過電流保護誤動作分析
發布時間：2011-09-30 共1頁
摘要：電力系統在運行時常常因為系統中的過電流保護發生誤動作而造成事故，給經濟帶來巨大的損失。該文針對過電流保護誤動作進行分析，且針對各種情況提出了應采取的措施，并提出了過電流保護改進的方向。
關鍵詞:過流保護誤動作；勵磁涌流；諧波；振蕩閉鎖
我國目前正處在經濟發展的重要時期，各行各業對電力的需求日益增加。因此，預防用電事故就成為迫切需要解決的問題。電力系統在運行中，可能發生各種故障和不正常運行狀態，最常見的也是最危險的故障是發生各種形式的短路，在發生短路時流過故障點的短路電流很大，有可能破壞系統并列運行的穩定性，因此需要在系統中配置過電流保護。然而，在某些情況下，即使采用的過電流保護裝置的動作值和時間匹配得很合理，但由于與系統中其他的保護不能很好地配合而導致其誤動作，造成整個系統故障。因此隨著電網結構的日趨緊密，過電流保護能否正確動作，對電力系統安全、穩定運行非常重要。
1 相關概念
過電流保護的工作原理：當流過系統的電流值超過過電流保護裝置整定的動作值，且經過一定的時間延時后使保護裝置動作，切斷故障電路，這就是過電流保護的動作原理。
過電流保護接線方式：過電流保護的接線方式是指保護中電流互感器與繼電器的連接方式。正確地選擇保護的接線方式，對保護的技術、經濟性能都有很大影響。其基本接線方式有三種：三相三繼電器的完全星形接線方式，兩相兩繼電器的不完全星形接線方式，兩相一繼電器的兩相電流差接線方式。其中三相三繼電器完全星形接線方式，對各種形式的短路都起保護作用，且靈敏度高，而兩相兩繼電器不完全星形接線和兩相一繼電器的兩相電流差接線方式，只能對三相短路和各種相間短路起保護作用，當在沒有裝電流互感器的一相發生短路時，保護不會動作。
2 過電流保護誤動作原因及采取的措施
2.1 勵磁涌流與和應涌流的影響
勵磁涌流實質上是斷路器操作時引起的電磁暫態現象，是由于變壓器內磁通飽和而引起的。此外，自動勵磁調節裝置的自激振蕩和一次設備的鐵磁諧振等因素也會造成間隙性勵磁涌流，勵磁涌流的大小與合閘角有關，當合閘角為零時，變壓器鐵芯處于高度飽和狀態，勵磁涌流可達額定電流的6~8倍，即使不是合閘角為零的極端情況，也有可能使過電流保護誤動。對于這種誤動，一般采用帶有二次諧波閉鎖功能的電流保護，以防止勵磁涌流導致電流保護誤動。
當變電站有2臺以上主變時，一臺變壓器空載合閘，會產生勵磁涌流，而如果涌流較大，將使得并列運行的其他變壓器中產生和應涌流。和應涌流具有以下特征：①合閘變壓器電流始終具有涌流特征，但涌流衰減速度不一致，前面很快，取決于系統與變壓器電阻之和，后面很慢，僅與兩臺變壓器的原邊等效電阻有關；②系統電流大小與涌流大小相關，開始幾個周波有涌流特征，隨著和應涌流的出現，系統電流逐漸對稱起來，涌流特征消失，同時期衰減速度很慢，與此時變壓器涌流衰減的速度一致。和應涌流由于具有涌流特征，因此其幅值也很大，且其持續時間較長，容易造成保護誤動，對于這種情況，考慮提高電流定值或引入電壓閉鎖元件，防止過電流保護誤動。
2.2 不平衡電壓、電流的影響
當系統故障為電機三相繞組的中心抽頭錯誤接地所引起的時候，電網對地電壓會出現嚴重的不平衡，如此不平衡的電壓加在電機三相繞組上，就會出現過電流保護誤動作。對于這種情況采取將繞組中心抽頭的地線改接電機外殼，使中心抽頭懸浮即可。
2.3 諧波電流的影響
