳閘線圈，控制電源取自不同的蓄電池組，兩套主保護(hù)分別作用于一組跳閘線圈。3.斷路器輔助接點的作用在操作回路中串入斷路器輔助接點有兩個原因:（1）跳閘線圈與合閘線圈是按短時通電設(shè)計的，在跳、合閘動作完成后，通過斷路器輔助接點將操作回路斷開，以保證跳、合閘線圈的安全。

5、（2）跳、合閘啟動回路的接點（手動跳、合閘和繼電器接點）由于受自身斷開容量的限制，不能很好的斷開操作回路的電流，如果由它們斷開操作電流，將會因斷弧將繼電器接點燒毀，而斷路器輔助接點斷開容量大，可以很好的斷弧。所以在合閘回路中串入斷路器常閉接點，在跳閘回路中串入斷路器常開接點，以保護(hù)繼電器接點不被燒毀。一般大多數(shù)斷路器的操作電流為2A左右，220V直流電源的跳、合閘回路電阻約100。也有其它情況。4.斷路器防跳回路在手動合閘的過程中，因操作斷路器時手動操作返回時間較長，當(dāng)合閘到故障線路時，繼電保護(hù)動作較快，手動操作尚未返回，保護(hù)已經(jīng)動作跳閘，由于手動接點尚未返回，合閘命令一直存在，如果不采取措施

6、，斷路器將再次合閘，保護(hù)再次跳閘，如此斷路器將會發(fā)生多次的“分-合-分”的現(xiàn)象，我們稱之為“跳躍”，斷路器多次跳躍會造成斷路器毀壞，因此必須在控制回路中增加防跳功能。防跳回路一般在合閘回路中，過去我們國家自己設(shè)計的防跳回路是依靠保護(hù)動作時啟動（電流啟動），手動合閘時保持（電壓保持）。在合閘過程中，只要保護(hù)啟動跳閘，防跳回路就將跳閘后的狀態(tài)保持，不再合閘。即保持到分閘后的狀態(tài)。現(xiàn)在許多斷路器廠家引進(jìn)了國外的生產(chǎn)技術(shù)，斷路器的防跳功能均采用電壓型的繼電器串在合閘回路中，這種防跳功能帶來的問題是，如果不采取措施，防跳繼電器與跳閘位置繼電器串聯(lián)分壓，使防跳繼電器和跳閘位置繼電器均保持在動作狀態(tài)不返回，

7、為防止這種情況發(fā)生，我們在跳閘位置繼電器后面串入了斷路器的常閉輔助接點和防跳繼電器的常閉輔助接點。此外，注意防跳繼電器的動作時間，動作要快。5.對斷路器控制回路的要求（1）應(yīng)能進(jìn)行正常的手動分、合閘；（2）應(yīng)能正確顯示斷路器的合閘與分閘狀態(tài)；（3）應(yīng)具備防跳功能；特別注意手動合閘到故障線路。（4）斷路器的儲能應(yīng)能保證斷路器一個完整的“分-合-分”周期；（5）對分閘與合閘時間的要求。跳閘30-40mS，合閘一般60-80mS。二、繼電保護(hù)反事故措施繼電保護(hù)的可靠運行，是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要保證。多年來，原能源部、國家電力集團(tuán)公司及國家電網(wǎng)公司先后頒布了包括多項反事故措施，2012年，國家電網(wǎng)有

8、對原“十八項反措”進(jìn)行了修訂，重新頒布，目的就是為了確保繼電保護(hù)裝置的安全可靠運行，從而保證電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。微機繼電保護(hù)的普及，使繼電保護(hù)裝置的功能更加完善，保護(hù)的動作速度更快，測量、采樣也更加精確。同時也改善了保護(hù)裝置的試驗方法和手段。但是微機保護(hù)的使用，也對保護(hù)裝置的抗干擾提出了新的要求，各網(wǎng)、省公司都根據(jù)各地的具體情況頒布了一些具體措施，如加裝大功率繼電器等。1.繼電保護(hù)雙重化為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：a.任何電力設(shè)備和線路，在任何時候，不得處于無繼電保護(hù)的狀態(tài)下運行。b.在電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運行中,任何運行中的電力設(shè)備、輸電線路必須配置有繼電保護(hù)裝置，不允許無

9、保護(hù)裝置運行。c.任何電力設(shè)備和線路在運行中，必須由兩套完全獨立的繼電保護(hù)裝置分別控制兩個獨立的斷路器跳閘線圈實現(xiàn)保護(hù)。繼電保護(hù)雙重化配置是防止因保護(hù)裝置拒動而導(dǎo)致系統(tǒng)事故的有效措施，同時又可大大減少由于保護(hù)裝置異常、檢修等原因造成的一次設(shè)備停運現(xiàn)象。舉例：2010年12月23日，內(nèi)蒙古包頭麻池220kV變電站發(fā)生一起帶地線合刀閘的惡性事故。該變電站220kV系統(tǒng)為雙母線接線，母線上共接入6回220kV出線，2臺變壓器及母聯(lián)開關(guān)，站內(nèi)變壓器及220kV線路保護(hù)均為雙重化配置，而母差保護(hù)為單套配置。事故當(dāng)天，該站2號主變處于檢修狀態(tài)，2號主變有一組母線隔離開關(guān)合閘不到位，因隔離開關(guān)的接地刀閘有問

