越级跳闸成因及防范对策

越级跳闸成因及防范对策探讨浅谈

继电保护是电力系统的重要组成部分，是保证电网安全稳定运行的重要手段。随着集团各公司电力系统的不断发展和电力系统故障对安全生产带来的巨大损失，对继电保护动作正确性的要求越来越高。作为专业管理和执行部门对保护定值的正确性、保护装置的可靠性及二次回路的完好性越来越重视，判断电力系统保护优劣的一个重要依据就是当电力系统故障时是否会发生越级跳闸，此次协会会议的主题就是探讨如何防止越级跳闸，就这个主题谈一下自己的肤浅的认识：

一、越级跳闸的成因：

1、名词术语：

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。

2、越级跳闸的成因：

（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；

案例一：2002年10月楚星硫磺制酸10KV站2000KW主风机在启动过程中因热变电阻柜多次启动后水阻沸腾而发生三相短路，主风机出线柜和10KV进线柜同时跳闸，至使磷复肥系统断电停车。事故后经查，主风机出线柜差动速断整定为16.88A，时限0S，（变比为200/5），折算到一次侧电流为675.2A；一段进线柜速断整定值为17.32A，时限为0S，（变比为1000/5），折算到一次侧电流为3464A，而装置上的故障电流记录为10.23KA，所以当馈出线发生故障时两级保护同时动作。现将进线柜速断保护改为49.34A，时限0.3S，

短延时定值15.52A，时限0.5S，长延时定值为8.36A，时限9S，当2004年1#尾气风机电机接线盒处发生三相弧光短路时，本柜保护可靠动作，没有发生越级现象。

案例二：2005年11月3日，磷复肥6#磨机（10KV绕线电机，功率900KW）转子滑环在启动时击穿，本柜保护未动作，而使阳合岭变电站岭02线二段过流动作将岭02磷铵线跳掉，事故后查6#磨机保护定值发现电流速断为23.8A，时限0S，反时限过流3.4A，时限2.44S，（变比为100/5），延时30S，阳合岭岭02线过流二段定值为5.2A，时限为1.5S，（变比为150/5），当电机滑环短路时，电机处于带载堵转直接启动，但由于滑环不是三相金属固接同时磨机是重载设备，所以滑环故障启动时启动电流达不到速断动作值，又达不到反时限动作时间，查阳合岭岭02线动作值为10.23A，折算到一次侧电流为306.9A，此值达不到6#磨机速断定值，但满足岭02线二段过流动作值，当时限达到1.5S时使其动作跳闸。现将速断定值改为11.8A，当12月28日6#磨机再次发生滑环击穿时，本柜速断保护可靠动作没有发生越级事故。

（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。为了保证电力系统的稳定运行，供电部门对用户进线的继电保护要求都比较高，进线的速断与过流必须满足上一级电网的要求，时间越短越好。这就给出线开关的保护整定带来一定困难，有些地方用户变电站进线与出线的速断只靠动作电流来配合，速断没有时间差，当电网短路容量大时，完全靠动作电流来配合，就容易出现越级跳闸。在变压器高压侧出现短路故障，其短路电流与母线基本相等，如果速断没有时间配

合就容易发生越级跳闸，或同时跳闸。当变压器低压侧出口发生故障，这时就要进行短路电流计算，如果速断电流整定值过于小，在电网容量很大时，变压器低压侧出口发生事故时，也容易造成越级跳闸。

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。

(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；

案例三：楚星合成氨2002年增容后，由于系统没有完善，2003年经过电控部人员的共同努力，将新35KV开关站和6KV开关站相继投运，在将4#4M20压缩机供电由老6KV室转移至新6KV室后，在第一次启动时本柜速断保护动作，经检查电机线路完好，保护回路正确，保护定值无误，无奈下将速断定值由电机额定电流的7倍改为8倍，但启动时依然速断动作，通过分析判断有可能是电流继电器问题，更换继电器后故障依旧，最后通过仔细检查才发现电流继电器两线圈本来为并接的但错误接为串接，致使保护定值缩小一倍，将线圈并接并将保护定值恢复后一次启动成功。

（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；

案例四：1998年股份公司8#萝茨机在运行中烧毁，但其保护短路器没有动

作，脱硫配电室低压进线开关整定值过大也未动作，致使脱硫变高压柜保护动作，脱硫配断电系统停车，事故后经查，8#萝茨机短路器选用的是正泰公司生产的DW15-630断路器，但当8#机故障时其没有动作，用手掀按手动分闸按钮时断路器同样没有动作，后用起子撬动可动机构后才将断路器分闸，由此可以判断是DW15开关分闸机构卡涩，从而导致越级事故的发生。