由于系統中有諧波分量的電力機車等設備運行時，會向系統注入一定的諧波電流，電容器組是諧波電流的主要負荷支路，電容器的等值阻抗比正常方式要小，因此電容器流過的諧波電流比正常方式要大，經過TA轉變到保護裝置的二次電流波形發生嚴重畸變，諧波與基波幅值疊加后，出現尖峰值較高的電流，當系統中的繼電器采用靜態抗飽和型電流繼電器時，由于其原理是檢測電流峰值，則電流波形畸變程度越大，該繼電器感受到的電流有效值比基波電流有效值大很多，則可能造成過電流保護誤動。對于這種情況，一般采用將靜態抗飽和型電流繼電器換成電磁型繼電器來防止誤動作。
2.4 沖擊電流的影響
電廠廠用電在與備用電源切換的過程中，在合閘瞬間會產生沖擊電流，沖擊電流是一個衰減極快的電流，它的大小與合閘速度有關，合閘時間越快，其殘壓衰減的越小，因此，備用變壓器母線電壓和電動機殘壓的壓差也越小，這樣其合閘沖擊電流也越小。當沖擊電流大于備用電源變壓器過電流保護整定值，就會使過電流保護誤動。對于這種情況，可以采用以下措施：①采用快速斷路器；②盡可能快地投上備用斷路器；③備用變壓器過電流保護加一定的時間延時以躲過沖擊電流。 （注冊安全工程師）
2.5變壓器環流的影響
當變壓器產生勵磁涌流時，由于勵磁涌流中含有大量二次諧波和三次諧波分量，而其中的三次諧波成分將耦合到低壓側的△繞組內部，在△繞組內部形成環流；當變壓器高壓側及出線發生接地故障時，將有零序電流產生，此零序電流同樣將耦合到變壓器低壓側的△繞組內部，在變壓器△繞組內部形成環流。對于變壓器低壓側過電流保護，當環流大于過電流保護整定值時，將會造成過電流保護誤動。對于由這種因素造成的過電流保護誤動，一般采用通過一定的時間延時來躲過。
2.6 電機啟動電流的影響
對于工業企業供電系統，由于其電網處于電力系統的末端，工作電壓很不穩定。在負荷高峰期，工作電壓可能低于額定電壓10%~20%，而在負荷低谷期又可能超過額定電壓10%~15%，因此，電機的實際啟動電流可能大于額定啟動電流，從而可能使過電流保護裝置誤動。 （考試大注冊安全工程師）
對于干線過電流保護的動作電流是按躲過最大一臺電機啟動，其他電機正常工作的條件整定的。這種計算方法在并聯電機臺數少，且各并聯電機容量相差較大時是合適的。若并聯電機臺數較多，各臺電機容量相近時，就有可能因多臺電機自啟動電流（各并聯電機之和）大于干線過電流保護動作電流而使干線過電流保護裝置誤動作。
有些機械設備在運行中需要反向運轉，有時甚至是急停急開，此時電機相當于反接制動。在此過程中，電機電流可能會達到額定啟動電流的2倍左右，因而也可能使過電流保護誤動。
對于這幾種情況下的誤動一般采用增大可靠系數的方法來防止其誤動。
2.7 弧光接地故障引起的誤動
如果接地故障不是一種純金屬性質的接地，而是一種間隙性的弧光接地故障時，當線路較短時，接地電流是很小的，在這種情況下，許多弧光接地故障變得不能自動熄滅。電力線路一旦發生了不能熄滅的弧光接地故障，由于電壓的升高，電容電流也會隨電壓的升高而增大。一旦這個電流達到了過電流保護的整定值，就會造成過電流保護誤動作。對于這種情況下的誤動，一般采用在電力線路中并聯電抗器，以及調整過電流保護整定值的方法來防止其誤動作。
2.8 系統振蕩的影響