10、題，在母線隔離開關(guān)的變壓器側(cè)掛的是臨時地線，在處理隔離開關(guān)缺陷時，不慎將帶有臨時地線的隔離開關(guān)合到運行的220kV母線上，母差保護(hù)屬于集成電路型中阻抗母差保護(hù)，上世紀(jì)90年代初投產(chǎn)，因運行時間長、元器件老化而拒動，由于該變電站母差保護(hù)是單套配置，因此造成6條220kV線路對側(cè)均以后備段保護(hù)將各自的線路跳開。造成周邊有三個電廠共7臺機組跳閘。其中有兩個變電站各一條線路的雙套保護(hù)只動作了一套，另一套保護(hù)沒有動作，由于已經(jīng)有一套保護(hù)將開關(guān)跳開，所以該問題在這起事故中已不是主要問題，另做分析處理。試想若線路保護(hù)也是單套配置，而且又拒動，那樣事故將進(jìn)一步擴大。母差保護(hù)如果是雙套配置，不考慮兩套保護(hù)均拒動

11、，事故影響的范圍還會進(jìn)一步縮小。以上的事故充分說明了繼電保護(hù)雙重化配置的重要性和必要性。 事故變電站周邊電網(wǎng)示意圖 繼電保護(hù)雙重化的具體內(nèi)容1）兩套保護(hù)的交流電流應(yīng)分別取自電流互感器互相獨立的繞組，交流電壓宜分別取自電壓互感器互相獨立的繞組，其保護(hù)范圍應(yīng)交叉重疊，避免死區(qū)。2) 兩套保護(hù)的直流電源應(yīng)取自不同蓄電池組供電的直流母線段。3）兩套保護(hù)的跳閘回路應(yīng)與斷路器的兩個跳閘線圈分別一一對應(yīng)。4)每套完整、獨立的保護(hù)裝置應(yīng)能處理可能發(fā)生的所有類型的故障。兩套保護(hù)之間不應(yīng)有任何電氣聯(lián)系，當(dāng)一套保護(hù)退出時不應(yīng)影響另一套保護(hù)的運行。5)線路縱聯(lián)保護(hù)的通道（含光纖、微波、載波等通道及加工設(shè)備和供電電源等

12、），遠(yuǎn)方跳閘和就地判別裝置應(yīng)遵循相互獨立的原則按雙重化配置。 除上述要求外，還應(yīng)注意，發(fā)電廠的集控與網(wǎng)控的直流電源應(yīng)分開，不得共用。保護(hù)裝置的直流電源與斷路器的控制電源應(yīng)分開。*“完全獨立”是指兩者之間不能存在任何公用環(huán)節(jié)，一旦存在公用環(huán)節(jié)，哪怕只有一個，則當(dāng)這個公用環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，其后備或稱之為“冗余”的作用便隨之消失。舉例： 以前設(shè)計的斷路器控制回路，有些廠家在斷路器的壓力低閉鎖回路中（液壓或氣壓傳動），只提供一個壓力低機械閉鎖接點，而斷路器有兩個跳閘線圈，只好用這一個機械接點（常開接點，正常運行時閉合）啟動一個中間繼電器，用中間繼電器的兩個常開接點分別控制兩組跳閘回路。問題在于中間繼電器

13、使用哪一組直流電源，實際上，用哪組直流電源都不合理，一旦所用的直流電源消失，中間繼電器常開接點返回，斷路器的兩組跳閘回路均被閉鎖，另一組跳閘回路即使電源未消失，因中間繼電器的常開接點返回，同樣不能跳閘。因此，兩個獨立的跳閘回路不能有任何公共環(huán)節(jié)。2.繼電保護(hù)的抗干擾（1）干擾的侵入途徑干擾的侵入途徑有很多，常見的有以下幾種：a.由導(dǎo)線直接侵入，如不同類型的信號混接、b.輻射，如無線通信設(shè)備的輻射干擾、c.耦合，包括電感耦合（同一回路的兩根電纜芯置于不同的電纜中）電容耦合及傳導(dǎo)耦合（一、二次共接地點）d.同一電纜內(nèi)的電磁感應(yīng)（利用電纜芯線兩端接地代替屏蔽層接地）e.地電位不同造成的干擾（2）抗干

