供配電系統繼電保護原理及預警功能改進

高 俊

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠,江西 貴溪 335424）

1 引言

貴冶降壓站6kV系統為小電阻接地系統，當系統發生單相接地或三相不平衡、相間短路故障時均直接動作于跳閘，饋線開關在跳閘的同時，才會發出相應線路故障報警信號；而在各車間二級配電設備發生故障跳閘引起系統波動，或故障時越級跳降壓站主進線開關時，此時的故障饋線繼保不會發出報警信號［1-3］，變電運行人員對供配電系統異常、故障時的分析、預判上存在較大的難度。

2 供電潮流

如圖1，貴冶一系統降壓站6kV新系統配電線路為水廠、熔煉、制氧、動力中心及硫酸車間等，共20多條線路，均為主工藝相關生產車間，6kV新系統一但失電，一系統立即停產，同時因供水中斷，將影響二系統生產，停電影響進一步擴大。因此，對繼電保護的可靠性、選擇性及快速恢復供電尤為重要。

（1）當生產車間A點回路出現故障，B開關跳電時，會引起整個供配電系統電壓波動。降壓站側線路繼電保護具有高靈敏性，D、E開關保護會同時啟動，但在繼電保護選擇性的階梯延時原則下，在下級B開關將故障切除后，D、E開關繼電保護會自動復歸。在供電可靠性上雖避免了停電范圍的擴大，因D開關故障報警信號未能發出，因此降壓站側無法定位故障線路，只能通過經驗靠人工逐條線路分析負荷變化情況，來判斷故障線路，準確率不高而且耗時較長。同時在排查過程中可能出現設備帶故障試送，造成系統電壓多次波動，影響正常運行設備跳機，增加排查范圍。

（2）在A點發生故障，B、C、D開關保護拒動時，將越級跳降壓站側6kV進線E開關，這種情況下，同樣無法定位故障線路，只能采取逐條試送的方式查找故障線路。案例中制氧高壓避雷器故障，因制氧及總降側B、C、D開關同時拒動， 引起3#主變6kV進線開關保護動作跳閘，一系統停產。因事故之初無法判斷是哪條饋線引起的越級跳閘，所以只能逐條試送，在試送過程中3#主變第二次保護跳閘，既耽誤了送電時間，同時對3#主變造成第二次故障沖擊。這次故障從跳閘到確定故障線路花了近2個小時，從正常送電到恢復生產又花了好幾個小時，給工廠造成了巨大的損失。

3 繼電保護配置、邏輯

3.1 供電潮流保護階梯配置

線路故障通常表現為單相接地或三相不平衡、相間短路，保護配置由三段式電流保護（速斷、限時速斷、定時過流保護）及零序過流保護組成，三段式過流根據配置原則［4］進行階梯式配置，保護動作定值小、時間長表示故障程度較輕，保護動作定值大、時間短表示故障程度較嚴重。在供電潮流中，根據各級開關距離電源側遠/近及系統短路阻抗分布，來設計各級開關保護啟動值及動作時限。保護啟動定值根據系統短路阻抗分布及所處供電潮流中的位置，采取階梯遞減進行配置，動作時限根據所處供電潮流中位置，按逐級遞減方式配置，以此保證供配電系統各級繼電保護的選擇性、靈敏性、速動性、可靠性。

3.2 降壓站側饋線保護配置及邏輯。

降壓站側線路繼電保護SEL351中配置［5］有限時速斷、定時過流、零序過流等保護。

邏輯功能見圖2：

過流軟壓板LT2置位: SET2 =/RB6 * !LT2；

圖1 貴冶1#總降壓6kV新系統簡圖

圖2 饋線保護邏輯圖

圖3 改進后邏輯圖

過流軟壓板LT2復位: RST2 =/RB6 * LT2；

零序軟壓板LT3置位: SET3 =/RB7 * !LT3；

零序軟壓板LT3復位: RST3 =/RB7 * LT3；

變量方程: SV2=67P2T*LT2 SV3=67N1T*LT3；

跳閘出口:OUT102 =67P2T * LT2 + 67N1T *LT3。

3.3 動作原理

系統相間短路時，當相過電流元件檢測到IA、IB、IC任一相電流超出設定值50P2P時，對應比較器置1，通過或門50P2置1（過流軟壓板LT2在饋線送電前已投入），啟動邏輯計時元件67P2D，延時時間到后67P1T置 1，中間變量SV2T及跳閘出口OUT102邏輯條件均滿足，在跳開關的同時發出故障報警信號。

