继电保护故障处理技术与实例分析

《继电保护事故处理技术与实例》已经出版十几年了，作为实用性比较强的一本参考书，该书在指导现场工作方面发挥了重要作用，得到了电力部门同行以及高等学校师生的普遍认可。过去的十几年继电保护专业工作发生了重大变化，在电力系统中不仅投入了众多的新设备，同时也暴露出许多前所未有的问题，出现了一些信号误发、保护误动、断路器误跳、设备误停等事故处理的新素材。根据广大读者的需要，完成了这本《继电保护故障处理技术与实例分析》的编写工作。继电保护的故障处理是继电保护工作的重要环节，是电力系统故障处理的一部分。继电保护故障处理涉及以下三方面内容：第一，涉及继电保护的动作行为。即继电保护的误动与拒动方面不正确动作的行为，继电保护的误发与拒发方面不正确发信号的行为，还有与继电保护灵敏性、选择性、快速性、可靠性相违背的行为等问题。根据统计资料，按照保护的种类划分特点如下：发电机所配置的各类保护都有不正确动作的记录；变压器保护则是以差动保护的误动而著称；母线保护同样是差动保护的误动作具有代表性；线路保护表现的是高频问题突出；保护抗干扰差的性能给人带来了太多的烦恼；至于小系统、小电厂继电保护专业的故障也是居高不下。所有这些都是不正确动作的一面，值得认真对待。第二，涉及电力系统的故障。继电保护的故障往往会伴随着一次系统的故障而出现，或者说在一次系统的故障旋涡中酝酿着继电保护的故障，也就是说一次系统的故障是继电保护事故的滋生地，因此，继电保护的故障处理与电力系统的故障处理密切相关。对于一个发电厂，当一台机组故障停机甚至全厂停电时；对于一个变电站，当一台变压器故障停电甚至全站停电时；对于一个电力系统，当出现大面积停电甚至系统瓦解时，会有大量的断路器跳闸、保护动作、信息报警等现象。此时如何快速确定是一次设备故障，还是保护误动作，或是一、二次设备均有问题发生，是矛盾的主要方面，也是工作的难点所在。只有找到了故障设备，才能及时确定处理措施。可见，如何在大量的信息面前及时确定故障设备是非常关键的，在第一时间内寻找故障点，是电力系统故障处理完成的第一步。第三，涉及继电保护的专业工作。随着微机型继电保护的广泛使用，使得继电保护的运行与管理以及相关专业工作发生了深刻的变化，表现在设计、安装、调试、检修以及整定计算各个环节，特点是继电保护的配置复杂化，二次电缆的密度增加，一、二次设备的寿命差别太大，发电机组的电气控制与 DCS 的联系更加紧密，以及现场调试项目过于简化，现场工作过分依赖于设备生产厂家等。与此同时，继电保护事故处理的思路与以前相比出现明显的变化，表现在特殊运行方式下继电保护误动问题突出、二次回路故障的概率增加、断路器误跳问题依然存在、保护的动态特性差、定值问题突出、人为的事故尚未杜绝、变电站的无人职守增加了故障处理难度等。根据上述内容，该书所选的素材中，有的故障原因已经查明，有的原因却没有找到，但是其故障处理的过程，其故障分析的思路仍然具有参考价值，其预防故障再次发生的防范措施的意义仍然是积极的；并且所采取的防范措施或许已经避免了故障的再次发生。因此，为了便于故障分析和预防类似故障的再次发生，安排了不同的设备、不同故障类型的章节，希望能对读者有所裨益。当面对现场需要处理的故障时，不在于你的水平有多高，也不在于你的能力有多强，如果不往那里去想，就找不到正确的方向。因为，只要问题分析不到位，那就不一定找到故障点；就是找到了故障点，也不一定找到引发故障的原因；就是找到了故障原因，也不一定找到有针对性的防范措施。如此的因果关系链已经在现场若干的故障分析时得到证实。因此，必须运用一种正确的问题分析与处理的方法，才能够做到继电保护的快速事故处理。联想到2015 年华电继电保护技能大赛的故障处理现场，当选手面对一种设备时，首先考虑的是设备的功能，以及可能发生的问题，思路对者故障及时得到排除，成绩优秀。反之，交白卷的大有人在。本书通过实例的分析阐明了故障处理的思路，其解决问题的方法是可以借鉴的，掌握这些思路对读者了解继电保护原理、掌握设备的性能、丰富现场的知识、提高分析问题与解决问题的能力会有所帮助；掌握继电保护的故障处理技术，在电力系统故障的大风大浪面前不至于一筹莫展。对于电力系统，如果在增强工作人员素质、提高专业技术水平、加速事故处理速度、减少事故的概率等方面有所帮助，出版该书的愿望就实现了。