當電力系統由于輸電線路輸送功率過大，超過靜穩定極限；或由于短路故障切除緩慢，以及非同期自動重合閘不成功等原因引起電力系統振蕩時，系統中會產生幅值和相位隨振蕩角不斷變化的振蕩電流，當振蕩電流大于過電流保護的動作值時，保護發生誤動作。但是振蕩時，系統失去穩定后的第一個振蕩周期較長，后來的振蕩周期就縮短。因此保護的動作時間只要大于1.5～2 s，則在振蕩中雖然過流繼電器會動作，但在出口元件動作之前過流繼電器又返回了，所以不會造成過電流保護誤動作。還可以在過流裝置中加入振蕩閉鎖裝置，當系統只發生振蕩而無故障時，振蕩閉鎖裝置將過電流保護可靠閉鎖，振蕩結束后立即將過電流保護開放，以實現對電力系統的保護。
2.9 運行維護上不到位
發電機反時限過電流保護，斷路器三相跳閘，誤動原因為發電機TA端子箱的電流端子發生松動，造成保護誤動。
線路AB相故障，同時，電廠發電機負序反時限保護誤動跳閘，原因是該保護時間繼電器（晶體管型）絕緣降低，失去時間特性，待負序電流動作即引起無時限跳閘。 發電機負序電流保護（老式電磁型）的電流回路插件內至大電流端子的接線有一相松動，產生負序電流，引起負序電流保護誤動，出口跳閘。
發電機負序過電流保護，插件接觸不良，造成保護誤動出口跳閘。
2.10 制造部門責任
發電機保護裝置內部電流回路的負序保護用小TA輸出接線柱脫焊，造成三相不平衡，引起TA斷線和負序過電流保護動作，發電機停機。
發電機負序電流保護（不對稱過負荷保護），因繼電器整定阻值變化，造成定值漂移，引起保護誤動跳閘。
發電機跳閘，出現“不對稱過負荷保護動作”信號，經檢查發現保護裝置內的繼電器絕緣不好，其接點直接接通出口跳閘。
發電機跳閘，出現“不對稱過負荷保護動作”信號，經查錄波圖發現發電機B、C相電流偏大，負序電流偏大，當時斷路器C相跳閘，因受跳閘沖擊，發電機產生較大負序電流，且裝置內元件性能不穩定引起誤動。
大霧天氣，多條220 kV線路跳閘，發電機負序過電流保護動作跳閘。繼電器采用積分原理構成，分析認為系統多次故障時，繼電器每次故障均充電，但其放電過程較慢，系統再次故障時動作跳閘。
關鍵詞:過流保護誤動作；勵磁涌流；諧波；振蕩閉鎖
我國目前正處在經濟發展的重要時期，各行各業對電力的需求日益增加。因此，預防用電事故就成為迫切需要解決的問題。電力系統在運行中，可能發生各種故障和不正常運行狀態，最常見的也是最危險的故障是發生各種形式的短路，在發生短路時流過故障點的短路電流很大，有可能破壞系統并列運行的穩定性，因此需要在系統中配置過電流保護。然而，在某些情況下，即使采用的過電流保護裝置的動作值和時間匹配得很合理，但由于與系統中其他的保護不能很好地配合而導致其誤動作，造成整個系統故障。因此隨著電網結構的日趨緊密，過電流保護能否正確動作，對電力系統安全、穩定運行非常重要。
1 相關概念
過電流保護的工作原理：當流過系統的電流值超過過電流保護裝置整定的動作值，且經過一定的時間延時后使保護裝置動作，切斷故障電路，這就是過電流保護的動作原理。
過電流保護接線方式：過電流保護的接線方式是指保護中電流互感器與繼電器的連接方式。正確地選擇保護的接線方式，對保護的技術、經濟性能都有很大影響。其基本接線方式有三種：三相三繼電器的完全星形接線方式，兩相兩繼電器的不完全星形接線方式，兩相一繼電器的兩相電流差接線方式。其中三相三繼電器完全星形接線方式，對各種形式的短路都起保護作用，且靈敏度高，而兩相兩繼電器不完全星形接線和兩相一繼電器的兩相電流差接線方式，只能對三相短路和各種相間短路起保護作用，當在沒有裝電流互感器的一相發生短路時，保護不會動作。
2 過電流保護誤動作原因及采取的措施
2.1 勵磁涌流與和應涌流的影響
