京包线牵引变电所保护越级动作典型故障分析

秦士杰，谭 全



京包线牵引变电所保护越级动作典型故障分析

秦士杰，谭 全

针对京包线牵引变电所综合自动化保护装置在运行中发生的2起典型保护越级动作故障进行深入分析，找出故障原因，并采取针对性的防范措施，极大提高了保护动作的可靠性。

牵引变电所；保护越级；误动；分析

0 引言

继电保护装置的一个重要作用是有选择地切除故障线路，最大限度地缩小停电范围，保证非故障区段可靠运行。若线路发生故障后保护装置不能可靠动作，将导致上一级保护越级动作，从而使停电范围扩大，对设备的可靠运行极其不利。为消除该类保护越级动作故障，减小牵引变电所停电范围，本文以京包线近几年发生的2起典型故障为例，进行分析和探讨。

1 差动保护越级动作

1.1 故障概况

2014年6月25日02：44，京包线呼东变电所2#主变比率差动保护动作，变电所内17FA避雷器动作。当时为雷雨天气。

1.2 跳闸数据分析

呼东变电所2#主变差动保护跳闸数据见表1。

通过对跳闸数据进行分析，2#主变因B相差动电流超过定值引起差动跳闸，且跳闸时刻主变高低压侧B相电流值均较大，说明在差动保护区段外发生了短路故障。对各馈线保护装置负荷进行统计检查发现，2014年6月25日02：44：01，馈线214DL最大电流为4 855 A，最小电压为3 459 V，充分证明该大电流为214DL馈线近端出现瞬时短路故障引起。

表1 差动保护跳闸数据

注：平衡系数为1，保护装置为国电南自保护装置。

1.3 原因分析

检查2#主变低压侧202ADL、202BDL电流互感器二次线圈发现，用于差动保护的二次线圈准确级为0.5，与竣工图纸中规定的10P10不符。在差动保护区段外负荷侧出现较大短路电流的情况下，二次线圈严重饱和，造成测量数据误差较大，尤其电流相量误差较大（高、低压侧电流相角差40.6°），使高低压侧出现较大的不平衡电流（图1）。因此，2#主变比率差动保护动作属于保护越级误动。

图1 畸变的故障录波

另外，该类问题通常在设备运行多年后才可能被发现（只有使用准确级为0.5的电流互感器检测短路电流，且当短路电流达到一定数值后才会出现较大误差）。调阅呼东变电所馈线跳闸报告，在以往的跳闸数据中最大短路电流为3 824 A，并未引起主变差动保护误动作，而本次最大短路电流为4 855 A，b电流曲线明显为非正弦波，最终导致差动保护误动作。

1.4 馈线214DL保护未动作原因

馈线214DL主保护为电流速断保护和阻抗Ⅰ段保护，动作时限均为0.10 s，2#主变比率差动保护动作时限为0.00 s，因此故障发生时虽同时达到馈线主保护和主变比率差动保护的动作条件，但因保护动作时限，馈线214DL主保护未动作。

1.5 防范措施

调整2#主变低压侧202ADL、202BDL电流互感器用于差动保护二次线圈接线，使其准确级符合图纸中规定的10P10。对京包线其他牵引变压器差动保护电流互感器接线进行排查，共计发现10处类似问题，并全部整改，大大提高了设备可靠性。

另外，该类问题的发生主要是由于实际设备与设计图纸要求不符导致。因此，在交接试验中，试验人员不仅要检查二次接线正确性，还要认真核对设备各项特性，确保与设计要求相符。

2 主变低压过流保护越级动作

2.1 故障概况

2014年9月1日05：13：36，京包线毕克齐变电所2#主变低压侧的202BDL低电压启动过电流保护动作跳闸，05：14：24供电调度远动闭合202BDL，变电所恢复正常供电。当时为小雨天气。

