防止越级跳闸研讨会

防止越级跳闸研讨会

一、术语：

越级跳闸：是指电力系统故障时，应由保护整定优先跳闸的断路器来切除故障，但因故由其它断路器跳闸来切除故障，这样的跳闸行为称为越级跳闸。

短路是指电力系统运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接。包括对称性（三相短路）和不对称性（两相短路、两相接地短路、单相接地短路）。

若供电电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的5%～10%时，则可认为供电电源为无限大功率电源，则可认为这种情况下外部发生短路对电源影响很小，近似为电源电压幅值和频率保持恒定。

短路电压残压计算=本线路电抗值*Un/本线路电抗值+系统电抗值系统短路容量=sj基准容量/系统电抗值

二、越级跳闸的成因：

2.1、保护定值整定不当，特别是上下级保护定值配合不当，当下级发生故障时本级保护不动作或上下级保护同时动作；

2.2、上下级保护时限配合不当，当发生故障时下级保护时限未到而达到上级时限使上级保护动作；进线与出线的继电保护的整定值和时限的配合很重要，否则很容易发生越级跳闸。

进线与出线的过流靠过流值与时间差来保证继电保护的选样性。过流配合的时间差一般应小于0.5秒，虽然现在高压开关都选用真空断路器，其固有动作时间比较小，但开关的固有动作时间、继电保护出口

时间、中间继电器的动作时间以及操作机构的动作时间与继电保护整定时间都有一定关系。所以进线与出线过流保护的时间差整定太小，也容易发生越级跳闸。

2.3、继电保护回路接线错误，如将电流继电器串联结成并联而使保护定值增大一倍，将电流继电器并接结成串接而使保护定值缩小一倍，保护二次回路接线错误将速断接为过流，将过流结为速断，当回路故障而整定值正确时不能正确动作；

2.4、继电器、断路器可动系统卡涩，触点接触不良，跳闸线圈烧毁，当保护正常动作时不能接通跳闸回路；

2.5、用于继电保护的电流互感器参数选择不当，特别是电流互感器的抗饱和能力不足，当系统的短路电流很大时，电流互感器铁心将发生严重过饱和现象，在稳态对称短路电流（无非周期分量）下，影响互感器饱和的主要因素是：短路电流幅值、二次回路（包括互感器二次绕组）的阻抗、TA的励磁阻抗、TA匝数比和剩磁等。我公司选用5p10或10p20、0.5或0.2级精度。0.5级误差就是正负0.5%. 0.2级误差就是正负0.2%。

2.6、直流系统设计缺陷或故障。

三、公司变配电系统简介

本公司变电系统采用110/10kv电压等级单回路进线，10kv母线侧采用两主变并列运行，至各车间电气室线路采用放射式结构。以高枧站965开关为例见下图。

四、故障现象

自电站投运多年以来，每年会出现几起不同性质的短路故障，短路发生同时多数情况下会出现多级开关同时越级跳闸，偶尔出现车间侧开关未跳（与低电压定值设定有关），而总将侧开关跳闸，同时余热发电机组因短路点短路容量大，发电机励磁电流陡增，超出自身电流速断保护定值（3000A和4000A）动作而解列。车间用电因总降开关跳闸后引起电机柜低电压动作及变压器失电，造成整条生产工序停滞，突然掉电对运转设备造成冲击，产品生产成本增加，员工及设备安全受到影响。其次余热发电解列也要1～2小时才可恢复正常并网。针对这一越级跳闸现象，我部门向电力部门继保工程师咨询分析原因及对策，初步拟定应对方案。重新将系统保护定值计算、修定，减少越级跳闸这一现象。

