10千伏變電站繼電保護(hù)問題研究

張欽

摘 要：文章簡單說明了10千伏變電站繼電保護(hù)的工作原理，以變壓器設(shè)備為例分析了10千伏變電站中繼電保護(hù)的配置要點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，從繼電保護(hù)的計(jì)算管理、反時(shí)限過流保護(hù)、定時(shí)限過流保護(hù)、電流速斷保護(hù)等方面入手，闡述了10千伏變電站中繼電保護(hù)的主要問題，并簡單提出相對(duì)應(yīng)的處理策略。

關(guān)鍵詞：10千伏變電站;繼電保護(hù);穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）05-019-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.05.009

繼電保護(hù)可以在電力系統(tǒng)發(fā)生故障后對(duì)系統(tǒng)展開全面檢查，確定異常情況，提取相關(guān)數(shù)據(jù)并發(fā)出警報(bào)。同時(shí)，部分繼電保護(hù)裝置可以在發(fā)現(xiàn)故障問題后第一時(shí)間隔離故障電路，以此避免故障影響進(jìn)一步擴(kuò)大，保障其他功能區(qū)平穩(wěn)運(yùn)行?；谶@樣的情況，在10千伏變電站中引入繼電保護(hù)是必然的選擇，從而推動(dòng)電力供應(yīng)質(zhì)量與平穩(wěn)程度的提升，更好地滿足城市居民生活生產(chǎn)用電現(xiàn)實(shí)需要。

1 工作原理分析

在10千伏變電站的實(shí)際運(yùn)行中，如果發(fā)生故障，此時(shí)的參量與正常水平下的參量有一定的差異，這種差異可大可小。在繼電保護(hù)的支持下，能夠迅速判斷出所有發(fā)生明顯變化的參量，并結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況提供保護(hù)。此時(shí)，根據(jù)電流、電壓呈現(xiàn)出的差別，提供的保護(hù)內(nèi)容也有所不同。

通常來說，在常態(tài)電流低于短路電流的條件下，可以生成電流保護(hù)。在短路故障的情況下，母線電壓降低，促使低電壓保護(hù)成為現(xiàn)實(shí)。短路后，線路起始部位的阻抗下降，從而形成距離保護(hù)。電壓與電流之間的相位差發(fā)生改變后，方向保護(hù)隨即生成。綜合來看，繼電保護(hù)在維護(hù)10千伏變電站運(yùn)行平穩(wěn)安全方面發(fā)揮著極為理想的作用。

2 配置要點(diǎn)分析

10千伏變電站的變壓器設(shè)備、母線、輸電線路等都需要配置繼電保護(hù)，確保10千伏變電站長時(shí)間維持穩(wěn)定運(yùn)行的水平。針對(duì)10千伏變電站中的變壓器設(shè)備，應(yīng)當(dāng)配置的繼電保護(hù)策略與技術(shù)要點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

第一，將短路保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)加設(shè)于變壓器的低壓側(cè)，此時(shí)，短路保護(hù)主要為母線、變壓器干線提供主保護(hù)，并為配電線路提供后備保護(hù)。

第二，變壓器低壓側(cè)主保護(hù)應(yīng)與高壓側(cè)主保護(hù)和低壓配電線路保護(hù)有良好的選擇性，當(dāng)正常的尖峰電流出現(xiàn)時(shí)，例如電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流等，不會(huì)造成保護(hù)裝置的誤動(dòng)操作。

第三，變壓器低壓側(cè)主保護(hù)也可兼作單相接地保護(hù)，實(shí)踐中，可以將變壓器低壓側(cè)的主保護(hù)設(shè)定為帶單相接地保護(hù)的低壓斷路器的（如DW16型低壓斷路器）[1]。在此過程中，如果發(fā)現(xiàn)靈敏度難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)象，需要在保護(hù)線路中及時(shí)增設(shè)零序保護(hù)。

第四，為了實(shí)現(xiàn)與出線保護(hù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作時(shí)限配合，通常情況下，可以利用瞬時(shí)或短延時(shí)脫扣器動(dòng)作于斷開低壓側(cè)斷路器實(shí)現(xiàn)變壓器低壓側(cè)短路保護(hù)，并應(yīng)用具備長延時(shí)脫扣器低壓斷路器實(shí)現(xiàn)過負(fù)荷保護(hù)。

3 主要問題探究

3.1 繼電保護(hù)的計(jì)算管理

繼電保護(hù)可以保障電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)避免安全事故、運(yùn)行故障的目的，避免故障問題所導(dǎo)致的負(fù)面影響進(jìn)一步擴(kuò)大。從這一角度來看，在電力系統(tǒng)中引入繼電保護(hù)具有極高的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