虽然出版该书的愿望是美好的，旨在服务于现场、服务于专业、服务于电力发展、服务于未来，并将目前运行的不同容量、不同电压等级设备保护的问题分析展示给读者。但是，受电力系统现场实际故障素材的限制，在取材上难免存在较大片面性。好在这种片面性从侧面反映出了当今继电保护故障以及事故处理的趋势，表现出了专业工作的新特点。山东电力的同行们在提供资料方面做出了无私的贡献，其中李华东、刘卫东、马诚良、亓奎正、朱青、张高峰、王庆玉、张青青、张用、孙桂芳、李军、张广斌、卢永生、夏文辉、张国亮、陈志霞、葛峰、宋海青、尚绪勇、李怀东、于洪亮、王启岗、张文波、任卫村、朱静海、于爱民、杜宁宁、王兰花、张洪英、朱明波、李振强、李维勇、苏江海、马伟、宋立波、宋中炜等帮助做了大量工作，在此表示衷心的感谢。对于书中存在的错误，恳请读者及时批评指正。编著者 2021 年 12 月

本书是在总结许多起继电保护故障处理的经验教训的基础上写成的。本书详尽叙述继电保护误动或拒动等故障现象的过程，深入分析故障存在的原因，从理论上论证故障所产生的根源，给出故障处理的方法及应采取的防范措施。
全书共分七章，第 1 章全面介绍了电力系统出现的“信号误发、保护误动、断路器误跳、设备误停”的问题，并阐明了在现场开展工作所遵循的一般规则。第 2～6 章分别介绍了发电机保护、变压器保护、母线保
护、线路保护、断路器保护的故障处理。第 7 章介绍了其他设备保护及二次回路故障处理的特点与实例分析。

山东电力研究院是山东电力的科学技术创新中心、技术服务中心、检验测试中心和科学技术信息中心。研究院现在拥有职工610人，聘请院士顾问2人，拥有硕士、博士和博士后共计170余人。研究院学科带头人和技术骨干共计50余人，具有高级专业技术职称的专业人员所占的比例为51%。具有国家电力公司二级科学技术查新资格和国家一级档案管理资质，并且通过了ISO9001质量体系认证。研究院充分发挥“产学研一体化”所特有的工程性和生产性教学环境优势，以“双师型”教师队伍建设为重点，形成全日制教育与函授教育并举和学历教育与职工培训并举的全方位和多样化办学格局。高等专科学历教育设置8系1部，共计23个专业，在校学生共计4000余人。研究院突出“产学研一体化”发展优势，大力发展具有自主知识产权的高新技术产业，重点培育和发展高科学技术项目和高新技术企业。研究院组建的山东鲁能科学技术集团有限公司已经拥有11家成员企业。其中，8家省级高新技术企业，有5个产品列入国家火炬计划，1项产品列入2005国家重点计划推广项目，30多个产品列为省级火炬计划项目、省级软件产品和省级高新技术产品。

前言
第1章 继电保护的故障处理1 
第 1 节 继电保护的故障处理综述 1 
第 2 节 专业技术工作的观点概论 36 
第 3 节 继电保护故障的基本类型 55 
第 2 章 发电机保护的故障处理 70 
第 1 节 发电厂机组过电压与保护动作行为70 
第 2 节 热电机组封闭母线短路差动保护误动作73 
第 3 节 发电厂机组断路器爆炸导致强行励磁与零序保护动作76 
第 4 节 热电机组 TV 断线导致强行励磁与差动保护动作 80 
第 5 节 发电机组 AVC 调节电压越限与过励磁保护误动作83 
第 6 节 发电机组 TV 二次回路电压叠加与保护误动作87 
第 7 节 发电机组 TV 开口三角电压短路与匝间保护误动作 89 
第 8 节 发电机组转子绝缘损坏与接地保护动作行为 92 
第 9 节 热电机组转子两点接地与保护动作行为94 
第 10 节 发电机组 TV 断线导致定子匝间保护误动作98 
第 11 节 热电机组逆变灭磁误动作 103 
第 12 节 发电机组外部故障导致负序电流保护误动作 109 
第 13 节 发电机组 3U0 接地断线与定子接地保护误动作 114 
第 14 节 发电机组转子接地保护性能差导致误动作 120 
第 15 节 发电机组中性点引线接地与三次谐波保护动作行为 123 
第 16 节 热电机组励磁系统故障与保护动作行为 127 
第 17 节 发电机组定子接地与保护的延时动作行为 130 
第 18 节 发电机组 TA 二次开路与差动保护动作行为 134 
第 19 节 发电机组甩负荷时复合电压闭锁过电流保护误动作 138 