系統單相接地時，當零序過電流元件檢測到IN電流超出設定值50N1P時，對應比較器置1，通過或門50N1置1（零序軟壓板LT3在饋線送電前已投入），啟動邏輯計時元件67N1D，延時時間到后67N1T置 1，中間變量SV3T及跳閘出口OUT102邏輯條件均滿足，在跳開關的同時發出故障報警信號。

上位機報警信號取中間變量SV2T、SV3T，當SV2T、SV3T置1時發出相應的相間過流保護、零序過流保護報警信號。從上述變量關系式可以看出，要使SV2T或SV3T置1，67P2T或67N1T必須置1，而此開關在運行狀態時，軟壓板LT2、LT3均已投入，跳閘出口方程OUT102 =67P2T * LT2 + 67N1T * LT3也將置1，所以在系統發生單相接地、相間短路故障時，在開關跳閘的同時才會發出報警信號。而當生產設備故障或供電系統越級跳閘時，將沒有具體的饋線報警信號，這就是下級故障時無法定位的原因。

4 繼電保護功能改進

4.1 繼電保護定值核對、調整

重新組織各車間校對圖1中A、B、C、D、E各級開關階梯保護功能，對定值不相符的進行調整，確保繼電保護的靈敏性、選擇性，避免越級造成事故范圍的擴大。

4.2 增加獨立預警通道

在不改變現有保護定值及時限的前提下，在SEL351保護裝置上增加中間變量作為零序過流、相間過流保護越限報警的單獨通道［6］，實現實時預警。改進后的邏輯見圖3。

4.2.1 接地故障預警邏輯改進

零序過流越限報警變量方程為：SV6=67N2T 67N2D=2。

在零序過流保護邏輯中，增加零序過流Ⅱ段50N2作為啟動元件，報警定值取小于跳閘

定值，增加SV6中間變量作為獨立的單相接地故障預警通道，在系統單相接地或三相不平衡時，50N2置 1，67N2D計時元件2周波延時后（避免系統瞬間不平衡誤報），SV6T置1，在故障切除前檢測到故障，發出預警信號。

4.2.2 短路故障預警邏輯改進

相間過流越限報警變量方程為：SV9=50P2，SV9PU=0，SV9DO=500。

在相間過流保護邏輯中，增加SV9中間變量作為獨立短路預警通道，直接繞開軟壓板

LT2及跳閘邏輯67P2D計時元件1S的延時，在下級故障時，線路保護信號元件無延時啟動發信，并自保持10S，避免下級故障短時切除后，線路保護元件自動返回，確保預警信號能立即發出。同時在上位機中配置［7］SV6T、SV9T作為線路零序過流、相間過流預警點。

增設預警邏輯后，在系統發生故障時，不論是越級跳閘還是在保護階梯時間內故障已消除，均能保證在降壓站側立即發出報警信號，定位故障線路，降低運行人員對系統故障判斷的難度。

如在圖1中，當A點發生故障時，開關D處繼電保護能立即發出預警，確定故障線路。及時通知下級配電室處理，避免工藝人員帶故障開機，造成對電力系統的二次沖擊。同樣，當A點發生故障時，B、C、D開關保護拒動時，將越級跳降壓站側6kV進線E開關，此時開關D處已發出預警信號，運行人員可通過預警信息知道故障線路，及時隔離故障點，避免逐條試送來確定故障線路，提高供電恢復效率，縮短停電時間。

5 應用效果

6kV系統饋線保護功能的完善運行至今，預警功能比較可靠，例如某車間在設備改造試驗中，在對循環水1#、2#線送電時，降壓站側出現電流越限報警，經聯系得知其設備故障，已退出運行，從這次可以看出，對6kV新系統饋線保護功能的優化是可靠的，供配電運行人員可立即掌握供電系統中存在的隱患點，通知下級配電室及時排查、隔離檢修，避免事故擴大。

6 結束語

（1） 繼電保護預警功能與跳閘功能分離后，下級配電系統負荷側發生故障時，降壓站側能對故障線路及故障性質進行準確預警，及時掌握故障線路及故障情況，準確下達電力調度命令，避免引起系統多次波動。

（2）電力系統發生越級停電事故時，在恢復供電過程中，能有針對性地將故障設備隔離，避免帶故障試送電，降低短路故障對供電系統的二次沖擊及二次停電影響。