繼電保護(hù)的計(jì)算管理具有明顯的不確定性。第一，繼電保護(hù)配置、設(shè)備技術(shù)參數(shù)等數(shù)據(jù)信息具有不確定性，特別是保護(hù)裝置定值的不確定性極為顯著。受到保護(hù)裝置型號(hào)差異性的影響，定值方面不可避免地存在一定區(qū)別，即使是在更多新型保護(hù)裝置不斷研發(fā)并投入實(shí)踐的條件下，相應(yīng)定值的預(yù)估難度依舊穩(wěn)定在較高水平，強(qiáng)化數(shù)據(jù)的多樣性以及不確定性。第二，在對(duì)保護(hù)裝置展開定值計(jì)算的過程中，容易受到一定客觀因素的影響，從而出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不確定性。對(duì)保護(hù)裝置的定值計(jì)算是繼電保護(hù)計(jì)算管理中的重要內(nèi)容，其對(duì)于相關(guān)工作人員的專業(yè)素養(yǎng)、從業(yè)經(jīng)驗(yàn)等有著較高的要求。但是由于人員之間對(duì)于專業(yè)知識(shí)的掌握程度存在差異性，會(huì)引發(fā)機(jī)電保護(hù)計(jì)算管理方面的數(shù)據(jù)不確定性的問題發(fā)生。

為了解決上述問題，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)強(qiáng)化對(duì)相關(guān)工作人才隊(duì)伍的優(yōu)化建設(shè)，并在變電站內(nèi)盡可能使用同廠家、同系列的繼電保護(hù)設(shè)備，減小數(shù)據(jù)的不確定性。

3.2 反時(shí)限過流保護(hù)

通常情況下，短路電流大小與繼電保護(hù)反應(yīng)時(shí)間之間呈反比例關(guān)系，具體而言，就是短路電流相對(duì)較高，機(jī)電保護(hù)的實(shí)際反應(yīng)時(shí)間就更短;短路電流相對(duì)較低，機(jī)電保護(hù)的實(shí)際反應(yīng)時(shí)間則更長。這與繼電保護(hù)根據(jù)明顯參量變化作出判斷的原理保持一致。在10千伏變電站中，GL-15（25）型感應(yīng)型繼電器實(shí)施反時(shí)限過流保護(hù)，且這樣的保護(hù)形式在當(dāng)前更加常見。實(shí)踐中，一旦該繼電器發(fā)現(xiàn)供電線路中存在短路故障時(shí)，會(huì)在達(dá)到一定限值后自動(dòng)轉(zhuǎn)入控制、處理狀態(tài)。此時(shí)，繼電器發(fā)生動(dòng)作，促使原先處于打開狀態(tài)的常開觸點(diǎn)轉(zhuǎn)入閉合狀態(tài)，使得原本輸入至斷路器中脫扣器的電流實(shí)現(xiàn)切斷，防止脫扣器發(fā)生動(dòng)作。而在常開觸點(diǎn)轉(zhuǎn)入斷開狀態(tài)后，原本應(yīng)當(dāng)輸入脫扣器中的電流重新流動(dòng)，脫扣器展開通電動(dòng)作，使得斷路器跳閘。隨后，繼電器中的信號(hào)器會(huì)發(fā)出相應(yīng)信息與動(dòng)作的信號(hào)。

就當(dāng)前的情況來看，分流跳閘是10千伏變電站中供電系統(tǒng)反時(shí)限過流保護(hù)的主要形式，因此，出于對(duì)避免由鐵芯發(fā)熱引起絕緣熔化、燒毀問題的發(fā)生，必須要重點(diǎn)關(guān)注反時(shí)限過流繼電保護(hù)裝置中的常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)現(xiàn)實(shí)狀態(tài)，規(guī)避常開觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)開啟的現(xiàn)象發(fā)生，保證跳閘線圈可以準(zhǔn)確完成通電跳閘。

3.3 定時(shí)限過流保護(hù)