五、分析计算

5.1系统电抗计算

10kv系统我们通常采用标幺值进行计算：（标幺值是一种相对单位

制，电参数的标幺值为其有名制与基准值之比）。

通常取：基准容量Sj=100MVA

基准电压Uj=Up=1.05Ue=1.05*10=10.5KV

基准电流Ij=Sj/√3*Uj=100/√3*10.5=5.5kA

基准电抗Xj=Uj/√3*Ij=Uj 2/Sj=10.52/100=1.1Ω

由峨眉电力公司2013年提供两分厂变电站10kv 系统分别在大、小方式下的系统阻抗值如下：

临江站：大方式 1号、2号主变并列运行 标幺值=0.1621

小方式 1号主变单独运行 标幺值=0.3403 高枧站：大方式 1号、2号主变并列运行 标幺值=0.181

小方式 2号主变单独运行 标幺值=0.4593

5.2计算短路点A 处的电抗相对值

采用2根并接3*120电缆，单根阻抗X 0=0.076 线路L=700m

Xaj=X 0*L*2Uj Sj =2076.0*0.7*25

.10100=0.024Ω A 点的短路电流计算

大方式：

发生三相短路时I （3）

d3man =

jUj X Ij Uj *3*3=j X Ij *=024.0181.05.5+KA =26829.2A 发生两相短路时I （2）

d3man =

2

3*26829=23234A 小方式：

发生三相短路时I （3）

d3min =jUj X Ij Uj *3*3=j X Ij *=024.04593.05.5+KA =11380A

3*11380=9855.2A

发生两相短路时I（2）d3man=

2

从以上数据分析得出，在大方式下运行时因系统阻抗小，短路电流则越大；在小方式下运行因系统阻抗较大，短路电流则较小。而我公司除矿山采用架空线外，引至各车间的出线均采用电缆输电，电缆阻抗比架空线路阻抗（取值0.35）小4.6倍，又是造成短路电流增大的原因之一。

由于B点处离A点距离较短，估算100m，线路阻抗相当小0.0068欧，完全可忽略不计，所以不论故障点A处短路还是在B点短路，其短路电流在大方式或小方式下都很大，电流上万安，与总降351G保护器设定的2000A电流相比，设定值过于偏小。经咨询峨眉供电公司了解到，因当时工期紧，我公司催要定值得紧，供电公司就将保护定值按刚好躲过启动峰值电流整定，故将两总降351G保护器瞬时速断统一按2000A保护定值进行整定的。这使得当车间电缆短路电流只要大于2000A时就会造成总降开关跳闸，影响生产。

5.3简述电流III段保护的整定原则和保护范围

瞬时电流速断保护（通常说的电流I段）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。即按躲过被保护线路末端可能产生的三相最大短路电流来整定。从而使速断保护范围被限制在被保护线路的内部，从整定值上保证了选择性，因此可以瞬时跳闸。当在被保护线路外部发生短路时，它不会动作。所以不必考虑返回系数。由于只有当短路电流大于保护装置的动作电流时，保护装置才能动作。所以瞬时电流速断保护不能

保护设备的全部，也不能保护线路的全长，而只能保护线路的一部分。对于最大运行方式下的保护范围一般能达到线路全长的50%即认为有良好的保护效果；对于在最小运行方式下的保护范围能保护线路全长的15%～20%，即可装设。保护范围以外的区域称为“死区”。因此，瞬时电流速断保护的任务是在线路始端短路时能快速地切除故障。对于线路较短时，电流速断保护范围将缩短，甚至没有保护范围。

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（通常说的电流II段）能保护线路的全长，可作为本线路的主保护，以较小的时限快速切除全线范围内的故障，因此其保护范围必然延伸到下一条线路中，这样当下一条线路出口处发生短路时，保护将会启动，但不能作为下一段线路的后备保护。

定时限过电流保护（通常说的电流III段）既可作为本级线路的近后备保护（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远后备保护，但切除故障的时限较长。

一般情况下，为了对线路进行可靠而有效的保护，也常把瞬时电流速断保护（或略带时限的电流速断保护）和定时限过电流保护相配合构成两段式电流保护。

六、方案实施

6.1速断故障数据收集

自2012.4变电站划归我公司运营以来，临江站累计速断动作14次和定时限过流动作1次，其中发生在6000A以下速断7次（1930～5605A）；6000A以上7次（6459～14898A）。高枧站累计速断动作9次和定时限过流动作2次，其中发生在6000A以下速断7次（2160～5688A）；6000A以上2次（9663～10872A）。