14、擾采取的措施a.降低干擾的影響中間繼電器的線圈在回路中接通或斷開時，都會對同一電源的回路產(chǎn)生干擾，并對回路中的繼電器接點產(chǎn)生電弧，為此，直流電壓在110V及以上的中間繼電器一般應(yīng)有符合下列要求的消弧回路：不得在它的控制接點上并以電容電阻回路實現(xiàn)消弧。此外，不論是用電容或反向二級管并在中間繼電器線圈上作消弧回路，在電容及二級管上都必須串入數(shù)百歐的低值電阻，以防止電容或二級管短路時將中間繼電器線圈回路短接。消弧回路應(yīng)直接并在繼電器線圈的端子上。注意因并聯(lián)消弧回路而引起中間繼電器返回延時對相關(guān)控制回路的影響。b.減小地電位差為了減小地電位差，一般采取合理安排電纜的走向、電壓互感器和電流互感器二次采用

15、合理的接地等措施。如雙母線的廠站母線電壓互感器二次接地選擇在控制室內(nèi)一點接地，是為了減小兩互感器二次中性點之間的電位差。除此之外，繼電保護(hù)專業(yè)還采取了敷設(shè)等電位接地網(wǎng)和二次電纜采用屏蔽電纜并兩端接地的措施。在國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施繼電保護(hù)專業(yè)重點實施要求中規(guī)定：在主控室、保護(hù)室柜屏下層的電纜室內(nèi)，按柜屏布置的方向敷設(shè)100 mm2的專用銅排（纜），將該專用銅排（纜）首末端連接，形成保護(hù)室內(nèi)的等電位接地網(wǎng)。應(yīng)在主控室、保護(hù)室、敷設(shè)二次電纜的溝道、開關(guān)場的就地端子箱及保護(hù)用結(jié)合濾波器等處，使用截面不小于100 mm2的裸銅排（纜）敷設(shè)與主接地網(wǎng)緊密連接的等電位接地網(wǎng)。開關(guān)場至控制室的

16、100mm2銅電纜可以有效地降低發(fā)生接地故障時兩點之間的地電位差，防止地電流燒毀電纜屏蔽層，同時還可以降低變電站母線對與其平行排列電纜的干擾控制電纜采用屏蔽電纜并在兩端接地，目的在抑制外界電磁干擾（如圖2）。 圖2 電纜屏蔽兩端接地抗干擾示意圖二次電纜處在電廠或變電站的強電磁干擾環(huán)境，干擾源為外部帶電導(dǎo)線，帶電導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁通包圍著電纜芯線及屏蔽層，并在上面產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如將屏蔽層兩端接地，在屏蔽層中，將流過屏蔽電流，這個屏蔽電流產(chǎn)生的磁通，包圍著電纜芯和屏蔽層，將抵消一部分外部帶電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁通，從而起到了抗干擾作用。此外，屏蔽層的材質(zhì)與抗干擾效果有一定關(guān)系，電阻率高，電阻小，效果越好。C

17、.加裝大功率繼電器微機繼電保護(hù)裝置的開入、開出量一般均采用光電耦合器，而光電耦合元件導(dǎo)通電流非常低，即動作功率非常小，等效電阻相當(dāng)大。一般幾個毫安即可導(dǎo)通。一旦直流回路上受到干擾，很容易引起誤導(dǎo)通，使保護(hù)裝置誤動。這些干擾主要來自直流接地、交、直流混線及其它方面的干擾。我們所采用的二次電纜的屏蔽層，要求在電纜的兩端接地，電纜芯與屏蔽層之間就形成一個電容，電纜越長，電容就越大。如果電纜芯所在的直流系統(tǒng)發(fā)生接地，在這個電容上就會有充、放電的現(xiàn)象，如電纜很長，電容相對比較大，則這個充、放過程則會使“光耦”導(dǎo)通，或動作功率很小的繼電器動作。發(fā)生交、直流混線時的現(xiàn)象也是如此。因此，在微機保護(hù)的“直跳”回

18、路（瓦斯、母差、失靈直跳）加裝大功率繼電器作為重動繼電器，防止在上述干擾情況下保護(hù)誤動。這個繼電器要求動作功率不小于5W。而且動作時間不宜太短，一般要求大于10ms。這是因為，發(fā)生交、直流混線時，交流量正半周（或負(fù)半周）的變化會使保護(hù)誤動。華北電網(wǎng)曾頒布過在直跳回路加裝大功率繼電器的通知和文件，華北地區(qū)各電廠和變電站普遍執(zhí)行這個文件，有些電網(wǎng)和地區(qū)暫時還沒有要求。舉例：一起瓦斯繼電器誤動分析2008年7月，某電廠 1號起備變在運行中由于本體重瓦斯保護(hù)動作，將2200甲、起備變6kV側(cè)0A段進(jìn)線開關(guān)（26號）、0B段進(jìn)線開關(guān)（49號），跳開。當(dāng)時，1號起備變還帶著廠用公用段母線運行，由于廠用公用

