變電站中主設(shè)備繼電保護(hù)的實踐運用分析

【摘 要】本文基于工作實踐，分析了當(dāng)前繼電保護(hù)應(yīng)用在變電站主設(shè)備中的一些問題，并著重介紹了防止勵磁涌流、避免電流互感器飽和、解決變壓器保護(hù)拒動、解決配電變壓器保護(hù)存在的問題四種方法及其具體運用，希望給相關(guān)人員一些啟迪和思考，完善變電站中主設(shè)備繼電保護(hù)的改進(jìn)方法，進(jìn)一步促進(jìn)電力行業(yè)的不斷健康發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】變電站；繼電保護(hù)；技術(shù)改進(jìn)

電力現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代化國家轉(zhuǎn)型和發(fā)展的主要支撐力量。第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都離不開電力的幫助，衡量一個國家發(fā)展程度的標(biāo)準(zhǔn)之一就是電能的制造和輸出。作為整個電力傳輸系統(tǒng)中重要的一環(huán)，變電站工作的穩(wěn)定性重要性不言而喻，這就需要我們研究關(guān)系到變電站安全運行的繼電保護(hù)。繼電保護(hù)裝置，是一種能發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中電氣元件產(chǎn)生故障或不正常運行的狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的自動裝置。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，如今的繼電保護(hù)設(shè)備越發(fā)完善，但仍有一些問題會引發(fā)人們的忽視，這些問題或多或少地會影響繼電保護(hù)的穩(wěn)定性。本文主要講講當(dāng)今變電站主設(shè)備繼電保護(hù)存在的一些問題。

一、變電站主設(shè)備繼電保護(hù)的現(xiàn)狀及問題探析

1．線路中存在勵磁涌流。勵磁涌流的產(chǎn)生是由于變壓器空載投運時，鐵芯中的磁通無法突變，出現(xiàn)了非周期分量磁通，使變壓器鐵芯飽和，勵磁電流急劇增大而造成的。變壓器勵磁涌流最大值，能夠達(dá)到變壓器額定電流的六～八倍，這個最大值跟變壓器的容量大小有關(guān)，變壓器容量越小，勵磁涌流倍數(shù)越大。勵磁涌流具有很大的非周期分量，并按照一定時間系數(shù)衰減，衰減的時間常數(shù)也是和變壓器容量大小有關(guān)的，容量越大，時間常數(shù)越大，涌流存在時間也就越長。十千伏線路裝有大量的配電變壓器，在合閘前，這些配電變壓器是掛在線路上的，在合閘瞬間，各變壓器所產(chǎn)生的勵磁涌流在線路上互相疊加和來回反射，產(chǎn)生了一個復(fù)雜的電磁暫態(tài)過程，在系統(tǒng)阻抗較小時，會出現(xiàn)較大的涌流，時間常數(shù)也較大。

2．存在電流互感器飽和問題。短路電流在十千伏線路出口處多數(shù)都較小，尤其是農(nóng)網(wǎng)中的變電所，通常離電源較遠(yuǎn)，系統(tǒng)的阻抗較大。對于同一線路，出口處短路電流大小會因為系統(tǒng)規(guī)模及運行方式而變化。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，十千伏系統(tǒng)短路電流會不斷增大，最終可以達(dá)到電流互感器一次額定電流的幾百倍，系統(tǒng)中本來一些能正常運行的變化比小的電流互感器就會飽和；另一方面，短路故障的過程是暫態(tài)的，短路電流中含有非常多的非周期分量，能進(jìn)一步加速電流互感器達(dá)到飽和。在十千伏線路短路時，電流互感器達(dá)到飽和，能感應(yīng)到二次側(cè)的電流接近于零。這樣保護(hù)裝置就會拒動，故障只能通過母聯(lián)斷路器或主變壓器后備保護(hù)裝置切除，如此不但延長了故障時間，還會使故障擴(kuò)大范圍，供電可靠性受到影響，進(jìn)而運行設(shè)備的安全受到嚴(yán)重威脅。

3．所用變壓器保護(hù)存在的問題。所用變壓器是一種比較特殊的設(shè)備，特點是容量小，可靠性要求非常高，安裝位置很特殊，一般接在十千伏母線上，它的高壓側(cè)短路電流與系統(tǒng)短路電流相等，最高達(dá)到十幾千安，低壓側(cè)短路電流也不小。所用變壓器保護(hù)的可靠性，將會影響到所用變壓器直至整個十千伏系統(tǒng)的安全運行，造成很大的威脅。傳統(tǒng)的所用變壓器使用熔斷器保護(hù)，其安全可靠性是比較高的，但現(xiàn)在系統(tǒng)短路容量的增加了，而且綜合自動化的要求提高，這種方式已逐漸達(dá)不到要求了。