案例五：2004年5月，枣阳化工公司尿素高压分室发生短路，整个系统各级保护发生拒动，强大的短路电流将电缆沟内电缆烧毁，同时烧毁多面开关柜，通过事后的分析调查和试验，各级保护拒动的根本原因是保护多年未校验、继电器触点松动氧化接触不良或不到位、跳闸机构卡涩和跳闸线圈烧毁等多种因素的综合。

（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。在实际的短路暂态过程中，短路电流可能存在非周期分量而严重偏移，这可能导致TA严重暂态饱和。由电工基础理论可知，TA在严重饱和时，其一次电流中的直流分量很大,使其波形偏于时间轴的一侧。铁心中有剩磁,且剩磁方向与励磁电流中直流分量产生的磁通方向相同,在短路电流直流分量和剩磁的共同作用下,铁心在短路后不到半个周期就饱和了。于是,一次电流全部变为励磁电流,二次电流几乎为0。如电流互感器发生磁饱和现象，即使保护定值、保护回路、动作机构和元件完好，当系统发生短路故障时也不能将故障切除，甚至由于不能满足动稳定和热稳定的要求而发生爆炸，从而导致发生越级事故。

案例六：1998年股份老系统5#冰机在启动过程中电流互感器发生爆炸，开关柜和油断路器全部烧毁，6KV室202进线开关跳闸，同时产生的电压降使生产系统全部停车，临时将5#冰机开关柜母线切除后恢复送电，事故原因事后分析为系统扩容后短路容量增大，互感器不满足动热稳定和磁饱和的要求而爆炸。

（6）、直流系统设计缺陷或故障。常用的直流电源有蓄电池、硅整流、电容储能三种型式。对各种信号、继电保护及自动装置、断路器的控制、事故照明等提供电源，直流系统的可靠性是保障变电所安全运行的决定条件之一。当直流系统绝缘损坏多点接地或直流电压过高过低甚至消失，就会引起继电保护误动和拒动，特别是直流系统不可靠当电力系统发生故障时将会造成灾难性的后果。

案例七：2004年7月，云南华盛化工股份有限公司一员工在对2#压缩机进行停电操作时，误将正在运行的1#压缩机高压隔离开关拉下，使6KV母线发生短路，短路产生的电压降使控制室的硅整流器不能正常工作，直流电压不能满足要求，使主变高低压侧保护和35KV进线保护不能动作，事有凑巧，华坪电力保护因故也拒动，从而导致发生6KV母线和主变全部烧毁的恶性事故。

二、越级跳闸的防范对策

（1）、管理措施：

1、加强对供配用电系统的巡回检查和隐患整改，特别是对高压和大型用电设备的维护保养，保证供配用电系统的本质安全，以弥补继电保护的缺陷和不足，系统的短路容量越来越大，定值的准确计算难度也越来越大，存在着很多不确定的因素，即使保护能够可靠动作，生产设备也会因短路电压降而

跳闸停车，因此，坚强管理，强化责任，避免设备事故是保证电力系统和生产稳定运行的根本；

2、加强对继电器保护的检查、维护和校验。继电器的可动系统必须动作灵活，触点接触牢固可靠。开关及其二次回路检修完毕，投入运行前，一定要对开关的保护装置做整组传动试验，证明继电器和回路处于良好工作状态后，开关才能够投入运行。同时对所有继电保护校验制定专门的制度，成立专职机构和专职人员，定期对继电保护装置进行校验。

