电力系统继电保护典型故障分析案例.docx

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电力系统继电保护典型故障分析案例

电力系统继电保护典型故障分析案例

电力系统继电保护典型故障分析案例

线路保护实例一：

单相故障跳三相

某220kV线路发生A相单相接地故障，第一套主保护（CKJ-2）发出A相跳闸令，第二套主保护（WXB-101）发出三跳相跳闸令。

原因分析：

由于两面保护屏的重合闸工作方式选择开关把手不一致造成。

保护是否选相跳闸，与重合闸工作方式有关。

当重合闸方式选择为单重和综重时，单相故障跳开单相，而当重合闸方式选择为三重和停用时，任何故障都跳开三相

两套保护时一般只投入一套重合闸。

另一套保护屏的重合闸出口压板应在断开位置。

由于另一套保护的中重合闸方式选择放在停用位置，致使该保护发出三跳命令。

线路保护实例二：

未接入外部故障停信开关量

某变电所母线PT爆炸，CT与开关之间发生三相短路，电厂侧高频保护拒动。

由后备保护距离II段跳闸。

故障发生后，由于对高频保护来说，认为是外部故障，变电所侧高频保护一直处于发信状态。

将电厂侧高频保护闭锁。

变电所侧认为母线故障，母差保护动作。

事故后检查发现，高频保护没有接入母差停信和断路器位置停信。

微机保护的停信接口：

1、本侧正方向元件动作保护停信。

2、其它保护动作停信（一般接母差保护的出口）。

3、断路器跳闸位置停信。

线路保护实例三

微机保护没有经过方向元件控制而误动出口。

问题：

整定中，方向元件没有投入。

硬压板，软压板（由控制字整定）

1、二者之间具有逻辑“与”的关系。

缺一不可。

2、硬压板：

保护屏上的实际压板。

3、软压板：

在软件中通过定值单中的控制字的某位为1或0控制保护功能的投退。

线路保护实例四：

1993年11月19日，葛双II回发生A相单相接地故障，线路两侧主保护60ms动作跳开A相。

葛厂侧过电压保护（1.4UN/0.3S）于420ms动作跳开三相，重合闸被闭锁。

联切葛厂两台机投水阻600MW,切鄂东负荷200MW。

事故原因分析

1、PT接线图

2、接线的问题：

（1）PT三点接地，违反《反措要点》，PT二次侧中性线只允许一点接地。

（2）开口三角的N与两星形中性线相连，违反《反措要点》，PT二次回路与三次回路独立。

（3）多点接地造成PT开口三角经电阻短路。

（4）电压互感器两组星形中性线在开关厂相连，违反《反措要点》，中性线从开关厂至保护室之间相互独立。

3、误动原因：

注意到PT开口三角的相电压是PT二次侧相电压的

倍。

过电压保护误动是在线路A相跳开后发生的

零序电压归算到PT二次侧

葛厂母线电压一般为：

540kV

PT变比：

与

由向量图可得：

所以：

PT二次电压：

线路保护实例五：

电流互感器极性接反引起高频保护误动

1998年3月27日20点11分，某电网220KV线路1由于雷击发生AC相短路，线路1两侧的高频保护（WXB-11C,WXB-15）正确动作。

然而线路2两侧的方向高频保护（WXB-15）同时误动跳开线路2。

在线路2恢复供电后，21点25分，线路1又发生BC两相故障，线路2的方向高频保护再次误动。

事故原因：

事故后检查发现，电厂侧线路2的两套保护的电流互感器极性接反，致使电厂侧的方向元件误判，而系统侧本来就是正方向，所以造成保护误动。

电网接线图如下：

线路一48MW

58MW

线路二丙站

24MW

220KV乙站

电厂系统

发电机差动保护误动原因分析

1定值整定不合理

发电机二次额定电流为3.59A

其最小动作电流为0.5A，相当于额定电流的0.14，比率制动系数为0.2，拐点电流为发电机额定二次电流。

发电机在并网时因冲击电流过大造成保护误动。

显然，保护的最小动作电流整定太小，比率制动系数偏低。

重新修改定值为：

最小动作电流为0.3额定二次电流，比率制动系数为0.4，拐点电流为0.7-1.0倍额定电流。

2发电机机端与中性点两侧的电流互感器特性差别大

西北某发电厂的400MW机组，定子额定电流为14256A双Y接线

机端CT变比为18000/5，中性点为每分支CT变比9000/5，两CT并联。

另加中间变流器为2/1。

1997年月上旬，距电厂较远的330线路上发生A相单相接地故障，发电机差动保护误动，经检查发现，发电机中性点侧的TA在500V左右开始出现饱和，而机端TA在700V时仍保持线性，这样在外部故障的暂态过程中，两侧CT的特性差异使差回路有电流造成保护误动。

