电力系统方向性保护测试研究

【摘要】为了防止继电保护装置发生方向性选择错误，简要介绍电力系统中的电力变压器、高压线路及母差等保护在安装调试投运过程中的接线方法和向量测量方法及带负荷测试，为了保障电网高质量运行提供可靠性保证。

【关键词】保护装置;方向;接线;测试

引言

方向性选择是继电保护装置的重要功能之一，在110kV及以上的电压等级的线路保护和各电压等级的主变保护中，对保护的方向均有严格的规定。如继电保护装置发生方向性选择错误，将会引起事故或使事故扩大，损坏电气设备，甚至造成部分电力系统崩溃解列，从而引起大面积停电，判断继电保护装置的动作方向是否正确，必须注意以下问题。

1电流互感器的方向确定

电流互感器采用一次与二次的减极性确定，即电流从互感器的一次端L1端流进，二次电流从K1流出，则L1和K1为极性端，向量方向为L1指向L2，以下所说的均为向量指向。

2电力变压器保护

电力变压器的故障将会给系统的正常供电和安全运行带来严重后果，必须根据变压器在运行中可能发生的故障的类型保证方向的正确性。

2.1接线测试

因变压器的高低压侧的接线组别不同，为了正确的反映一次电流的幅值与相位，现在的微机保护装置能够通过根据定值输入一次接线组别和变比进行软件的相位与幅值调整，因此只需将差动电流互感器二次侧全部接线成星型，同时电流互感器的二次负载能力也将得到相应的提高。本人对电流互感器的二次方向在工作中的要求是：该电流互感器保护什么元件就指向什么元件。但是有些人在理解差动方向接线时认为：只要电流互感器的高低压侧方向同时指向变压器或同时指向母线就可以，如果单单从差动保护的原理来考虑的话是正确的，但是，更多的情况是一个电流互感器上有3个或更多的绕组，这样在对其他绕组利用在复合电压方向过流保护时，二次电流的方向是和实际的一次潮流相一致的，不然复合电压方向过流保护将在发生故障时将拒动和负荷达到一定额时将误动。故在接线时应将电流互感器的方向明确，根据潮流将二次的A/B/C相的s1电流端子接入保护装置。

2.2向量测试

在变压器投运前先在一次高低压侧用整组试验电流一相一相的查看电流回路是否对应及测量变比。变压器在空投成功带负荷之后，还应该实施带负荷测向量，对电流回路具体接线情况进行详细检查。而且带负荷前必须要把差动保护停用，之后用钳型相位表和观察保护装置准确测量每一侧相电流的实际有效值以及相位情况，从根本上确保装置所测量出来的向量差流Id能够保持在0.02Ie之下。从某种程度上讲，后备保护以及差动保护之间是存在较大差异的，而具体差异表现在：如果变压器外部出现短路，则通常情况下，保护方式就是有效保护方向能够准确指向低压侧，这种情况下，故障电流方向以及负荷潮流方向之间是保持一致的，然而故障电流往往要大于负荷电流很多。

3高压线路零序方向保护

如果中性点中能够直接接地的相关高压电网，也就说所谓的大接地系统出现接地短路问题的时候，则会发生相对较大的零序电压与电流，而实质上，正常情况之下，以上电压与电流往往是不会出现的。所以，可以借助零序电流对接地短路现象进行保护，优势明显，也已经在电力系统当中得到了非常广泛性的应用。根据相关研究结果显示，中性点接地电网当中出现的接地故障已经达到了总故障的百分之九十以上。从回路构成层面出发，一种是，零序电压在引入方面一般情况下会来源于电压互感器开口回路，而零序电流来自同侧电流互感器当中的中心线电流。而另一种则是自产零序，借助内部软件可以准确计算出相应的取出零序电压以及零序电流，有的时候有些保护装置具备当发现TV断线时，自动转取TV三次开口电压。

3.1接线情况

实现零序方向接线科学化，必须要在对线路接地故障进行保护的过程中，做到使零序电流以及零序电压相互间的相位关系能够进入到继电器动作区相对灵敏的位置。如果电流自母线所流向的线路是正值的时候，那么线路正方向出现故障，其零序电流的超前零序电压是180°-θ。公式当中的θ是变电所零序电源阻抗角。目前常用的零序方向继电器动作特性，有灵敏角为电流超前电压100°-110°和为电流滞后电压70°两种。前一种与正方向故障情况相一致，其电流和电压回路应按同极性与电流互感器和电压互感器相连。后一种则相反，应按反极性与电流互感器和电压互感器相连线。

3.2向量测试

对于微机保护，检查零序方向保护的动作方向比较容易。测试方法如下：

(1)记录线路或变压器的潮流分布;

(2)模拟单相接地故障(在保护端子上进行)，如在端子排上打开TV二次相电压输入端子，使UA=0,将电流互感器二次B、C相在端子排上短接，并打开内外端子的联片，使IB=IC=0。

(3)观察零序方向保护行为;

(4)在使IA=IC-0及IB=IA=0，观察零序方向的保护行为;

(5)根据零序方向保护元件的动作区及动作边界，判断其方向的正确性;

(6)在此试验过程中一个应该注意的情况是有的保护的零序启动条件是：当外接和自产零序电流均大于整定值时，零序启动元件动作，并展宽7秒，去开放出口继电器的正电源，这样在试验时应将此两个端子串入电流试验回路，否则零序将不动作，对于初投运的的线路或变压器，检查零序保护的方向有时是比较困难的，此时，为了仍能检查方向，可将该保护的动作电流改小。

4母差保护

在终端变电所和枢纽变电所，母线连接的元件甚多，这样在变电所母线发生故障时将会损坏众多电力设备，至少使一段母线上的负荷全部停电，破坏系统的稳定，因此母线保护装置必须能在内部故障时能快速有选择的切除和在外部故障时不能误动。

4.1接线要求

要求反映到保护装置上的各元件电流互感器极性应一致并方向指向母线，其中母联电流互感器用于母差的绕组应作为II段母线的一个元件考虑方向。这样在流入‖段母线的电流和应该为0，同理流入‖段母线的电流也应该为0。

4.2向量测试

根据基尔霍夫定律i∑=0，即可判断每一回流入母差保护装置的电流向量是否正确，在新的母差保护装置投运时均采取不投保护，然后采取一路一路接入二次电流，这样可根据界面上的显示的每路电流的大小和差流的大小以及钳型相位表的测量显示进行综合判断，看是否有那个元件的电流互感器的极性方向有误。

5总结

因保护装置方向性保护基本在各个元件保护中均有广泛应用，且在电流互感器安装时就应该考虑各保护的方向性配合观念，进行预防性维护管理，制定周期性测试维护计划并严格实施。真正意义上的改进与解决，需要从火炬设计、站场设计层面出发，在此不予讨论。

作者：侯贵宝 徐增宝   单位：江苏省电力公司检修分公司