與反時(shí)限過流保護(hù)相比，定時(shí)限過流保護(hù)的最大特點(diǎn)在于其繼電保護(hù)動(dòng)作的反應(yīng)時(shí)間是恒定不變的，且不與短路電流大小呈現(xiàn)出直接或是間接的關(guān)系。在定時(shí)限過流保護(hù)的支持下，當(dāng)出現(xiàn)短路電流時(shí)，整定器承擔(dān)著確定反應(yīng)時(shí)間的任務(wù)，且可以在一定范圍內(nèi)實(shí)施人工調(diào)整。在10千伏變電站，電磁式中間繼電器、電磁式電流繼電器、電磁式信號(hào)繼電器、電磁式時(shí)間繼電器等為較為常用的定時(shí)限過流保護(hù)設(shè)備，且因?yàn)槠毡槭褂弥绷鞑僮?，所以需要加設(shè)直流屏[2]。

定時(shí)限過流保護(hù)的可靠性更強(qiáng)且操作形式的簡單程度較高，實(shí)踐中，可以完全依照提前設(shè)定的時(shí)間實(shí)現(xiàn)保護(hù)，靈敏性程度也呈現(xiàn)出較為理想的水平，因此，在當(dāng)前的10千伏變電站繼電保護(hù)中，定時(shí)限過流保護(hù)的應(yīng)用更為常見。站在10千伏變電站的角度來看，如果僅對(duì)所需要保護(hù)的線路設(shè)置一套保護(hù)設(shè)備，則在繼電器容量充足的條件下，電磁式時(shí)間繼電器可以促使通電直接接通跳閘成為現(xiàn)實(shí)，此時(shí)不需要在出口中間位置加設(shè)其他繼電器設(shè)備。需要注意的是，在一般情況下，在應(yīng)用定時(shí)限過流保護(hù)模式對(duì)10千伏變電站落實(shí)繼電保護(hù)的過程中，普遍參考被保護(hù)電路可以承受的最大電流值完成相關(guān)設(shè)計(jì)與設(shè)備的配置。被保護(hù)電流轉(zhuǎn)入最大負(fù)荷電流狀態(tài)后，定時(shí)限過流保護(hù)無法保證能夠得到迅速激發(fā)，只有發(fā)生短路故障后，定時(shí)限過流保護(hù)才會(huì)迅速發(fā)揮其保護(hù)作用。

基于此種情況，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)下調(diào)定時(shí)限過流保護(hù)設(shè)計(jì)與設(shè)備配置中所參考電流值，促使其小于被保護(hù)電路的最大電流值，也可以設(shè)定為額定電流值，更好地實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)，促使10千伏變電站可以長時(shí)間保持正常平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)。

3.4 電流速斷保護(hù)

電流速斷保護(hù)是目前10千伏變電站中常用的一種繼電保護(hù)方式，主要作用是在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)短路電流直接進(jìn)行切斷處理，最大限度地壓縮故障存續(xù)時(shí)間，由此避免短路故障所造成不良影響。依托反應(yīng)時(shí)間的差異性，可以將電流速斷保護(hù)進(jìn)一步細(xì)化為略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)、瞬時(shí)電流速斷保護(hù)[3]。

與一般性的電流保護(hù)相比，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)僅能在線路內(nèi)部發(fā)揮較為理想的保護(hù)作用，但是，如果范圍外的線路中發(fā)生短路故障，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)并不能提供保護(hù)支持。從這一角度來看，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的針對(duì)性更強(qiáng)，雖然可以快速反應(yīng)與處理故障問題，但是受到保護(hù)范圍的限制。而略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)可以作為補(bǔ)充，對(duì)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)范圍外的線路故障進(jìn)行反應(yīng)與處理，達(dá)到更好的保護(hù)效果。

因此，為了進(jìn)一步強(qiáng)化10千伏變電站繼電保護(hù)效率和效果，略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)與瞬時(shí)電流速斷保護(hù)應(yīng)配合使用，將略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)的設(shè)定為10千伏變電站的主要繼電保護(hù)形式，并將瞬時(shí)電流速斷保護(hù)輔助設(shè)置于需要重點(diǎn)保護(hù)的區(qū)域。

4 結(jié)語

綜上所述，在10千伏變電站中引入繼電保護(hù)是必然的選擇，推動(dòng)電力供應(yīng)質(zhì)量與平穩(wěn)程度的提升，更好地滿足城市居民生活生產(chǎn)用電現(xiàn)實(shí)需要。在明確10千伏變電站中繼電保護(hù)配置要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化繼電保護(hù)的計(jì)算管理，合理選用反時(shí)限過流保護(hù)與定時(shí)限過流保護(hù)，結(jié)合使用略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)以及瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，提升10千伏變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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[3] 孔凡梅，栗賽男，李玲萍.變電站繼電保護(hù)二次回路隱患排查技術(shù)[J].冶金管理，2021（5）：189-190.