19、段電源開關(guān)及公用段進(jìn)線開關(guān)未跳閘，造成公用段的備用電源開關(guān)沒有切換，導(dǎo)致公用段停電。經(jīng)過對變壓器本體進(jìn)行檢查和試驗，未發(fā)現(xiàn)異常，確認(rèn)是二次回路的問題。經(jīng)過對起備變保護(hù)裝置及二次回路的檢查和分析，認(rèn)為事故原因如下：一、起備變保護(hù)裝置為國電南自生產(chǎn)的微機變壓器保護(hù)裝置，屬于早期產(chǎn)品。裝置中的非電量保護(hù)輸入回路采用光電耦合元件構(gòu)成，光電耦合元件導(dǎo)通電流非常低，即動作功率非常小，等效電阻相當(dāng)大。瓦斯繼電器接點取自變壓器本體，經(jīng)長電纜引入保護(hù)屏，電纜芯對地存在著電容，保護(hù)回路如圖1所示。 圖 1 瓦斯保護(hù)接線原理圖二、瓦斯誤動原因在1號起備變跳閘前,一單元頻繁發(fā)生直流系統(tǒng)接地，而且接地點也在頻繁變化，直

20、至起備變跳閘后，仍有接地現(xiàn)象，因此，直流系統(tǒng)接地是導(dǎo)致1號起備變跳閘的直接原因。因為當(dāng)直流系統(tǒng)接地時，由于電纜電容效應(yīng)的影響，將導(dǎo)致光耦元件導(dǎo)通，從而引起保護(hù)裝置動作。等效電路如圖2所示： 圖 2 直流接地時的等效電路圖圖中：C1為L電纜纜芯對地等效電容，C2為直流系統(tǒng)220V負(fù)極對地等效電容，C3為直流系統(tǒng)220V正極對地等效電容，考慮直流系統(tǒng)220V正、負(fù)極所接電纜很多，C2、C3可能大于C1，R1為繼電器J1電阻，R2為繼電器J1至直流系統(tǒng)220V負(fù)極等效電阻，R3為直流220V電源等效內(nèi)阻，正常運行時，U1=U2=U3= -110V，繼電器J1兩端電壓U12=0V。直流系統(tǒng)正、負(fù)極接地

21、的暫態(tài)過程為一階電路零輸入響應(yīng)，對于電容電路，電壓變化方程為 。直流接地造成繼電器誤動的原因是接地后加在繼電器兩端不斷衰減的電壓U12。由于R1遠(yuǎn)大于R2、R3，因此，R1×C1的絕對值將很大，當(dāng)直流系統(tǒng)接地時，對地放電的時間也相對較長。對于動作功率較小的繼電器或光耦元件，將導(dǎo)致其誤動。針對上述問題，有關(guān)部門曾專門頒布過文件，對非電量輸入采用光耦元件的回路，要求加裝大功率繼電器，防止保護(hù)受到干擾時誤動。該起備變保護(hù)為微機保護(hù)，非電量輸入采用了光電偶合元件。由于尚未加裝大功率繼電器，根據(jù)上述分析，可以確認(rèn)，直流系統(tǒng)接地是造成保護(hù)誤動的直接原因。三、互感器的使用及接地目前在電網(wǎng)中繼電保護(hù)

22、用的電流互感器主要有兩種。一種是“P”類的電流互感器，如5P20（30、40），這種電流互感器主要用于220kV以下的電網(wǎng)中。還有一種是“TP”類，主要是TPY型的電流互感器，主要用在500kV及以上的電網(wǎng)中，具有抗暫態(tài)飽和的功能。以下簡單介紹這兩種互感器的有關(guān)特性1.“P”類電流互感器5P系列的電流互感器在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，特別是當(dāng)短路電流較大時，極易飽和。主要原因除與電流互感器的二次負(fù)載阻抗有關(guān)外，還與這種電流互感器本身的特點有關(guān)。a.二次負(fù)載阻抗的影響電流互感器是一個電流源，但也不是理想的恒流源。二次負(fù)載過大，將導(dǎo)致勵磁電流增加，一、二次電流不成比例，使二次電流誤差增大。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路

23、時，由于二次負(fù)載阻抗較大，使鐵心提前飽和，影響保護(hù)的正確動作。解決的辦法是減小電流互感器的二次負(fù)載阻抗。其要求的標(biāo)準(zhǔn)就是核對10%誤差。核對的方法有幾種：10%誤差曲線、伏安特性、計算二次等效極限電動勢（參考電壓互感器和電流互感器選擇及計算導(dǎo)則DL/T866-2004）等。 電流互感器10%誤差的概念圖解b.剩磁的影響在電磁式保護(hù)的時代，二次負(fù)載阻抗主要是電感性質(zhì)，繼電保護(hù)裝置中的電感線圈所占的比例很大，二次電流以電感分量為主，同時與電流互感器的勵磁電流相位基本相同，一次電流也與勵磁電流同相，當(dāng)一次系統(tǒng)的短路電流被切除時，一次電流在過零點消失，因此時勵磁電流也位于過零點，鐵心中的磁通處于最小狀