西北某电厂5号机组为6MW，与同容量另一台机组构成大单元接线，经110KV母线与系统联系。

1998年3月18日，110KV出线发生AB相间短路，5号发电机差动保护误动。

事故后检查了A相差动的TA特性，发现中性点侧与机端的TA特性有很大的差异。

中性点TA的饱和电压只有20V，而机端TA的饱和电压达200V。

变压器差动保护拒动原因分析

1动作电流过大，灵敏度低

1996年7月13日，1号主变高压侧（220KV）B相穿墙套管折断，但不接地（相当于一相断开）1号主变差动保护拒动。

中性点零序保护动作，先跳开3、4、5号不接地变压器（变压器经间隙接地）

后又跳开1、2号接地变压器。

造成全厂停电。

原因是主变差动保护灵敏度低，而零序保护设计不合理。

由于采用的是老的BCH电磁型继电器构成的差动保护，整定电流为1.3倍变压器额定电流，在非全相时灵敏度不够，差动保护拒动。

由于非全相有零序电流，所以零序保护先跳不接地变压器，因1号变非全相仍有零序分量，继而跳开1、2号变压器。

2微机保护的软件和硬件问题

某变电站1号主变为90MVA。

有两套微机变压器保护。

差动保护为二次谐波制动和比率制动特性，设有断线闭锁，差动速断。

1998年6月27日，由于1号主变220KV侧隔离开关操作机构箱内受潮，操作回路绝缘下降，引起隔离开关带负荷自动分闸，造成弧光短路。

事故后1号主变差动保护拒动。

对侧5条线路的距离二段动作，将5条线路全部切除，事故扩大为3个220KV变电站，11个35KV变电站，1个燃汽轮机发电厂全部停电。

检查发现，故障点在变压器差动保护区内。

故障电流二次值为116A。

对保护装置进行实验检查发现，当电流大于80A时，A/D芯片溢出，采样得出的电流为0.2-0.3A。

另外，在故障电流大于80A时，断线闭锁判为电流回路断线，故两套差动保护均拒动。

变压器差动保护误动分析

1电流互感器极性错误

1997年4月21日10时58分，某厂2号主变压器差动保护区外故障误动。

事故后检查发现是电流互感器的极性错误所致。

1992年10月4日，某变电站330KV出线上发生故障，线路保护动作后重合闸动作，重合后又三相故障，此时1号变压器差动保护动作，切除变压器。

检查结果，330KV侧差动保护C相的极性接反造成外部故障差动保护误动。

1992年8月1日，因下雨1号主变330KV侧C相CT因闪络损坏，更换CT后因负荷太小没做实验，因而没发现C相CT极性错误。

1997年4月21日10点58分，某电厂2号主变差动保护在区外故障时误动。

1998年2月17日，某变电站1号主变差动保护在区外10KV出线上故障时误动。

两次误动的原因均因为电流互感器的极性接反，造成外部故障时保护误动。

2CT二次回路绝缘不良造成

1999年7月26日13时，某变电站4号主变差动保护误动，无故障跳开各侧断路器。

原因是4号主变的110KV侧差动CT的二次C相电缆绝缘破损致使C相导线与CT外壳接地，将该侧C相二次电流短路，差动保护误动。

1999年10月25日，2号发电机-变压器组的主变差动保护A相差动保护误动，切除了2号发变组。

1999年10月27日，2号发电机-变压器组的主变差动保护A相差动保护再次误动，切除了2号发变组。

原因是2号主变差动保护低压侧的差动CT的二次回路绝缘不良，在由A相TA端子至保护屏二次电缆A相芯线处有绝缘破坏的地方，在开停机过程中，由于振动大致使电缆接地，A相TA短接，差动保护误动。

