繼電保護(hù)在電力調(diào)控中的應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司泗洪縣供電分公司 胡 月

繼電保護(hù)是指通過(guò)在電力系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)置繼電保護(hù)裝置來(lái)保護(hù)線路的穩(wěn)定運(yùn)行，在這一過(guò)程中，如果出現(xiàn)異常和故障情況系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，并進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)保護(hù)的方式，從而保護(hù)線路以及相關(guān)的設(shè)備避免遭受破壞，在電力調(diào)控中發(fā)揮了重要作用。目前，必須重視先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，尤其重視對(duì)繼電保護(hù)裝置的研究，來(lái)保護(hù)電力事業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

1 繼電保護(hù)

1.1 繼電保護(hù)的原理

電力系統(tǒng)是電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)組成的整體，其中輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)統(tǒng)稱(chēng)為電網(wǎng)，完成一次能源轉(zhuǎn)換并且形成輸送和分配到用戶的系統(tǒng)稱(chēng)為一次系統(tǒng)，而對(duì)電力進(jìn)行保護(hù)、控制、監(jiān)視等輔助系統(tǒng)是二次系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，如果電力元件存在故障，向值班人員發(fā)出警告信號(hào)，或是向所控制的斷路器發(fā)出跳閘的指令，終止這些事件發(fā)生，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化措施的成套硬件設(shè)備可以保護(hù)電力元件，因此被稱(chēng)為繼電保護(hù)裝置。在系統(tǒng)中，繼電保護(hù)系統(tǒng)的作用在于斷開(kāi)故障元件，最大限度減少對(duì)元件造成的破壞，同時(shí)反應(yīng)電力元件不正常工作狀態(tài)，方便調(diào)整和監(jiān)視，另外可支持系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是能夠保護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

表1 500kV與220kV線路運(yùn)行參數(shù)

1.2 電力調(diào)度中繼電保護(hù)裝置的模式

一般情況下，電力調(diào)度中的繼電保護(hù)裝置模式主要有以下三種：首先是正常模式，在電網(wǎng)正常工作狀態(tài)下，繼電保護(hù)裝置在電力中檢測(cè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行變電站的實(shí)時(shí)檢測(cè)管理，進(jìn)行變電站電力設(shè)備的檢測(cè)、維修管理；針對(duì)繼電保護(hù)裝置相連的一次配套設(shè)備情況調(diào)查，對(duì)定值區(qū)域內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與保護(hù)。另外，對(duì)于發(fā)生故障的設(shè)備，一旦設(shè)備接收到異常數(shù)據(jù)信息，則及時(shí)進(jìn)行自檢同時(shí)發(fā)出警報(bào)。

其次，故障發(fā)生后，繼電保護(hù)模式為故障發(fā)生模式，在這一狀態(tài)下，繼電保護(hù)裝置檢測(cè)到系統(tǒng)故障后會(huì)進(jìn)行自動(dòng)操作，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后及時(shí)發(fā)布警報(bào)信息，同時(shí)對(duì)示數(shù)異常的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和上傳，觀察其他設(shè)備的運(yùn)行是否存在異常情況，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行規(guī)范操作[1]。

最后，繼電保護(hù)裝置處于靜態(tài)保護(hù)模式，在這一階段，繼電保護(hù)裝置發(fā)揮本身的作用，除了需要對(duì)責(zé)任人電網(wǎng)維修養(yǎng)護(hù)檔案信息進(jìn)行分析、整合以外，還需要對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置，以及相關(guān)的保護(hù)裝置和設(shè)計(jì)圖紙來(lái)進(jìn)行操作，采取合理應(yīng)急故障處理手段來(lái)處理。

2 繼電保護(hù)常見(jiàn)問(wèn)題

2.1 設(shè)備問(wèn)題

圖1 電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)示意圖

電力系統(tǒng)中對(duì)繼電保護(hù)起到關(guān)鍵作用是設(shè)備，如電壓互感器與電流互感器，這一類(lèi)裝置能將高電壓和大電流轉(zhuǎn)換成為繼電保護(hù)裝置可以接收的低電壓和小電流，從而起到維護(hù)繼電裝置安全穩(wěn)定的運(yùn)行的作用，這一類(lèi)設(shè)備在整個(gè)電力系統(tǒng)中均處于高負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障就會(huì)引起繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng)現(xiàn)象，從而發(fā)生二次保護(hù)電流，此時(shí)如果不能及時(shí)采取保護(hù)措施，則會(huì)燒毀互感器繼而嚴(yán)重影響繼電保護(hù)裝置的作用。