24、態(tài)，短路電流消失后，磁通逐漸繼續(xù)衰減到一個自由狀態(tài)，剩磁比較小。微機保護(hù)的采用，改變了電流互感器二次負(fù)載阻抗的性質(zhì)。因微機保護(hù)本身的阻抗很?。ㄒ话惆?.2計算），電流互感器的二次負(fù)載主要是電纜的電阻，整個負(fù)載基本上是純電阻負(fù)載，二次電流以電阻分量為主，一次電流與勵磁電流不同相。當(dāng)一次系統(tǒng)的短路電流被切除時，一次電流在過零點消失，而勵磁電流此時可能處于最大，鐵心中的磁通也處于最大。一次電流消失后，勵磁電流從最大點逐漸衰減到零，鐵心中的磁通也從最大逐漸衰減到一個自由狀態(tài)。剩磁可能比較大。剩磁一旦產(chǎn)生，在正常的工況下不易消除。當(dāng)被保護(hù)設(shè)備再次運行時，正常的交流磁通就會疊加在這個剩磁上，由于正常運行時

25、電流較小，磁通的變化范圍不大，在剩磁周圍的小磁滯回線上工作，并不影響正常運行時電流的正確傳變（圖）。 電流互感器有剩磁正確傳變負(fù)荷電流示意圖 當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生故障時，磁通變化的起始點就在剩磁周圍的小磁滯回線上，若磁通向著靠近飽和的方向變化，則互感器在幾毫秒內(nèi)就會迅速飽和。短路電流中的非周期分量對鐵心的飽和影響很大，非周期分量中含有大量的直流分量，直流分量不會轉(zhuǎn)變到二次，但能夠改變鐵心的工況，會使鐵心高度飽和，使短路電流全偏移（圖3）。非周期分量在短路過程中，是隨時間衰減的，這個衰減的過程長短，與一次系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān)， 220kV及以下系統(tǒng)一次時間常數(shù)較小，500kV及以上系統(tǒng)由于發(fā)電機、變壓器

26、容量較大，電壓等級較高，一次時間常數(shù)較大，非周期分量衰減過程較長，即“暫態(tài)飽和”時間長，如采用“P”類電流互感器，則會導(dǎo)致鐵心的飽和時間長，影響保護(hù)的動作時間。 目前我國220kV以下系統(tǒng)，大多采用根據(jù)電流互感器（GB12081997）標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的“P”類電流互感器（5P、10P）。這種互感器對剩磁無限制。短路電流切除后，剩磁可能很大，這就是“P”電流互感器的特點。由于220kV及以下系統(tǒng)一次時間常數(shù)較小，非周期分量存在的時間較短，使保護(hù)最終切除的時間不會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，因此，還可以接受。但是在500kV及以上系統(tǒng)中，因一次時間常數(shù)較大，非周期分量存在時間長，使用“P”類電流互感器，將會使保護(hù)最

27、終切除故障的時間長，造成系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，所以，500kV及以上的電網(wǎng)中，繼電保護(hù)普遍采用了“TP”類的電流互感器，“TPY”是“TP”類電流互感器中的一種。圖3 剩磁導(dǎo)致短路電流全偏移的波形2.解決“P”類電流互感器飽和的辦法：a.盡量減小電流互感器二次負(fù)載電阻。如必要時增加電纜截面積。b.選用“PR”類或“TPY”電流互感器。該類互感器對剩磁規(guī)定了限制標(biāo)準(zhǔn)，即不超過10%的飽和磁通。目前，有些廠家的保護(hù)裝置對電流互感器的飽和采取了許多辦法，其中之一就是在飽和之前，就已判斷出故障的類型和故障是否在區(qū)內(nèi)。如南瑞繼電保護(hù)公司的RCS915以及深圳南瑞的BP2B等。在短路開始的5mS內(nèi)就能夠判斷出故障

28、的類型和性質(zhì)。飽和總是有一個過程的，在CT尚未飽和前就將故障的性質(zhì)、類型固定。此刻，電流互感器再飽和，也不能影響保護(hù)動作?！癟PY”電流互感器。用于500kV系統(tǒng)的繼電保護(hù)中，該類型的電流互感器其鐵芯中帶有小氣隙?？箷簯B(tài)飽和能力強，對鐵芯剩磁的要求是小于10%?！癟PY”電流互感器在目前在500kV電力系統(tǒng)中運用非常普遍。主要用于線路、變壓器的主保護(hù)。但是，“TPY”電流互感器在嚴(yán)重短路后，由于要達(dá)到剩磁小于10%的要求，剩磁的衰減比較慢，延時較長，對某些保護(hù)不適用。如：失靈保護(hù)的電流判別元件。因剩磁衰減慢，導(dǎo)致電流元件返回就必然要慢，為防止誤起動失靈保護(hù)，保護(hù)中的電流判別元件就不能用“TPY

29、”型的電流互感器，仍采用“P”類電流互感器。這一點，設(shè)計時就需考慮。3.電流互感器的二次接地交流電流回路、交流電壓回路設(shè)置接地點是為了保證人身和設(shè)備的安全，但是如果接地點不正確，會造成繼電保護(hù)裝置不正確動作，如電磁式保護(hù)時代，差動保護(hù)的電流回路，只允許在保護(hù)盤上一點接地，不能在各自的端子箱接地，防止區(qū)外故障時，電流二次回路的分流導(dǎo)致保護(hù)誤動。除此之外，在3/2接線的廠站中，線路保護(hù)取合電流時，有些廠站是在就地端子箱將兩組電流互感器合在一起再經(jīng)電纜送至保護(hù)盤，一般這種回路的接地點選擇在端子箱一點接地。目前我們使用的微機保護(hù)，特別是差動保護(hù)，差動保護(hù)的組成及邏輯都是在裝置內(nèi)部，裝置所接入的各側(cè)電流