某变电站的4号主变压器，系容量为240MVA的三绕组自耦变压器，其差动保护是按间断角原理构成的晶体管保护装置。

1999年7月26日13时，4号主变的差动保护动作，无故障跳开变压器各侧断路器。

事故后检查发现4号主变的差动保护110KV侧的差动TA二次C相电缆芯线绝缘破损，致使C4221导线与TA外壳接地，将C相电流短路，因而出现差流，保护误动。

3整定错误

2008年4月21日17时30分，某变电站主变压器低压侧电抗器出口故障，主变压器差动保护区外故障误动。

事故后检查发现是由于整定错误（国外保护，补偿相位错误）。

1999年6月7日8点49分，某220KV变电站的10KV线路故障，10KV保护正确动作，1号变的差动保护误动跳三侧。

1号主变的保护为微机保护，变压器的220KV及110KV侧的TA二次电流为1A，而10KV侧的TA二次电流为5A,在整定保护的平衡系数时没有考虑到这一情况，致使在外部故障时保护误动。

4工作人员错误造成的误动

1996年11月12日17时，某变电站3号主变差动保护误动，切除了3号变压器。

事故后查明原因是运行人员操作错误所致。

在主变保护盘上，将旁路断路器的差动TA二次与变压器同侧差动TA二次都接入差动保护中，致使差回路出现电流，引起保护误动。

1998年2月25日，某变电站2号主变差动保护误动，切除了2号变压器。

事故后查明原因是误将110KV侧旁路断路器的差动TA二次接为星形，而变压器220KV侧差动TA二次为三角形接线，在用旁路代110KV侧的102断路器时，由于差回路出现电流，引起保护误动。

1999年9月7日，某水电厂在检修工作中，误将3号主变差动保护TA短接，从而造成差动保护误动。

2000年5月24日19点58分，某电厂的仪表班工作人员对4号变压器的仪表进行消缺，短接TA二次端子时造成一相TA二次对N线短接，从而一相差动保护误的动。

4变压器空载合闸时保护误动

某变电站1号主变容量为240MVA，配有两套JCD-11型晶体管差动保护装置，动作特性为比率制动和二次谐波制动。

1999年8月4日3点3分，在330KV侧3322断路器对1号主变充电时两套差动保护均误动，跳开充电侧断路器。

1999年8月4日3点37分，在330KV侧3320断路器对1号主变充电时两套差动保护均误动，跳开3320断路器。

整定二次谐波制动比为0.19，因充电时变压器的励磁涌流中二次谐波含量低于该整定值，故保护误动，将该项定值修改为0.16，再次投入变压器，保护没有误动。

5由谐波和整定不合理引起的变压器差动保护误动

某变电站为上世纪70年代投运的330KV变电站，有两台容量分别为240MVA和150MVA的变压器。

差动保护采用间断角原理的晶体管保护装置。

投运初期差动保护频繁误动，误动的特点是多发生在低负荷情况下。

误动原因分析：

（1）调试错误。

误将闭锁角整定为30度，应该是60-65度。

（2）谐波的影响。

在按间断角原理构成的差动保护中，采用电

抗变换器将电流转换成电压送至逻辑回路。

由于电抗器对谐波具有放大作用，故电流中的高次谐波（主要是三次谐波）对保护影响大，分析表明，当电流为三次谐波时，保护的变得容易动作了

发电机失磁保护中的UL-P元件误动

西北某厂装有4台容量为400MW的水轮发电机，每台发电机配有两套失磁保护，一套为微机型，另一套为集成电路型，每套均配有

UL-P元件。

运行中发现，当有功负荷较大时，两套保护的该元件便误动。

经检查分析，是由于发电机的转子电压中的交流分量太大引起的。

其中6次谐波分量最大。

当转子直流电压为132V时，交流分量电压达1000V,这样就影响了保护对转子直流电压测量的准确性。

当直流电压较低时，测量结果基本一致，而当直流电压较高时，测量结果相差很大。

在转子电压为250V时，保护侧测量值只有104V.

当发电机负荷增大时，转子直流实际电压增大，UL-P元件的动作电压也随之升高，但由于转子电压中交流分量的影响，和直流变换回路霍尔元件的非线性特点，保护实际感受电压降低，所以，该元件会误动。

发电机失磁造成的电网电压崩溃

1972年9月18日，某电厂容量为125MW的5号机组向电网送出的无功为130Mvar，上午8点44分发电机突然式磁，机组未装设失磁保护，于是又从电网吸收无功120Mvar,电网失去250Mvar的无功，枢扭变电站220KV母线电压降至158KV，（临界电压为168KV）