4．配電變壓器保護(hù)保護(hù)存在的問題。十千伏配電變壓器的保護(hù)配置主要由斷路器、負(fù)荷開關(guān)或負(fù)荷開關(guān)加熔斷器等構(gòu)成。負(fù)荷開關(guān)投資不大，但不能開斷短路電流，因而很少被采用；斷路器擁有好技術(shù)性能，但設(shè)備投資較高，加上使用繁瑣，也不能廣泛應(yīng)用；負(fù)荷開關(guān)加熔斷器組合的保護(hù)配置方式，不必采用操作復(fù)雜、價格昂貴的斷路器，彌補了負(fù)荷開關(guān)不能開斷短路電流的缺點，還可滿足實際運行的需要，該配置可作為配電變壓器的保護(hù)方式，但缺點是對于配備有瓦斯繼電器的大容量配電變壓器，需要斷路器與瓦斯繼電器相配合，才能對變壓器進(jìn)行有效的保護(hù)，有時還需要零序保護(hù)，都是值得注意的問題。

5．十千伏配電線路存在的問題。無論是城市內(nèi)配網(wǎng)線路，還是農(nóng)村配網(wǎng)線路，十千伏都是主要電壓等級，但是十千伏配電線路具有一致性差的結(jié)構(gòu)特點，比如有的用戶專線，只帶一二個用戶，像輸電線路一樣；有的呈放射狀，幾十臺變壓器接在同一條線路的各個分支上；有的線路只有幾百米的長度，有的線路卻長到幾十千米；有的線路由三十五千伏變電所出線，有的線路由一百一十千伏變電所出線；有的線路上的配電變壓器容量很小，最大不過一百千伏安，有的線路上卻有幾千千伏安的變壓器。

二、變電站中主設(shè)備繼電保護(hù)存在問題的解決方法

1．在電流速斷保護(hù)加入一段時間延時。勵磁涌流的一個明顯的特征，就是含有大量的二次諧波，在主變壓器主保護(hù)中就利用這個特性，來防止勵磁涌流引起保護(hù)誤動作，但如果用在十千伏線路保護(hù)，需要對保護(hù)裝置進(jìn)行改造，這樣一來會大大增加裝置的復(fù)雜性，造成實用性很差。勵磁涌流的另一特征就是它的大小隨時間的推進(jìn)而減小，一開始涌流很大，一段時間后涌流減小到零，流過保護(hù)裝置的電流為線路負(fù)荷電流，根據(jù)涌流的這個特點，在電流速斷保護(hù)加入一短時間延時，就可以防止勵磁涌流產(chǎn)生的誤動作，這種方法最大優(yōu)點是不用改造或只作簡單改造保護(hù)裝置，雖然會增加故障時間，但由于十千伏這種對系統(tǒng)穩(wěn)定運行影響較小，并且適用。為了準(zhǔn)確躲過勵磁涌流，保護(hù)裝置中加速回路也要加入延時。通過多年的研究表明，在十千伏線路電流速斷保護(hù)及加速回路中加入了0.15到0.2秒的時限，從運行結(jié)果來看，比較安全，還能很好的避免由于線路中勵磁涌流引起的保護(hù)裝置誤動作。

2．選擇大變比或減少電流互感器二次負(fù)載阻抗。電流互感器飽和，實質(zhì)就是電流互感器鐵芯中磁通飽和，又磁通密度與感應(yīng)電勢成正比，因此，如果電流互感器二次負(fù)載阻抗較大，在電流相同情況的下，二次回路感應(yīng)電勢就大，或在相同的負(fù)載阻抗下，二次電流就越大，感應(yīng)電勢就越大，以上兩種情況都會增大鐵芯中磁通密度，磁通密度達(dá)到一定值時，電流互感器就飽和。電流互感器嚴(yán)重飽和時，一次電流全部變?yōu)閯畲烹娏鳎蝹?cè)感應(yīng)電流為零，流過電流繼電器的電流也為零，保護(hù)裝置就會拒動。避免電流互感器飽和可以從兩個方面著手，一是在選擇電流互感器時，變比盡量選得大一些，考慮到線路短路時電流互感器飽和問題，一般十千伏線路保護(hù)電流互感器變比大于300比5為宜；二要盡量減少電流互感器二次負(fù)載阻抗，避免保護(hù)和計量共用電流互感器，縮短電流互感器二次電纜的長度并且加大二次電纜的截面；對于綜合自動化變電所，十千伏線路盡可能選用集保護(hù)、測控功能于一體的產(chǎn)品，并直接在控制屏上安裝，這樣做的目的是減小二次回路阻抗，防止電流互感器飽和。