6.2建议

6.2.1将10kv母线930开关可设为死开关，定值设为最大，由主变后备保护I段方向过流1.1s选择性保护功能来跳930开关。（临江站930原定值瞬时速断6.7A，定时限过流4.1A，时限0.3S）。

6.2.2建议：⑴、过流351G I段/瞬时速断不投，定值置最大；⑵、过流II段/延时电流速段投，定值2000A～5000A，根据所供设备容量大小选取合适值，时限0.3S；⑶、过流III段投入，定值不变，时限调整至0.8S小于主变后备保护跳闸时限（原值1.1s）0.3s级。）因自动重合闸对于工况而言，存在一定的风险性，不考虑投入。

6.2.3建议：⑴、车间进线柜开关过流III段定值按躲过正常生产最

大负荷电流整定，该开关作车间部分出线开关远后备保护电流定值可暂不改动，时限改为0.5s ，；⑵、车间进线柜开关不设过流II 段，在时限上的配合不容易做到。因为将车间进线柜开关过流II 段时限设置为0.2S 的话，高枧站965开关过流II 段的时限将调整为0.5S ，时限长了，不利于快速切除故障。）即使车间进线柜开关拒跳，高枧站965开关定时限也可作它的远后备保护。

对于进线柜作为多台设备的总开关其定时限过流的整定一般按照一下公式进行： Idzj=Kf

Kts Mn M M M Kk *)321(+++ 其中Kk 可靠系数（1.2～1.4），Kts 同时系数（0.8～0.95）Kf 返回系数0.95.

6.2.4建议：将电机保护速断高低定值不改，低电压动作时限设为3s ；将电容及变压器的III 段定时限时限值改为0.2s ；都小于进线柜761保护定时限值0.3s 时间差。

按6.2.2、6.2.3、6.2.4的要求进行定值调整后，分析如下： 若A 点短路，由前面计算可知短路电流至少超过5000A ，高枧站965开关过流II 段、过流III 段都会启动，过流II 段将以0.3S 的时限切除故障。

若B 点短路，由于A 点与B 点间电缆阻抗太小，几乎就等于A 点短路电流。⑴、高枧站965开关过流II 段、过流III 段都会启动；⑵、车间进线柜761开关过流III 段会启动；⑶、水泥磨主电机开关速断高定值、低定值都会启动。

但水泥磨主电机开关速断高定值时限0S ，首先动作、切除故障。车间进线柜761开关、高枧站965开关都不会跳闸，避免了越级跳闸。

6.2.5在重新调整定值后，设备正常运行情况时当出现因定时限过流动作，处理方法：可不动时限，将电流值稍许放大，即可躲过跳闸峰值。

七、总结

虽然从限制速断电流大小这一方面难度大，不可能改变现状，但可从时限方面我们可以入手解决，尽量缩小越级跳闸次数及范围，减少对生产的不利影响。

注意以下蓝色字体为周建伟回复

建议：⑴、在主变901（902）开关至10kV 母线间串联10kV 电抗器，以限制短路电流（但这要增加投资，安装时需停电会影响生产，要综合评估后再作决定）。⑵、当生产量减少时，采用单台主变运行（主变不能过载），也是降低短路电流的一种方法。

试点线路分析

一、以937临矿线为例，线路全长4.7km 采用185钢芯铝绞线，架空线路电抗值取0.35Ω，

Xaj=X 0*L*2Uj Sj =0.35*4.7*25

.10100=1.492Ω 短路电流计算

大方式：

发生三相短路时I （3）

d3man =jUj X Ij Uj *3*3=j X Ij *=492

.11621.05.5 KA =3325A

发生两相短路时I （2）

d3man =

23*3325=2879A 小方式：

发生三相短路时I （3）

d3min =

jUj X Ij Uj *3*3=j X Ij *=492.13403.05.5 KA =3001A 发生两相短路时I （2）

d3man =2

3*3001=2599A 从以上数据可分析得出，937线路不论在何种方式下其短路电流都大于了2000A ，而2012年该线路的跳闸4次记录值分别是5605A ；3511A ；2665A ；1930A 。