第 20 节 发电机组失步与两套保护不一致的动作行为 143 
第 3 章 变压器保护的故障处理149 
第 1 节 变压器不同方式下瓦斯保护的动作行为151 
第 2 节 高压厂用变压器匝间短路时差动保护动作行为 154 
第 3 节 变压器中性点运行方式对差动保护动作行为的影响159 
第 4 节 三圈变压器功率转移时差动保护误动作162 
第 5 节 线路故障时负荷侧变压器差动保护误动作 173 
第 6 节 热电厂母线故障时主变压器零序过电压保护误动作175 
第 7 节 变压器受损与系统故障及保护动作行为178 
第 8 节 发电厂启动备用变压器送电时差动保护误动作 183 
第 9 节 变压器差动保护在线路重合闸时误动作187 
第 10 节 变压器和应励磁涌流导致差动保护误动作 191 
第 11 节 发电机-变压器组差动保护性能问题导致的误动作194 
第 12 节 高阻抗变压器励磁涌流特性与保护的定值问题 197 
第 13 节 励磁变压器故障导致发电机首尾短路时差动保护误动作203 
第 14 节 发电厂变压器差动保护区外故障时误动作 205 
第 15 节 变压器低压侧短路与保护动作行为209 
第 16 节 高压厂用变压器低压侧零序过电流保护越级跳闸213 
第 17 节 变压器区外故障时地电流入侵与差动保护误动作216 
第 18 节 热电厂直流电源接地时瓦斯保护误动作221 
第 19 节 热电机组非同期并列时变压器差动保护误动作 225 
第 20 节 发电机组励磁变压器故障与保护的定值问题 229 
第 4 章 母线及母线设备保护的故障处理234 
第 1 节 发电厂母线保护 TA 的比差超标与区外故障时误动作235 
第 2 节 发电厂母线保护 TA 的两点接地与区外故障时误动作239 
第 3 节 变电站母线保护受 TA 剩磁影响在线路重合闸时误动作243 
第 4 节 发电厂母线保护三相电流不平衡时误发信号 251 
第 5 节 热电厂 35kV 母线系统 TV 烧毁与谐振过电压问题 253 
第 6 节 变电站母线保护误判母联断开与区外故障时误动作255 
第 7 节 变电站母线保护 TA 二次短路与区内故障时拒绝动作257 
第 8 节 变电站母联保护连接片功能混乱与系统操作时误动作259 
第 9 节 发电厂母线保护在特殊运行方式下的应用问题 262 
第 10 节 发电厂母线保护抗干扰问题与线路故障时误动作 267 
第 11 节 发电厂母线故障时保护不正确动作 272 
第 12 节 发电厂升压站 TA 故障与母线保护动作行为 277 
第 13 节 变电站母线故障断路器失灵误启动与母差保护误动作 283 
第 14 节 发电厂升压站母线保护的无故障跳闸 286 
第 15 节 智能变电站母线保护等调试过程中所暴露的问题 290 
第 16 节 智能站送电过程中母线保护的若干问题 295 
第 17 节 变电站 TA 故障与母线保护动作行为 298 
第 18 节 变电站线路故障时母线保护误动作 302 
第 19 节 热电厂的电缆故障与母线过电压 TV 损坏 303 
第 20 节 变电站母线 TV 二次电压异常与保护告警 308 
第 5 章 线路保护的故障处理 314 
第 1 节 线路保护采样值飘移导致的误动作 315 
第 2 节 110kV 线路故障时负荷侧保护的动作行为 320 
第 3 节 线路故障横差保护拒动引发的电气复故障 323 
第 4 节 谐波与负序电流对线路保护动作行为的影响 326 
第 5 节 零序保护连接片退出线路故障时给电网带来的混乱局面 329 
第 6 节 220kV 系统 TV 二次多点接地对保护动作行为的影响 331 
第 7 节 220kV 带自备发电厂的线路保护跳闸策略 337 
第 8 节 热电厂脱硫电缆线路差动保护区外故障时误动作 340 
第 9 节 500kV 线路过电压保护动作跳闸故障分析 343 
第 10 节 220kV 双回线路故障与跳闸相别不对应的问题 347 
第 11 节 220kV 线路断线与保护拒绝动作的行为 353 
第 12 节 220kV 线路接地故障导致相邻的高频电缆绝缘击穿 356 
第 13 节 500kV 变电站 TA 对地绝缘击穿与保护动作行为 359 