3．解決所用變壓器保護(hù)拒動辦法。要解決所用變壓器保護(hù)拒動問題，關(guān)鍵在于合理配置保護(hù)，選擇電流互感器要考慮所用變壓器故障時的飽和問題，同時，一定要將計量用的電流互感器跟保護(hù)用的電流互感器分開，保護(hù)用的電流互感器安裝在所用變壓器的高壓側(cè)，用來保護(hù)所用變壓器，計量用電流互感器安裝在低壓側(cè)，來提高計量精度。在定值整定方面，電流速斷保護(hù)可根據(jù)所用變壓器低壓出口短路進(jìn)行調(diào)整，過負(fù)荷保護(hù)根據(jù)所用變壓器容量調(diào)整。

4．解決配電變壓器保護(hù)保護(hù)存在的辦法。不管在十千伏環(huán)網(wǎng)供電單元，還是在終端用戶高壓配電單元中，保護(hù)配置將負(fù)荷開關(guān)和高遮斷容量后備式限流熔斷器組合在一起，既可提供額定負(fù)荷電流，又可斷開短路電流，還具備開合空載變壓器的性能，能有效保護(hù)配電變壓器。為此，推薦采用負(fù)荷開關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的方式，作為配電變壓器保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)配置。標(biāo)準(zhǔn)國標(biāo)14285《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，在選擇配電變壓器的保護(hù)設(shè)備時，當(dāng)容量等于或大于八百千伏安，應(yīng)選用帶繼電保護(hù)裝置的斷路器。這個規(guī)定，其實包含了以下兩方面的需要。過去當(dāng)容量達(dá)到八百千伏安及以上時，配電變壓器大多使用油浸變壓器，并且輔以有瓦斯繼電器，斷路器可與瓦斯繼電器配合著工作，從而能有效地保護(hù)變壓器。對于裝置容量大于八百千伏安的用戶，由于種種原因會引起單相接地故障，導(dǎo)致零序保護(hù)動作，從而使斷路器跳閘，分隔故障，可以有效地避免變電所的饋線斷路器動作，不至于影響其他用戶的正常供電。標(biāo)準(zhǔn)還明確規(guī)定，即使單臺變壓器未達(dá)到此容量，但如果用戶的配電變壓器的總?cè)萘窟_(dá)到八百千伏安時，也可以符合此要求。

5．解決十千伏配電線路的保護(hù)。十千伏配電線路的保護(hù)，一般由三相一次重合閘、過電流和電流速斷構(gòu)成。有些特殊情況的線路結(jié)構(gòu)或負(fù)荷線路保護(hù)，不能滿足要求，可以增加其它保護(hù)，例如保護(hù)Ⅱ段和電壓閉鎖等。在進(jìn)行整定計算的時候，還應(yīng)該注意區(qū)別特殊情況和常規(guī)情況，并進(jìn)行靈敏度校驗。十千伏配電線路保護(hù)裝置的配置雖然不是很復(fù)雜，但線路還是有一定的復(fù)雜性，負(fù)荷也具有多變性，常規(guī)和特殊情況下，計算保護(hù)定值和如何選擇保護(hù)裝置還是值得重視的。根據(jù)以往不同地區(qū)電網(wǎng)保護(hù)配置情況及運行經(jīng)驗，利用規(guī)范的保護(hù)來調(diào)整計算方法，各種情況均可適用，并可滿足要求。

三、總結(jié)

通過以上的幾個問題，我們發(fā)現(xiàn)變電站中主設(shè)備繼電保護(hù)是一個非常精密、復(fù)雜的工作，以上任何一個細(xì)小的問題都會影響到繼電保護(hù)穩(wěn)定與否，甚至更加嚴(yán)重。這些問題并不一定涵蓋很全，可能還有一些問題需要在工作中不斷琢磨才能發(fā)現(xiàn)并解決。對于在變電站工作的員工，其實更加需要的是一種態(tài)度，即安全是第一位的，變電站中安全無小事。只有這樣，變電站中的安全問題才能被徹底被預(yù)防和杜絕。

參 考 文 獻(xiàn)

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