30、回路都沒有直接電的聯(lián)系，因此，各側(cè)的電流互感器二次接地點應(yīng)選擇在就地端子箱接地。但是在二分之三接線的廠站，如果兩個電流互感器取的是合電流，則應(yīng)該在取合電流之處一點接地。 電流互感器二次不允許“開路”電流互感器在二次回路中是一個電流源，其內(nèi)阻抗接近無窮大，而一次阻抗則非常小。正常運行時，二次電流產(chǎn)生的磁通對一次電流產(chǎn)生的磁通起去磁作用。勵磁電流很小。當(dāng)二次負(fù)載阻抗很小時，一次電流與二次電流的誤差就小。這是因電流互感器勵磁阻抗很大，勵磁電流很小，二次電流基本反應(yīng)了一次電流的幅值和相位。但是，有兩種情況是不允許的：a.如果二次負(fù)載阻抗過大，將導(dǎo)致勵磁電流增加，二次電流減小，一、二次電流之間的誤差就會

31、增大，特別是當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流很大，這個誤差也就更大，從而影響保護(hù)的正確動作。這是我們不希望的。因此要限制電流互感器的二次負(fù)載阻抗，要保證在最大短路電流的情況下，誤差不超過10%。b.如果二次開路，二次電流的去磁作用消失，一次電流全部變?yōu)閯畲烹娏?，使鐵芯內(nèi)的磁通急劇增大，鐵芯高度飽和，因二次繞組匝數(shù)很多，將會在二次繞組兩端產(chǎn)生高電壓，危及設(shè)備和人身安全。而且還會燒毀電流互感器，所以，電流互感器二次不能開路。 電流互感器二次開路時的電壓和鐵芯磁通波形圖4.電壓互感器的二次接地 “反措”要求：公用電壓互感器的二次回路只允許在控制室內(nèi)有一點接地，為保證接地可靠，各電壓互感器的中性線不得接

32、有可能斷開的開關(guān)或熔斷器等。己在控制室一點接地的電壓互感器二次線圈，宜在開關(guān)場將二次線圈中性點經(jīng)放電間隙或氧化鋅閥片接地，其擊穿電壓峰值應(yīng)大于30·Imax伏（Imax為電網(wǎng)接地故障時通過變電站的可能最大接地電流有效值，單位為kA）。應(yīng)定期檢查放電間隙或氧化鋅閥片，防止造成電壓二次回路多點接地的現(xiàn)象。這是指雙母線接線的升壓站或變電站，對于3/2接線的廠站，因電壓互感器二次沒有切換問題，因此，建議最好在開關(guān)廠電壓互感器端子箱一點接地，這是我們大家都知道的。特別是氧化鋅避雷器，我們在現(xiàn)場技術(shù)監(jiān)督檢查時，也曾提出過要經(jīng)常檢查氧化鋅避雷器的對地絕緣。但是還有一個問題，就是有些電廠發(fā)電機機端電

33、壓互感器及廠用電壓互感器二次不是“N”接地，而是“B”接地，。 圖2 電壓互感器二次“N”接地 圖3 電壓互感器二次“B”接地按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，電壓互感器二次為“B”接地時，在二次中性點與地之間，應(yīng)加裝氧化鋅避雷器，這個避雷器應(yīng)給予重視，在檢修時應(yīng)檢查其對地絕緣是否良好，否則該避雷器一旦長期擊穿，會造成“B”相電壓互感器二次短路，燒毀B相電壓互感器。此外，發(fā)電機機端電壓互感器一般都是柜式，柜內(nèi)有軟連接線，注意經(jīng)常檢查軟連接線的外觀及絕緣，防止連接線磨破或被柜子擠破，造成電壓互感器二次短路。上述情況在我們?nèi)A北地區(qū)的有些電廠都發(fā)生過，希望引起各單位專業(yè)人員重視。附：電壓互感器二次“B”接地的用途到目前

34、為止，我們對此也只是認(rèn)為“B”接地只對發(fā)電機同期回路有一定的用處。這主要指早期的同期裝置，如：阿城繼電器廠生產(chǎn)的ZZQ-3A（3B），許昌繼電器廠生產(chǎn)的ZZQ-5等自動準(zhǔn)同期裝置，均屬于集成電路型的裝置。在發(fā)變組與雙母線連接的一次接線中，因主變?yōu)閅Nd 11接線，發(fā)電機同期并網(wǎng)使用母線電壓和發(fā)電機機端電壓，而同期裝置又要求兩個電壓必須有公共點。如果兩個電壓二次均為“N”接地，則必須在同期盤上加裝隔離變壓器。如果發(fā)電機機端電壓互感器二次用“B”接地，則可以省去隔離變。向量圖如下： 機端電壓互感器二次為“B”接地的相量目前我們使用的自動準(zhǔn)同期裝置都是微機型，無論哪種接地形式，均不用隔離變，一些老廠