勵磁涌流實質上是斷路器操作時引起的電磁暫態現象，是由于變壓器內磁通飽和而引起的。此外，自動勵磁調節裝置的自激振蕩和一次設備的鐵磁諧振等因素也會造成間隙性勵磁涌流，勵磁涌流的大小與合閘角有關，當合閘角為零時，變壓器鐵芯處于高度飽和狀態，勵磁涌流可達額定電流的6~8倍，即使不是合閘角為零的極端情況，也有可能使過電流保護誤動。對于這種誤動，一般采用帶有二次諧波閉鎖功能的電流保護，以防止勵磁涌流導致電流保護誤動。
當變電站有2臺以上主變時，一臺變壓器空載合閘，會產生勵磁涌流，而如果涌流較大，將使得并列運行的其他變壓器中產生和應涌流。和應涌流具有以下特征：①合閘變壓器電流始終具有涌流特征，但涌流衰減速度不一致，前面很快，取決于系統與變壓器電阻之和，后面很慢，僅與兩臺變壓器的原邊等效電阻有關；②系統電流大小與涌流大小相關，開始幾個周波有涌流特征，隨著和應涌流的出現，系統電流逐漸對稱起來，涌流特征消失，同時期衰減速度很慢，與此時變壓器涌流衰減的速度一致。和應涌流由于具有涌流特征，因此其幅值也很大，且其持續時間較長，容易造成保護誤動，對于這種情況，考慮提高電流定值或引入電壓閉鎖元件，防止過電流保護誤動。
2.2 不平衡電壓、電流的影響
當系統故障為電機三相繞組的中心抽頭錯誤接地所引起的時候，電網對地電壓會出現嚴重的不平衡，如此不平衡的電壓加在電機三相繞組上，就會出現過電流保護誤動作。對于這種情況采取將繞組中心抽頭的地線改接電機外殼，使中心抽頭懸浮即可。
2.3 諧波電流的影響
由于系統中有諧波分量的電力機車等設備運行時，會向系統注入一定的諧波電流，電容器組是諧波電流的主要負荷支路，電容器的等值阻抗比正常方式要小，因此電容器流過的諧波電流比正常方式要大，經過TA轉變到保護裝置的二次電流波形發生嚴重畸變，諧波與基波幅值疊加后，出現尖峰值較高的電流，當系統中的繼電器采用靜態抗飽和型電流繼電器時，由于其原理是檢測電流峰值，則電流波形畸變程度越大，該繼電器感受到的電流有效值比基波電流有效值大很多，則可能造成過電流保護誤動。對于這種情況，一般采用將靜態抗飽和型電流繼電器換成電磁型繼電器來防止誤動作。
2.4 沖擊電流的影響
電廠廠用電在與備用電源切換的過程中，在合閘瞬間會產生沖擊電流，沖擊電流是一個衰減極快的電流，它的大小與合閘速度有關，合閘時間越快，其殘壓衰減的越小，因此，備用變壓器母線電壓和電動機殘壓的壓差也越小，這樣其合閘沖擊電流也越小。當沖擊電流大于備用電源變壓器過電流保護整定值，就會使過電流保護誤動。對于這種情況，可以采用以下措施：①采用快速斷路器；②盡可能快地投上備用斷路器；③備用變壓器過電流保護加一定的時間延時以躲過沖擊電流。 （注冊安全工程師）
2.5變壓器環流的影響
當變壓器產生勵磁涌流時，由于勵磁涌流中含有大量二次諧波和三次諧波分量，而其中的三次諧波成分將耦合到低壓側的△繞組內部，在△繞組內部形成環流；當變壓器高壓側及出線發生接地故障時，將有零序電流產生，此零序電流同樣將耦合到變壓器低壓側的△繞組內部，在變壓器△繞組內部形成環流。對于變壓器低壓側過電流保護，當環流大于過電流保護整定值時，將會造成過電流保護誤動。對于由這種因素造成的過電流保護誤動，一般采用通過一定的時間延時來躲過。
2.6 電機啟動電流的影響
對于工業企業供電系統，由于其電網處于電力系統的末端，工作電壓很不穩定。在負荷高峰期，工作電壓可能低于額定電壓10%~20%，而在負荷低谷期又可能超過額定電壓10%~15%，因此，電機的實際啟動電流可能大于額定啟動電流，從而可能使過電流保護裝置誤動。 （考試大注冊安全工程師）