2.2 靈敏性

繼電保護(hù)裝置對(duì)設(shè)備器件的靈敏度要求較高，因此在設(shè)備的保護(hù)、控制和優(yōu)化過(guò)程中需要重點(diǎn)考慮繼電保護(hù)的靈敏度。靈敏度是指在多種因素下產(chǎn)生的效果，如系統(tǒng)運(yùn)行模式和保護(hù)總體值之間的配合，設(shè)備的質(zhì)量以及繼電保護(hù)所具備的合理性。

2.3 信息延遲

目前，一些電網(wǎng)系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了電力調(diào)度與實(shí)時(shí)監(jiān)控，依托先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)支持以及先進(jìn)的算法，實(shí)現(xiàn)操作運(yùn)行，如數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)?。網(wǎng)絡(luò)信息對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備和裝備影響其實(shí)是其中一個(gè)難點(diǎn)，信息采集和傳輸過(guò)程中如果信息系統(tǒng)存在問(wèn)題，系統(tǒng)則難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化保護(hù)，也無(wú)法完全排除自動(dòng)化，容易發(fā)生保護(hù)系統(tǒng)失靈問(wèn)題。如果數(shù)據(jù)傳輸中斷，管理層則無(wú)法獲得信息實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)控，繼而不能保護(hù)供電質(zhì)量[2]。

3 電力調(diào)控中的繼電保護(hù)的維護(hù)措施

3.1 重視設(shè)備維護(hù)與整定值的校核

繼電保護(hù)設(shè)施與裝置等直接影響到繼電保護(hù)功能。所以，在維護(hù)與管理工作中需要重視對(duì)設(shè)備的管理，同時(shí)針對(duì)繼電保護(hù)裝置要做好缺陷和隱患的排查，尤其是針對(duì)缺陷做好處理，力求在短時(shí)間內(nèi)消除裝備的缺陷，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，繼電保護(hù)在電網(wǎng)運(yùn)行中是重要的保護(hù)者，計(jì)算質(zhì)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全，如果調(diào)度員計(jì)算方式有變化，則要及時(shí)校核，確保計(jì)算靈敏度計(jì)算和系統(tǒng)相符合。調(diào)度系統(tǒng)可以快速排除故障，積極采取相應(yīng)措施來(lái)保證繼電保護(hù)裝置整定值的正確性，避免因?yàn)檎ㄖ档腻e(cuò)誤導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)。

3.2 重視使用智能化技術(shù)

變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，需要進(jìn)行設(shè)備智能化改造和升級(jí)，主要是通過(guò)繼電保護(hù)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)等各個(gè)環(huán)節(jié)智能化整合以后形成的綜合系統(tǒng)。繼電保護(hù)設(shè)備不僅僅起到采集故障信息的作用，也可以直接通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和信息終端生成故障信號(hào)，與控制中心連接。所以，變電站可充分使用智能化信息技術(shù)，按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對(duì)電站內(nèi)設(shè)備和裝置的信息交換，實(shí)現(xiàn)變電站的萬(wàn)物互聯(lián)，根據(jù)變電站實(shí)際情況智能管理和維護(hù)電站。

3.3 使用自適應(yīng)控制技術(shù)

繼電保護(hù)功能是智慧變電站內(nèi)容的一部分，在電力調(diào)控中，要求變壓器和電力系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)對(duì)線路與裝置進(jìn)行功能調(diào)整，將自適應(yīng)技術(shù)推廣在繼電保護(hù)中讓其發(fā)揮作用。這種自動(dòng)調(diào)整保護(hù)功能符合電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)的要求。

4 電力調(diào)度中繼電保護(hù)運(yùn)用

4.1 在電流保護(hù)中的運(yùn)用

設(shè)計(jì)目的：運(yùn)用定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)原理設(shè)計(jì)線路。