35、是過去建廠時就這樣設(shè)計的，沿襲下來的。新廠都是“N”接地。對于雙母線接線的廠站，其兩組電壓互感器的二次接地點應(yīng)選擇在控制室內(nèi)的相關(guān)保護(hù)屏柜上一點接地。這是由于如果兩組電壓互感器二次分別在就地端子箱接地，則當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，兩個二次接地點之間就會出現(xiàn)電位差，影響保護(hù)的正確動作。5.電壓互感器的二次繞組和三次繞組回路必須分開。電壓互感器二次有“Y”形接線和開口三角接線，過去兩個繞組的“N”是在開關(guān)場端子箱內(nèi)短接后用一根電纜送至保護(hù)盤，現(xiàn)在“反措”明確規(guī)定這兩個繞組的“N”必須分開送至保護(hù)盤。這是因為電壓互感器二次三相的負(fù)載是不完全平衡的，負(fù)載不平衡，必然在共用的“N”線中有電流流過，“N”線電

36、纜上存在著電阻，在電阻上就會有壓降，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，這個壓降就疊加在零序電壓上，造成保護(hù)的不正確動作（如圖1），為此，“反措要點”中要求兩個繞組的“N”必須分開。 圖 1 電壓互感器二次回路不正確的接法四、現(xiàn)場運行維護(hù)應(yīng)注意的問題1.斷路器閃絡(luò)保護(hù)定值這是一個老問題。本不需要再次提及，但是，新的十八項反措規(guī)定：200MW及以上容量發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)啟、停機保護(hù)及斷路器斷口閃絡(luò)保護(hù)，因此最近一年，許多原來沒有投入閃絡(luò)保護(hù)的電廠，利用機組檢修的機會，將發(fā)變組保護(hù)中已有的閃絡(luò)保護(hù)投入運行，但是在閃絡(luò)保護(hù)定值整定中遇到一些問題，一些電廠閃絡(luò)保護(hù)負(fù)序或零序電流整定較大，有的起動失靈保護(hù)延時較長，還有的認(rèn)

37、為罐式（臥式）斷路器無需裝設(shè)閃絡(luò)保護(hù)等。主要是對閃絡(luò)保護(hù)的功能和應(yīng)用還不夠了解。斷路器斷口閃絡(luò)保護(hù)主要用于發(fā)電機并網(wǎng)前。發(fā)電機并網(wǎng)前，斷路器斷口兩端加的是系統(tǒng)電壓和發(fā)電機電壓，由于兩個電壓尚未同步，存在滑差、相位差等，所以在兩個電壓相差1800時，斷路器斷口兩端就有可能發(fā)生擊穿，如不盡快隔離故障開關(guān)，將會使開關(guān)遭受更大的損壞，而且威脅相關(guān)設(shè)備的安全，擴大事故范圍。關(guān)于斷路器斷口閃絡(luò)保護(hù)的整定，在2012年修訂的大型發(fā)電機變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則（DL/T 684-2012）中，對保護(hù)的整定作出規(guī)定，其動作條件是：斷路器處于斷開位置，但有負(fù)序電流出現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)上有公式， 閃絡(luò)保護(hù)延時需躲過斷路器合

38、閘三相不一致時間，一般取0.1秒足夠，標(biāo)準(zhǔn)上是0.10.2秒，但是有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，要求220kV及以上斷路器的三相不一致時間合閘為5Ms,分閘為3mS，所以不必整定為0.2秒，目前大部分電廠均整定為0.1秒，這已足夠。2009年上都電廠曾因為閃絡(luò)保護(hù)出口延時過長（0.4秒）引起開關(guān)損壞。閃絡(luò)保護(hù)在發(fā)電機并網(wǎng)時使用，并網(wǎng)后靠斷路器輔助接點自動退出。其定值無需與任何保護(hù)配合，所以，可以整定的靈敏些。但為了機組的安全可靠運行，最好裝設(shè)硬壓板，機組并網(wǎng)后將壓板斷開。機組正常解列前，可以將其投入。此外，無論是罐式還是柱式斷路器，均應(yīng)裝設(shè)閃絡(luò)保護(hù)。2.差動保護(hù)定值差動保護(hù)定值相對說較簡單，但是，根據(jù)2013年