第 14 节 变电站倒闸操作导致线路 TV 故障与过电压保护误动作 362 
第15节 线路 TV 二次中性点漂移导致过电压保护误动作 364 
第 16 节 线路 TV 二次电压波形畸变与过电压保护误动作 368 
第 17 节 发电机-变压器-线路组重合闸设置问题 370 
第 18 节 220kV 相邻线路重合到永久性故障时保护误动作 373 
第 19 节 220kV 线路保护光纤通道的故障分析 376 
第 20 节 220kV 线路背后单相接地故障时高频保护误动作 378 
第 21 节 线路结合滤波器特性变坏与高频保护通道故障报警381 
第 22 节 收信间断导致区外线路故障时高频保护误动作 385 
第 23 节 线路阻波器特性变坏与高频收信异常告警 387 
第 24 节 线路收发信机误启动与通道高频干扰问题 389 
第 6 章 断路器控制与保护的故障处理 392 
第 1 节 热电厂升压站母联断路器保护抗干扰问题与误动跳闸393 
第 2 节 热电厂线路及桥联断路器保护抗干扰问题与无故障跳闸396 
第 3 节 线路送电断路器合闸后 A 相跳开的非全相问题400 
第 4 节 热电厂升压站母联断路器三相不一致保护拒绝动作403 
第 5 节 发电厂线路断路器拒绝跳闸与保护动作行为 406 
第 6 节 发电厂线路故障断路器跳闸失灵与保护误动作 409 
第 7 节 变电站工频交流干扰直流系统与跳闸继电器误动作 411 
第 8 节 热电厂机组磁场断路器误跳失磁与保护动作行为421 
第 9 节 变电站交流混入直流控制系统导致多台断路器跳闸425 
第 10 节 变电站断路器跳闸与继电器端子绝缘击穿 429 
第 11 节 发电厂升压站断路器断口绝缘击穿与死区保护误动作431 
第 12 节 发电厂升压站断路器失灵保护误动作435 
第 13 节 发电厂升压站断路器三相不一致保护误动作 438 
第 14 节 发电机组磁场断路器误动跳闸灭磁440 
第 15 节 发电机组 DCS 远方启动出口断路器跳闸 442 
第 16 节 线路控制回路绝缘击穿与断路器误动跳闸 445 
第 17 节 变压器高压侧断路器非全相故障与保护拒绝动作448 
第 18 节 发电厂直流系统接地引发的全厂停电449 
第 19 节 发电厂线路故障与断路器跳闸失灵后相关保护动作行为454 
第 20 节 发电厂直流系统接地引发的断路器跳闸与机组全停459 
第 7 章 其他设备保护与二次回路的故障处理463 
第 1 节 热电厂线路故障与地电位升高反击二次设备 463 
第 2 节 由系统谐振引发的热电厂电气复故障467 
第 3 节 热电厂电缆故障全厂停电与保护动作行为 473 
第 4 节 发电机组断路器跳闸与 DCS 机跳电保护误动作476 
第 5 节 ZUZ 发电厂机组 TV 对地悬空与中性点电位漂移 3U0 报警 480 
第 6 节 化工热电厂机组定子接地保护跳闸问题分析 482 
第 7 节 发电厂 DCS 机跳电保护误动作引发的电气复故障 486 
第 8 节 发电机组带线路升压时误强励与过电压保护动作行为 493 
第 9 节 发电厂 TV 二次系统一点接地与悬浮电位问题 495 
第 10 节 热电厂 6kV 电源分支故障时厂用变压器差动保护延时动作 498 
第 11 节 发电厂给水泵电动机启动时差动保护误动作 503 
第 12 节 发电厂工作电源外接线路故障时机组全停与保护整定问题 504 
第 13 节 发电厂水源地长线路供电系统故障与保护配置 507 
第 14 节 热电厂水源地线路故障零序保护误动作 511 
第 15 节 热电厂工作电源切换不成功导致机组全停 512 
第 16 节 热电厂化学水供电系统故障与保护的应用问题 516 
第 17 节 10kV 无功综合补偿系统的故障特征与保护配置 518 
第 18 节 发电厂增压风机电动机反送电流速段保护误动作 525 
第 19 节 发电厂的系统电压调整与机组过励磁保护误动作 528 
第 20 节 热电厂机组故障与保护的动作行为 532 
后记538

本书详尽叙述继电保护误动或拒动等故障现象的过程，深入分析故障存在的原因，从理论上论证故障所产生的根源，给出故障处理的方法及应采取的防范措施。