3、加强对直流系统的日常管理和维护，对直流用电装置和馈线经常巡回检查，发现问题及时处理，防止蓄电池、充电模块故障和直流接地、直流绝缘击穿。

（二）、技术措施

1、保护定值的准确计算和根据实际合理设置。目前集团各公司供电系统的配置均为单侧电源放射型主接线，电压的变换分为三个层

面，即高、中、低三层，高压一般由电力局进行计算和保护的整定，以和上一级电网的的保护配合，我们无权更改。最简单的方法就以电力公司计算整定的电源进线和主变高低压侧保护定值为依据，在相同电压等级下，各进线和出线的保护定值应小于其上一级的值，并在时限上要满足保护整定的阶梯性原则。对中压层，进线开关建议选用带时限的三段式保护，定值和时限比同等级电压的上一级保护的小；对变压器速断的整定就要进行比较准确的计算，整定过小不能躲过变压器空载励磁涌流，整定过大，难于和上级保护配合，建议变压器的电流保护也采用带时限的三段式保护，速断按照躲过低压母线最大运行方式短路时的电流整定，时限考虑设置为0.3秒（与上级配合）。短延时按照比过流一段电流小的定时限保护，时限取为1.5秒，保证变压器满载运行时最大功率的低压大电机堵转后不动作。长延时取为1.8倍额定电流，动作时限80S。因电动机跳闸对生产的影响不是很大，而且绝大部分故障都是由电动机引起的，所以必须要保证电动机特别是高压电动机保护的可靠性和灵敏性，建议电动机的保护采用不带时限的速断和过流保护，速断定值按躲过电机的启动电流来整定，不建议按一般的经验以7~8倍的额定电流来整定，而应以电机的实际启动电流稍大来整定，过流可根据电机的实际运行负荷来整定，但一般不应超过电机额定电流1.2倍，因高压机保护齐全且

负荷运行稳定，具体的整定可按保护的配置视情况整定，但应以保证电机安全运行为前提，低压电机因受各种原因的影响或为了满足生产的需要，运行极不规范，因此没有固定的整定模式，但应确保电机或线路故障时能可靠动作，否则因低压故障也会越级到高压。

2、正确选用保护元器件，对现有不满足保护选择性、灵敏性要求和安全的元件逐步淘汰更换，如将常规电磁保护改为微机继保，将油开关改为真空开关或SF6开关，将电磁操作机构改为弹操机构以减少保护固有的动作时间；尽量选用较大的变比、较强带载能力、较高的10%饱和倍数值电流互感器以提高互感器的抗饱和能力和带载能力；尽可能地降低电流回路的阻抗，将电流回路选用较大截面的电缆或连接导线，对于继电保护装置安装在控制室内的配电所，当控制室与高压开关柜（电流互感器安装在高压开关柜内）较远时，会使得二次阻抗变大，可将保护改装在高压开关柜上。

3、对陈旧的直流系统进行更新改造，同时对传统的直流馈线接线方式进行变革，不断提高直流系统的健康水平。同时要加强直流系统的维护和管理，如：3．1当常规变电所中的时间继电器延时接点间经常带有不同极性的电位时，应再串人时间继电器的一对瞬动常开接点，如果时间继电器的延时时间比较长，应在时间继电器的工作线圈中串入合适的限流电阻。以保持其热稳定性，防止直流回路短路。 3．2对于A型插座上带有不同极性电位的接线头间，应用不带电的接线头隔离开。 3．3在一些较为老的常规变电所中，极化型继电器底座上经常带不同极性电位的接点间应用空余接点隔离开。 3．4各种正负电源同在的端子上，应通过备用端子隔开。防止在绝缘降低的情况下造成短路。 3．5加强日常运行维护和定期清扫，定检时加强对接点间绝缘和线圈间的绝缘测试，发现绝缘降低等现象及时处

理。 3．6对室外瓦斯继电器等有可能造成直流回路裸露于空气中的，必须加装防雨罩。 3．7对室外二次回路用的端子箱的下部应严密封堵，防止电缆沟内的潮气浸入，使端子锈蚀，其方法可在电缆间的空隙之间以棉丝堵塞，下部填干燥沙，上铺以砂层，然后防火有机堵料严密封堵。 3.8对高压电机的现场控制箱要特别加强维护管理，即使清理控制箱内的粉尘和污物，对端子排和各接点经常紧固，有条件的建议将现场的高压控制箱盖为防腐防尘的控制箱。

另外，对采用装有储能电容器的整流型直流电源，还应定期对储能电容器进行试验，防止当系统故障且交流电压大为降低的情况下，整流后的直流电压降得很低，致使继电保护装置无法动作，保证储能电容器良好，以便上述情况下及时供给继电保护装置电源，保证装置正确动作。对采用蓄电池直流系统的变电所(包括免维护阀控铅酸蓄电池系统)，应定期对蓄电池进行核对性容量试验，使蓄电池始终保持良好状态，保证变电所在失去交流电源的特殊情况下，继电保护及自动装置可靠动作。

诚然，继电保护确实重要，但搞好电力系统的本质安全才是最重要的，只有保证电力系统少出故障，才能真正保证电力系统的安全和生产的稳定，让我们群策群力，共同努力，以此次论坛为契机，围绕如何防止电力系统越级跳闸为主线，加强责任心，加强执行力，加强学习和技术研讨，为实现电力大事故为零的目标而努力奋斗！由于水平和能力有限，对继电保护认识和认知较肤浅，带着重在参与和学习的目的在此班门弄斧，请大家批评指正！

何满华

2006-1-7