2.2 跳闸数据分析

毕克齐变电所2#主变后备保护装置低压启动的过流保护跳闸数据见表2。

表2 过流保护跳闸数据

通过对跳闸数据进行分析，主变低压侧b相跳闸数据达到了保护动作条件，低压启动的过流保护属正常动作。对保护范围内的所有设备进行检查，并未发现异常情况，随后调阅b相所带4条馈线（京包线陶思浩上下行222、224馈线，集包线陶思浩上下行262、264馈线）最大负荷数据，发现馈线222DL最大负荷电流为1 194 A（二次值为4.78 A），电压15.89 kV（二次值为57.78 V），阻抗角31.2°，其余3条馈线负荷电流均正常。主变低压侧202B断路器跳闸原因为222馈线存在短路故障。

2.3 馈线222DL保护未动作的原因分析

调阅馈线222DL保护装置定值单见表3。

表3 馈线222DL保护定值

2.3.1 电流速断、过电流保护未动作原因

由于馈线222DL短路故障时最大短路电流为4.78 A，均小于电流速断定值10.13 A和过电流保护定值8.14 A，电流速断、过电流保护均未动作。

2.3.2 阻抗Ⅰ段、Ⅱ段未动作原因

阻抗保护为平行四边形特性，阻抗图形见图2。

图2 平行四边形阻抗保护

通过计算，故障时刻222DL线路上的阻抗值大于阻抗Ⅰ段阻抗值，小于阻抗Ⅱ段阻抗值，如果保护动作，其阻抗角必须大于38°，否则该线路阻抗将落在四边形外侧，不会引起阻抗保护动作，而222DL最大负荷时刻的阻抗角为31.2°，故阻抗Ⅰ段、Ⅱ段未动作是合理的。

2.4 防范措施

通过上述分析，说明馈线222DL缺少高阻接地保护，若馈线发生高阻接地故障，不能及时切除故障线路，对馈线设备的危害极大。因此，馈线保护需增设对高阻接地故障较灵敏的电流增量保护。

比较短路与负荷2种状态可知，无论是牵引运行工况还是再生制动工况，负荷电流中均含有大量高次谐波（3次谐波为主），另外当AT或机车变压器投入时产生的励磁涌流含有很高的二次谐波分量，而短路故障时，故障电流基本是基波，故利用高次谐波抑制、二次谐波闭锁功能，通过判断基波电流增量而动作的D保护，可以不受机车再生负荷的影响，并作为距离保护的后备保护对高阻接地故障能起到较好的保护作用。

对馈线保护装置增设电流增量保护后，再未发生保护越级动作的情况。

3 结语

在实际设备运行过程中，引起保护装置越级动作的原因多种多样，如断路器拒动、保护定值设置不合理、各级保护定值及时限设置不匹配等，都可能造成保护越级动作，使停电范围扩大。因此，一旦出现保护越级动作，必须找出其根本原因，并制订切实可行的处理方案，保证设备安全可靠运行。

[1] 周鹤良. 电气工程师手册[M]. 北京：中国电力出版社，2008：1175-1190.

[2] 陈英涛. 继电保护与综合自动化系统[M]. 北京：化学工业出版社，2007：75-82.

[3] 杨玉菲. 电气化铁道供电系统[M]. 北京：中国铁道出版社，2007：15-28.

[4] 孙金华，陈敬锋. 牵引变电所馈线保护装置拒动事件分析[J]. 电气化铁道，2012，23（5）：15-16+20.

With regard to deep analysis of two cases of typical faults of override action protection during operation of automation protection device in traction substation on Beijing-Baotou railway line, the causes of faults have been obtained, related protection measures have been taken, and the reliability of protection actions have been improved dramatically.

Traction substation; override protection; miss operation; analysis

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.03.026

U224.4

B

1007-936X(2018)03-0084-03

2017-10-16

秦士杰，谭 全.中铁电气化铁路运营管理有限公司呼和浩特公司供电维管段，助理工程师。