原线路保护器的定值为瞬时电流速断保护12A ，定时限过流保护定值5.4A 定时限过流时限0.3S ，CT 变比600/5。

限时电流速断灵敏度校验 Ksen=II set

I Ik )

2(min .=5

/600*102599=2.16＞（要求值1.3～1.5）满足要求 修改建议1、将总降侧线路保护器的定值为瞬时电流速断保护退出，投入II 段限时电流速断定值10A 小于原先瞬时电流速断保护12A ，时限0.3S ；定时限过流保护定值5.4A 不变，定时限过流时限0.3S 调整至0.8S 。2、负载侧矿山一期破碎车间进线柜保护器的电流速断I 段和限时电流II 不投入，投入电流III 定时过流，定时限电流定值不变原先为4A ，时限由原先的15S 变更0.5S 。小于上一级时限0.3S 。注意以下蓝色字体为周建伟回复（回复正确。但要注意一期破碎车间各路出线开关定值与进线开关配合，做到能跳支路跳支路，不跳进线总开关。）

二、同理可将964高矿线的定值进行更改，建议1、将总降侧线路保护器的定值为瞬时电流速断保护退出，限时电流速断按动作电流1500A计算，整定定值12.5A小于原先瞬时电流速断保护16.7A（2000A 时的整定值），时限0.3S，变比600/5；定时限过流保护定值7.7A不变，定时限过流时限由0.5S调整至0.8S。2、负载侧矿山二期破碎车间进线柜保护器的电流速断I段和限时电流II不投入，投入电流III定时过流，定时限电流定值不变原先为7A，时限由原先的15S变更0.5S。小于上一级时限0.3S 。（回复正确。但要注意二期破碎车间各路出线开关定值与进线开关配合，做到能跳支路跳支路，不跳进线总开关。）

三、965四线水泥磨I段保护定值更改分析，由前面计算知道965线路不论在大方式还是在小方式运行下，其短路电流在9855～26829A 之间，短路电流都很大，任一短路都会使开关跳闸。统计出2012年965开关的速断跳闸记录有2次，动作值分别是4990A和5479A。

建议1、将总降侧965开关的瞬时电流速断退出，设限时速断电流定值按5000A整定，变比600/5，其电流定值41.6A,时限0.3S；定时限过流保护定值7.7A不变，定时限过流时限0.5S调整至0.8S。2、负载侧车间进线柜保护器的电流速断I段和限时速断II段不投入，定时限过流III段投入，电流定值原先6.5A暂不变，时限由原先的25S改为0.5S，若6.5A值躲不过水泥磨主电机水阻启动的电流峰值，可将定时限电流值放大些。车间其他电机的速断高低定值暂不变。（正确，原理同上。）

四、935一线水泥磨I段保护定值更改分析，统计出2012年935开关的速断跳闸记录有2次，动作值分别是5491A和6459A。935线路所有设备配置及长度与965线路接近相似，工况也接近相似。

建议1、将总降侧935开关的瞬时电流速断退出，设限时速断电流定值按5000A整定，变比600/5，其电流定值41.6A,时限0.3S；定时限过流保护定值8A不变，定时限过流时限0.3S调整至0.8S。2、负载侧车间进线柜保护器的电流速断I段和限时速断II段不投入，定时限过流III段投入，电流定值原先5A暂不变，时限由原先的25S 改为0.5S，若5A值躲不过水泥磨主电机水阻启动的电流峰值，可将定时限电流值放大些。车间其他电机的速断高低定值暂不变。（正确，原理同上。）

附：架空线及电缆线路阻抗表