39、電網(wǎng)中的情況，認(rèn)為有必要再次強調(diào)，以引起重視。以下根據(jù)兩起缺陷和事故說明差動保護(hù)定值及電流互感器變比選擇的重要性。潘家口水電廠1號機組屬于常規(guī)的水電機組，不具備抽水蓄能的功能，機組容量150MW，發(fā)電機機端帶有斷路器，斷路器屬于早期安裝的少油式斷路器。2013年12月，在一次正常的機組解列過程中，由于機端斷路器機構(gòu)存在問題，導(dǎo)致斷路器分閘速度變慢，引起斷口燃弧放電，且因斷路器長時間沒有濾油，熄弧效果差，造成因燃弧放電產(chǎn)生較大電流，斷路器上口的主變壓器差動保護(hù)動作將主變高壓側(cè)開關(guān)跳開。對主變壓器而言，屬于穿越性故障，差動保護(hù)本不應(yīng)該動作，事后分析跳閘原因時，發(fā)現(xiàn)主變差動保護(hù)起動電流是按0.3Ie

40、整定，這樣小的起動電流在區(qū)外故障時很容易誤動，這是人人皆知的道理。新導(dǎo)則中規(guī)定：變壓器差動保護(hù)起動電流按（0.30.6）Ie整定，現(xiàn)場整定一般均取上限值，至少不低于0.5Ie，因此這次主變高壓側(cè)開關(guān)誤跳，差動保護(hù)定值過于靈敏是一個主要原因，當(dāng)然，該廠還有其它一些問題也是主變開關(guān)誤跳的原因，如少油開關(guān)長時間不濾油等。這里提醒各電廠專業(yè)技術(shù)人員注意，變壓器差動保護(hù)與發(fā)電機差動保護(hù)不太一樣，整定時特別需要注意。且注意設(shè)備年檢、預(yù)試保證質(zhì)量，不超周期。內(nèi)蒙古察右中500kV變電站母線高壓電抗器除配置了兩套縱差保護(hù)外，還配置了兩套零差保護(hù)。投產(chǎn)后不久，零差保護(hù)即報警，報文顯示“零差保護(hù)出口”，因保護(hù)裝置

41、內(nèi)部兩個CPU采用“二取二”出口方式，只有一個動作報警，不會直接出口跳閘，但由于經(jīng)常報警，經(jīng)調(diào)度同意，將兩套零差保護(hù)退出運行。事后經(jīng)過調(diào)查分析，實際情況是：零差保護(hù)的兩側(cè)電流采用電流互感器二次三相合成的方法獲得，即：Ia+Ib+Ic=0，電抗器正常運行時額定電流為157.5A，首端電流互感器變比為2500/1，二次額定電流為0.063A。末端電流互感器變比為300/1，二次額定電流為0.252A，零差保護(hù)平衡系數(shù)8.333.零差保護(hù)起動值按0.4Ie整定，對電抗器首端電流互感器二次，差動起動值為0.0252A，末端電流互感器二次起動值為0.21A，對于如此小的電流，存在以下幾個問題：（1）如此

42、小的電流，特別是電抗器首端，該電流可能只運行在電流互感器伏安特性曲線的起始部分，屬于非線性部分（如下圖），不能保證其傳變的準(zhǔn)確性。 圖1 電流互感器伏安特性曲線（2）在保護(hù)裝置中，這樣小的電流與采樣誤差或“零漂”值接近，不可靠。（3）由于電抗器首端與末端電流互感器變比相差較大，平衡系數(shù)為8.333，電抗器首端電流互感器采樣電流誤差折算到末端，誤差電流將被放大8.333倍，而且零差保護(hù)采用三相電流合成零序，影響會更大。通過這個現(xiàn)場缺陷，有幾個問題應(yīng)引起重視：（1）在初設(shè)時應(yīng)該根據(jù)一次設(shè)備和繼電保護(hù)的實際情況選擇電流互感器，特別是電流互感器變比。（2）對于變壓器差動保護(hù)，因變壓器至少有兩個繞組，電

43、壓等級、額定電流不可能一樣，所以兩側(cè)電流互感器變比無法一致。而電抗器只有一個繞組，與發(fā)電機相似，但電抗器首端和末端短路電流又不一樣，為防止首端短路電流過大，引起電流互感器飽和，首端電流互感器變比可以取大些，末端短路電流相對小，變比可以取小些，但兩端變比差別不要過大。上述電抗器零差保護(hù)把兩側(cè)電流互感器變比設(shè)計的差別很大，反而把保護(hù)復(fù)雜化了。（3）保護(hù)裝置的配置只要滿足標(biāo)準(zhǔn)、反措即可，也不要太多。察右中變電站高壓電抗器除配置縱差、零差保護(hù)外，還有兩套匝間保護(hù)，未免多了些。匝間保護(hù)是必須有的，差動保護(hù)就沒必要設(shè)置太多。通過上述兩個事例，應(yīng)注意在初設(shè)階段，設(shè)備選型、保護(hù)配置、定值整定幾方面的工作應(yīng)引起重視。做細(xì)致的工作。3.其它問題（1）廠用電系統(tǒng)的零序電流互感器的使用發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)的許多負(fù)荷線路絕大部分使用電纜，而且經(jīng)常使用零序電流互感器作為單相接地保護(hù)的交流采樣元件。應(yīng)注意，使用零序電流互感器時，電纜的屏蔽層不要穿過零序電流互感器，如果穿過，要再穿回來。如下圖：使用零序電流互感器時電纜的