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简谈电力系统继电保护定值整定和故障分析
本文浅谈了电力系统继电保护应当满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性的要求以达到在电力系统被保护元件发生故障的时候，继电保护装置能自动、有选择性地将发生故障元件从电力系统中切除掉来保证无故障部分恢复正常运行状态，使故障元件避免继续遭到损害，以减少停电的范围的最终目的；供电系统覆盖的地域广、运行环境复杂、设备的隐患和各种人为因素的影响，电气故障的发生难以避免。在电力系统中的任何事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响，为了确保配电系统的正常运行。必须正确地设置继电保护装置，分析继电保护的故障和总结常见的一般故障的处理方法。
一、电力系统继电保护介绍
1、继电保护的作用
在电力系统被保护元件发生故障的时候，继电保护装置能自动、有选择性地将发生故障元件从电力系统中切除掉来保证无故障部分 恢复正常运行状态，使故障元件避免继续遭到损害，以减少停电的范围;同时，继电保护装置也是电力系统的监控装置，可以及时测量系统电流电压，从而反映系统设备运行状态。
2、继电保护的组成
继电保护一般由输入部分、测量部分、逻辑判断部分和输出执行部分组成。现场信号输入部分一般是要进行必要的前置处理。测量信 号要转换为逻辑信号，根据测量部分各输出量的大小、性质、逻辑状态、输出顺序等信息，按照一定的逻辑关系组合运算最后确定执行动作，由输出执行部分完成最终任务。
二、继电保护的定值整定
继电保护整定的基本要求也应当满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性的要求。
为实现继电保护的四个基本特性，必须对继电保护装置进行最科学的选择及应用。这就用到了技术人员通常说的整定计算。整定计算是通过对电力系统的各个参数进行分析，对系统各点进行短路计算，从而得到短路电路、暂态电流、励磁涌流等等各种数据。根据这些数据分析确定各种保护的定值，来保证继电器的可靠性和选择性。对于保护对象的分析中，了解常见的故障类型，从而加上延时、方向以及电压闭锁等元素来保障继电保护的灵敏性和选择性。
(一)过流保护
1、反时限过电流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小有关，短路电流越大，动作时间越短；短路电流越小，动作时间越长，这种保护就叫做反时限过电流保护。主要应用于一般用户端的进线保护。
2、定时限过电流保护的动作时间与短路电流的大小无关，时间是恒定的，时间是靠时间继电器的整定来获得的。在10kV中性点不接地系统中，广泛采用的两相两继电器的定时限过电流保护。它是由两只电流互感器和两只电流继电器、一只时间继电器和一只信号继电器构成。保护装置的动作时间只决定于时间继电器的预先整定的时间，而与被保护回路的短路电流大小无关，所以这种过电流保护称为定时限过电流保护。它一般采用直流操作，须设置直流屏。一般应用在电力系统中变配电所，作为10kV出线开关的电流保护。
3、过电流保护的保护范围是可以保护设备的全部，也可以保护线路的全长，还可以作为相临下一级线路穿越性故障的后备保护。
4、动作电流的整定计算。过流保护装置中的电流继电器动作电流的整定原则，是按照躲过被保护线路中可能出现的最大负荷电流来考虑的。也就是只有在被保护线路故障时才启动，而在最大负荷电流出现时不应动作。减少拒动和误动作几率，是继电保护可靠性的重点。

为此必须满足以下两个条件：
(1)在正常情况下，出现最大负荷电流时(即电动机的启动和自启动电流，以及用户负荷的突增和线路中出现的尖峰电流等)不应动作。
(2)保护装置在外部故障切除后应能可靠地返回。
5、动作时限的整定原则：为使过电流保护具有一定的选择性，各相临元件的过电流保护应具有不同的动作时间。各级保护装置的动作时限是由末端向电源端逐级增大的。可是，越靠近电源端线路的阻抗越小，短路电流将越大，而保护的动作时间越长。也就是说过电流 保护存在着缺陷。这种缺陷就必须由电流速断保护来弥补不可。
(二)、电流速断保护
(1)电流速断保护：电流速断保护是一种无时限或略带时限动作的一种电流保护。它能在最短的时间内迅速切除短路故障，减小故障持续时间，防止事故扩大。电流速断保护又分为瞬时电流速断保护和略带时限的电流速断保护两种。
电流速断保护的构成：电流速断保护是由电磁式中间继电器(作为出口元件)、电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)构成的。它一般不需要时间继电器。瞬时电流速断保护的整定原则和保护范围：瞬时电流速断保护与过电流保护的区别，在于它的动作电流值不是躲过最大负荷电流，而是必须大于保护范围外部短路时的最大短路电流。当在被保护线路 外部发生短路时，它不会动作。
(2)延时电流速断保护瞬时电流速断保护最大的优点是动作迅速，但只能保护线路的首端。而定时限过电流保护虽能保护线路的全长，但动作时限太长。因此，它的保护范围就必然会延伸到下一段线路的始端去。这样，当下一段线路始端发生短路时，保护也会起动。为了保证选择性的要求，须使其动作时限比下一段线路的瞬时电流速断保护大一个时限级差，其动作电流也要比下一段线路瞬时电流速断保护的动作电流大一些。略带延时的电流速断保护可作为被保护线路的主保护。
(三)、两(三)段式过电流保护组合装置
由于瞬时电流速断保护只能保护线路的一部分，所以不能作为线路的主保护，而只能作为加速切除线路首端故障的辅助保护；略带时限的电流速断保护能保护线路的全长，可作为本线路的主保护，但不能作为下一段线路的后备保护；定时限过电流保护既可作为本级线路的后备保护（当动作时限短时，也可作为主保护，而不再装设略带时限的电流速断保护），还可以作为相临下一级线路的后备保护，为集合保护优点和简化保护配置及整定计算，同时对线路进行可靠而有效的保护，常把瞬时电流速断保护、延时电流速断保护和定时限过电流保护相配合构成分段式电流保护。工作中常见两段式电流保护。
(四)、差速保护
在小容量的降压变压器上常采用电流速断保护，当灵敏度不够时，可采用差动电流速断保护。因此，差动电流速断保护实质上就是提高灵敏度而装设在差动回路内电流速断保护，它瞬时动作于断路器跳闸。差动电流速断保护动作迅速，但由于整定值大，用于大容量变压器时灵敏度很低。
差动电流速断保护的动作电流应该按照避越变压器空载投入时的励磁涌流和外部故障时的最大不平衡电流来整定。
(五)、过负荷
利用一个电流元件和时间元件，构成过电流解列装置。它的时间整定一般大于后备保护的动作时间。过负荷采用三相电流中任何一相作为动作量即可，因为过负荷时，系统的三相功率是平衡的。
对于0.4MVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。当过负荷动作后，仅给出信号，以引起值班人员的注意，因为变压器允许一定范围的过负荷。