案例一：某學(xué)院校區(qū)擴(kuò)建，項(xiàng)目工程需安裝2000kVA用電容量，設(shè)置兩臺(tái)1000kVA變壓器并列運(yùn)行，從變電站接入10kV 941線T接10kV電源，同時(shí)安裝隔離刀閘。T接后架設(shè)10kV架空線路160m，其導(dǎo)線型號(hào)為JKYJ-150。為滿足項(xiàng)目需求，新設(shè)立12m電桿，電桿上安裝智能開(kāi)關(guān)、計(jì)量裝置以及其他的高壓設(shè)備，敷設(shè)電纜型號(hào)為YJV22-8.7/15KV3×120，電纜連接到變壓器前分接箱。為保護(hù)系統(tǒng)的安全性，因此要給電纜線線路設(shè)備設(shè)置定時(shí)限電流保護(hù)裝置，從而保護(hù)整個(gè)線路運(yùn)行與供電的安全。

在本次工程中，首先使用兩級(jí)時(shí)限來(lái)保護(hù)電纜線路，工作原理是繼電保護(hù)的時(shí)限不變，與故障電流的大小無(wú)關(guān)，定時(shí)限保護(hù)的時(shí)限是由時(shí)間繼電器來(lái)確定，電纜短路發(fā)熱作為時(shí)限整定根據(jù)。本次項(xiàng)目中使用的保護(hù)元件是電磁型繼電保護(hù)、時(shí)間繼電器、中間繼電器與信號(hào)繼電器組成。在整個(gè)電力運(yùn)行中。電磁電流繼電器是反映電流變化的元件，是接受線路互感器的二次電流，因此保護(hù)原理和繼電器原理相同。

選定基準(zhǔn)容量100VA、基準(zhǔn)電壓10kV計(jì)算出基準(zhǔn)電流。同時(shí)，與當(dāng)?shù)毓韭?lián)系得到系統(tǒng)電源電抗的最大的運(yùn)行方式和系統(tǒng)最小運(yùn)行方式、計(jì)算最大運(yùn)行方式的三相電流、最小運(yùn)行方式下的兩相短路電流。經(jīng)過(guò)計(jì)算，該學(xué)院內(nèi)2000kVA容量10kV線路允許的最大故障為99.488A，其他計(jì)算作為線路設(shè)計(jì)的輔助參考。根據(jù)電流，選擇10kV側(cè)電流互感器變比為100/5，如果互感器二次電流為5A，此時(shí)經(jīng)過(guò)繼電器的電流為最大，觸發(fā)電流繼電器K1、K2工作從而保護(hù)線路。在設(shè)計(jì)上使用電流互感器的接線方式為互感器接線系數(shù)，在安裝設(shè)備時(shí)需要注意各個(gè)繼電器線圈接線端子，以及觸點(diǎn)的接線端子應(yīng)該明確不要混淆，同時(shí)注意繼電器觸點(diǎn)端子是串接哪一個(gè)繼電器的線圈。

接線時(shí)要分步驟進(jìn)行，按照先串聯(lián)后并聯(lián)的方式。定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作的原則是：作為后備保護(hù)整定，線路可靠系數(shù)為1.1～1.2；其靈敏度不能低于1.25～1.5，在具體運(yùn)行中后一級(jí)保護(hù)電路在跳閘后前一級(jí)的保護(hù)動(dòng)作不會(huì)緊跟著跳閘，因?yàn)榫€路電路恢復(fù)正常，并且前一級(jí)的保護(hù)動(dòng)作有時(shí)限差。當(dāng)短路電流達(dá)到前一級(jí)動(dòng)作整定值并且存續(xù)一個(gè)實(shí)際差后，后一級(jí)的保護(hù)開(kāi)啟。后續(xù)使用過(guò)程中，學(xué)院擴(kuò)建操場(chǎng)，挖掘機(jī)開(kāi)挖地基的時(shí)候挖傷電纜導(dǎo)致線路短路，引起開(kāi)關(guān)跳閘，這時(shí)保護(hù)裝置就起到了保護(hù)作用，創(chuàng)傷并沒(méi)有擴(kuò)散，而是經(jīng)過(guò)中間接頭處理后恢復(fù)正常供電。

4.2 電力調(diào)度運(yùn)行工作中的電壓保護(hù)