對于干線過電流保護的動作電流是按躲過最大一臺電機啟動，其他電機正常工作的條件整定的。這種計算方法在并聯電機臺數少，且各并聯電機容量相差較大時是合適的。若并聯電機臺數較多，各臺電機容量相近時，就有可能因多臺電機自啟動電流（各并聯電機之和）大于干線過電流保護動作電流而使干線過電流保護裝置誤動作。
有些機械設備在運行中需要反向運轉，有時甚至是急停急開，此時電機相當于反接制動。在此過程中，電機電流可能會達到額定啟動電流的2倍左右，因而也可能使過電流保護誤動。
對于這幾種情況下的誤動一般采用增大可靠系數的方法來防止其誤動。
2.7 弧光接地故障引起的誤動
如果接地故障不是一種純金屬性質的接地，而是一種間隙性的弧光接地故障時，當線路較短時，接地電流是很小的，在這種情況下，許多弧光接地故障變得不能自動熄滅。電力線路一旦發生了不能熄滅的弧光接地故障，由于電壓的升高，電容電流也會隨電壓的升高而增大。一旦這個電流達到了過電流保護的整定值，就會造成過電流保護誤動作。對于這種情況下的誤動，一般采用在電力線路中并聯電抗器，以及調整過電流保護整定值的方法來防止其誤動作。
2.8 系統振蕩的影響
當電力系統由于輸電線路輸送功率過大，超過靜穩定極限；或由于短路故障切除緩慢，以及非同期自動重合閘不成功等原因引起電力系統振蕩時，系統中會產生幅值和相位隨振蕩角不斷變化的振蕩電流，當振蕩電流大于過電流保護的動作值時，保護發生誤動作。但是振蕩時，系統失去穩定后的第一個振蕩周期較長，后來的振蕩周期就縮短。因此保護的動作時間只要大于1.5～2 s，則在振蕩中雖然過流繼電器會動作，但在出口元件動作之前過流繼電器又返回了，所以不會造成過電流保護誤動作。還可以在過流裝置中加入振蕩閉鎖裝置，當系統只發生振蕩而無故障時，振蕩閉鎖裝置將過電流保護可靠閉鎖，振蕩結束后立即將過電流保護開放，以實現對電力系統的保護。
2.9 運行維護上不到位
發電機反時限過電流保護，斷路器三相跳閘，誤動原因為發電機TA端子箱的電流端子發生松動，造成保護誤動。
線路AB相故障，同時，電廠發電機負序反時限保護誤動跳閘，原因是該保護時間繼電器（晶體管型）絕緣降低，失去時間特性，待負序電流動作即引起無時限跳閘。 發電機負序電流保護（老式電磁型）的電流回路插件內至大電流端子的接線有一相松動，產生負序電流，引起負序電流保護誤動，出口跳閘。
發電機負序過電流保護，插件接觸不良，造成保護誤動出口跳閘。
2.10 制造部門責任
發電機保護裝置內部電流回路的負序保護用小TA輸出接線柱脫焊，造成三相不平衡，引起TA斷線和負序過電流保護動作，發電機停機。
發電機負序電流保護（不對稱過負荷保護），因繼電器整定阻值變化，造成定值漂移，引起保護誤動跳閘。
發電機跳閘，出現“不對稱過負荷保護動作”信號，經檢查發現保護裝置內的繼電器絕緣不好，其接點直接接通出口跳閘。
發電機跳閘，出現“不對稱過負荷保護動作”信號，經查錄波圖發現發電機B、C相電流偏大，負序電流偏大，當時斷路器C相跳閘，因受跳閘沖擊，發電機產生較大負序電流，且裝置內元件性能不穩定引起誤動。
大霧天氣，多條220 kV線路跳閘，發電機負序過電流保護動作跳閘。繼電器采用積分原理構成，分析認為系統多次故障時，繼電器每次故障均充電，但其放電過程較慢，系統再次故障時動作跳閘。