三、继电保护常见的故障分析
1、定值问题
1)整定计算误差2)人为整定错误3)元器件老化及损坏4)微保装置校对系数偏差
2、电源问题
1)逆变稳压电源的波纹系数过高或输出功率不足、稳定性差；
2)直流熔丝配置型号混乱难以辨别，容易使用出错，建议保护使用的直流熔丝和小型空气断路器的特性配合；
3)微保带直流电源操作插件极易损坏高集成度的插件，如要操作，必须有人监护，优先停装置电源。
3、电流互感饱和故障
1)在常态短路情况下，越大电流互感器误差是随着一次短路电流倍数增大而增大，当电流速断保护使灵敏度降低时就可能阻止动作。
2)在线路短路时，由于电流互感器的电流出现了饱和，而再次感应的二次电流小或者接近于零，也会导致定时限过流保护装置无法展开动作。当在配电系统的出口线过流保护拒绝动作时而导致配电所进口线保护动作了，则会使整个配电系统出现断电的状况。
4、开关保护设备的问题或开关柜使用不当
采用负荷开关或与其组合的继电器设备系统作为开关保护的设备。试验时需检验二次回路是否正常，断路器机械结构和线圈是否完好，断路器手车是否到试验位置，开关柜的接地刀闸是否到位，保护装置和断路器的供电熔丝是否到位。
四、常见的继电保护故障的处理方法
1)替换法：用完好的元件代替被认定有故障的元件，来判断它的好与坏，可以快速缩小故障的查找范围；
2)参照法：通过对正常设备和非正常设备的相关技术参数对比，找出不正常设备的故障点，或者将故障装置的各种参数或以前的检验报告进行比较，差别较大的部位就是故障点。这个方法主要用于检查接线错误、定值校验过程中测试值与预想值有比较大差异的故障。在进行改造和设备更换之后二次接线不能正确恢复时，可参照同类设备的接线。并在继电器定值校验时，如果发现某一只继电器测试值与整定值相差得比较远，此时，不可以轻易做出判断，判断该继电器特性不好，应当调整继电器上的刻度值，可用同只表计去测量其他相同回 路同类继电器进行比较。
3)短接法：将回路某一段或一部分用短接线短接，来进行判断 故障是否存在短接线范围内或者其他地方，这样来确定故障范围。此法主要是用在电磁锁失灵、电流回路开路、切换继电器不动作、判断控制等转换开关的接点是否完好。
4)模拟法：该方法是指在良好的装置上根据原理图(一般由厂家配合)对其部位进行脱焊、开路或改变相应元件参数，观察装置有无相同的故障现象出现，若有相同的故障现象出现，则故障部位或损坏的元件被确认。
五、确保电力系统继电保护正常运行的措施
继电保护的完好运行是电力系统的重要安全保障。在安全第一的今天，合理的人员配置，使人员调度和协助能顺利进行，明确人员工作目标，保证电力正常运行；完善规章制度，根据继电保护的特点，健全和完善保护装置运行管理的规章制度，对二次设备实行状态监测方法，对综合自动化变电站而言，容易实现继电保护状态监测。
六、总结
随着电力系统的快速发展，计算机和通信技术快速提高，继电保护技术也会面临新的挑战和机遇，其将沿着计算机化、网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化的发展方向去发展。这对继电保护从业者提出了更高的要求，也开拓了更广阔的天地。我们将不断学习和总结继电保护技术，推动新技术的引进、应用，为我国电力技术的进步做出应有的贡献。

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