案例二：電力設(shè)備過(guò)電壓和防雷保護(hù)。

某電網(wǎng)建成后前后經(jīng)歷五次雷電波入侵變電站，雖然沒(méi)有引起事故，但是對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成了較大影響，組織技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)變電站內(nèi)35kV開(kāi)關(guān)柜設(shè)備發(fā)生不同程度閃絡(luò)情況，其中最嚴(yán)重一次是夏季，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)SF6開(kāi)關(guān)外絕緣表現(xiàn)產(chǎn)生嚴(yán)重的電弧損傷，在開(kāi)關(guān)外絕緣三相斷口間以及A與C部分有短路的情況，內(nèi)部的進(jìn)線銅排和絕緣板位置存在多處放電。經(jīng)過(guò)技術(shù)人員分析，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生都是在變電所進(jìn)線斷口位置，變電所防雷設(shè)計(jì)完全符合規(guī)范與章程，并且進(jìn)線側(cè)也安裝了避雷裝置。

圖2 內(nèi)部過(guò)電壓

事故發(fā)生原因是雷電過(guò)電壓、人為外力破壞、污閃、保護(hù)誤動(dòng)等導(dǎo)致線路斷路器跳閘，重合閘前斷路器處于短時(shí)分閘的狀態(tài)，分閘之后重合不成功而不能立即恢復(fù)供電，業(yè)績(jī)沒(méi)有做好安全措施，在此期間內(nèi)斷路器處于分閘狀態(tài)。雷電波是從線路口近側(cè)入侵的，由于反擊和繞擊所引起的線路斷口而產(chǎn)生累積的可能性不大，而是在雷擊發(fā)生距離變電站較近的桿塔附近，變電站內(nèi)線路斷口泄放。

因此，采取的過(guò)電壓保護(hù)措施為：按照常規(guī)方式，針對(duì)變電站雷電入侵波地保護(hù)，一般依靠三道防線，一是在變電站內(nèi)設(shè)置避雷針來(lái)屏蔽電波從大氣空間入侵的情況。二是在進(jìn)線開(kāi)關(guān)路側(cè)安裝避雷針，從而限制從線路上入侵雷電波的幅值；在斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、主變附近的母線上安裝避雷針，限制從線路上入侵的雷電波。三是針對(duì)本項(xiàng)目的35kV變電站進(jìn)線段，可設(shè)置1～2km的避雷線減少雷電入侵的可能，盡量降低桿塔的接地電阻讓進(jìn)線保護(hù)具備極高的水平。變電站開(kāi)關(guān)斷口位置，盡量選擇無(wú)間隙避雷器、三相組合式避雷器來(lái)解決電波入侵的情況，在安裝的時(shí)候可以安裝在變電站內(nèi)龍門(mén)架與出線的桿塔上。

4.3 電力調(diào)度中的誤碰事故

案例三：短路機(jī)組跳閘。

某水電廠檢修人員在保護(hù)改造工作中，由于沒(méi)有做好安全防護(hù)措施造成誤跳閘事故，同時(shí)值班人員發(fā)現(xiàn)跳閘情況，快速將機(jī)組負(fù)荷從260MW降低到0，調(diào)整其他負(fù)荷，檢查故障機(jī)組保護(hù)柜沒(méi)有發(fā)揮出任何保護(hù)信號(hào)，而發(fā)生事故的時(shí)候，檢修人員進(jìn)行保護(hù)室內(nèi)的保護(hù)改造工作，經(jīng)過(guò)檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何異常，初步確定是檢修人員作業(yè)造成的短路情況。10min后重新將機(jī)組并網(wǎng)，隨后機(jī)組負(fù)荷恢復(fù)正常。

出現(xiàn)該情況原因是內(nèi)部管理混亂，在進(jìn)行管理之前沒(méi)有制定嚴(yán)格的方案，加上工作班組對(duì)改造方案不熟悉所導(dǎo)致，安全意識(shí)不強(qiáng)，沒(méi)有按照規(guī)定來(lái)進(jìn)行測(cè)量和爆炸，導(dǎo)致線頭誤短接出現(xiàn)跳閘事故。解決措施是強(qiáng)調(diào)工作人員的綜合素質(zhì)，施工作業(yè)必須要對(duì)照?qǐng)D紙資料有序完成。

綜上，電力調(diào)控是當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)為人們輸送電的重要手段，需要結(jié)合電力系統(tǒng)實(shí)際情況合理進(jìn)行維護(hù)管理，提高電力調(diào)控質(zhì)量。