地区电压崩溃，系统发生振荡，运行人员手动切除失磁机组机部分负荷，振荡平息。

全网共切除负荷440MW，最长停电时间1小时10分。

发电机定子接地保护拒动

某厂6号机，容量为300MW，配置的定子接地保护为双频式100%定子接地保护。

1998年6月，6号机在运行中因故主汽门，发电机逆功率运行。

解列过程中发电机差动保护、发变组差动、匝间保护全动作，切除了发电机。

同时，发电机汽侧冒烟，操作盘上有TV断线信号，但定子接地保护未动作。

开盖检查发现，发电机汽侧端部有几根线棒被烧坏，定子线棒之间，线棒与定子铁芯间有放电痕迹，定子端部铁芯烧损，属于发电机出口发生两相接地短路。

拒动原因分析:

由于基波零序电压接地保护采用了TV断线闭锁措施，而本次故障断线闭锁错误闭锁了保护，导致定子接地保护拒动。

断线闭锁原理为比较匝间保护专用PT与保护用一般PT的电压差构成。

动作条件为：

式中不带撇的是指专用PT二次电压，带撇的是指保护用PT的二次电压。

当该式满足时，说明专用TV二次断线，反之则认为是保护TV二次断线。

专用TV的中性点与发电机中性点相连，而保护用TV中性点与地连接。

发电机在机端接地时，保护用TV三相电压之和为零序电压，约为100V，而专用TV各相电压不变，三相电压之和近似为零，故认为是保护TV二次断线，将定子接地保护闭锁。

发电机定子接地保护误动

某厂3号机，容量为300MW，配置的定子接地保护为集成电路型双频式100%定子接地保护。

动作方程为：

1997年，曾两次发生发电机三次谐波接地保护误动，后经检查发现，中性点TV的二次电压并没有引入保护装置，而是错误的将中性点CT的二次线接入保护。

因此，对保护来说，UN3始终为零，发电机运行时，机端总有一定的三次谐波电压，且随负荷增大而增加，所以满足动作方程，造成保护误动。

发变组大差动保护误动

该厂有两台300MW发电机，各自通过360MVA变压器连接在220KV高压母线上。

大差动保护为比率制动特性，采用二次谐波闭锁涌流，保护用TA分别取自发电机中性点、主变高压侧和高厂变低压侧。

1995年5月，1号机并网运行，2号机停运。

准备用2号主变通过2号高厂变带厂用电在由220KV母线对2号变充电时，1号机大差动保护误动。

经多次试验研究分析误动原因如下：

整定值为：

最小动作电流2A，拐点电流4A,二次谐波制动系数0.18。

试验结果表明，在2号变压器充电时，1号变压器产生了和应涌流，在一定条件下（合闸角几变压器剩磁）差流中的基波分量可能大于保护的定值，而二次谐波的含量小于18%。

另外，发现保护TA二次回路电流端子质量不好，有打火现象，保护装置中，2次谐波谐振回路一个电容虚焊。

发电机匝间保护误动

西北某电厂的一台125MW发电机，经升压变压器接到110KV母线上，发电机配有纵向零序电压的匝间短路保护。

1998年12月21日，110KV出线发生B相接地故障，故障持续时间100ms，匝间保护误动，切除发电机。

1998年12月24日，110KV另一条出线发生C相接地故障，故障持续时间100ms，匝间保护误动，切除发电机。

1999年1月21日，由该厂供电的某变电站110KV线路发生B相接地故障，故障持续时间100ms，匝间保护误动，切除发电机。

1999年2月24日，该厂110KV线路发生A相接地故障，故障持续时间100ms，匝间保护的零序电压元件误动，但由于该保护加了200ms延时，故未切除发电机。

误动原因分：

对发电机匝间保护多次误动进行了分析，匝间保护零序电压元件的定值为4V，检查保护装置，专用PT和动作电压，均发现问题。

在区外发生单相接地故障时（110KV出线），拍摄到一次专用PT开口三角的电压波形，如图所示。

406080100t（ms）

可见，在外部接地故障时，专用PT开口三角有较大的基波电压，有效值达8V，超过保护的定值。

实测匝间保护中零序电压继电器最长动作时间30ms，出口中间位快速中间继电器，动作时间不大于30ms，由于出口继电器带电流自保持，故外部故障持续时间大于70ms，保护必然误动。

为防止外部故障时匝间保护误动，在匝间保护零序电压元件动作后加一个延时回路，延时为200ms，当增加延时后，保护再没误动。

也可在匝间保护中增加负序功率方向元件，在外部故障时闭锁保护。