淺議繼電保護裝置在配電系統中的應用

嚴明

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

在前幾年的工業項目設計中，無論是設計師還是業主工程師對變配電系統中的繼電保護裝置越來越重視。為確保供電的可靠性和生產的安全性，達到更高的自動化程度，部分項目的業主會聘請第三方公司對全廠性的繼電保護系統進行評估，可見該保護裝置的重要性。

繼電保護技術是一套完整的保護體系，主要由故障分析、信息采集、信息存儲保護控制及運保維護等技術組成，其中繼電保護裝置是完成該保護功能的核心，它能準確反應除電力系統中電氣元件的故障，或者不正常工作狀態，并可以動作于斷路器跳閘或發出報警信號的裝置。變配電系統作為電能的轉換及電能的分配環節，其在電力系統中占有十分重要的地位，因此變配電系統能否安全、可靠的進行電能轉換及分配，對整個電力系統來講是“最后一厘米”的關鍵環節，它可以準確地檢測出故障信息，及時地發出報警信號或切斷故障線路，早發現，早切斷故障回路，縮小供電故障范圍，保證無故障的部分繼續運行，不至于事故擴大化，給生產和生活造成更大的損失。

1 變配電系統中繼電保護裝置的保護分類和保護的基本要求。

1.1 保護分類

變配電系統中對于電氣設備和配電線路的繼電保護裝置可分為主保護和后備保護，必要時可裝設輔助保護功能。

1）主保護指滿足系統穩定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護。

2）后備保護是當主保護或斷路器據動時用來切除故障的保護。又分為遠后備保護和近后備保護兩種。遠后備保護是當主保護或斷路器據動時由相鄰電氣設備或線路的保護來實現的保護。近后備保護是當主保護據動時，由本設備或線路的另外一套繼電保護來實現的保護。

3）輔助保護是為補充主保護和后備保護的輔助保護功能。

1.2 保護的基本要求

當繼電保護裝置有信號發出或有動作指令出現時，配電系統必然存在某種隱患或故障，此時要求繼電保護裝置能及時、準確地跳開相應配電回路，保護本回路的同時也防止事故的擴大化，保證非故障回路的正常供電，因此對繼電保護裝置提出如下要求：

1）保護的選擇性，要求當被保護的設備或線路有故障時，僅由離故障點最近的一級保護開關動作跳閘，其它非故障配電回路正常供電，這樣可保證事故范圍的最下化，保護開關不應越級跳閘進行保護。

2）保護的可靠性，要求繼電保護裝置在該發出跳閘指令時必須發出；無故障或不該發出故障指令時，不應是保護開關誤動作。這樣才能保證配電網絡有安全可靠且有連續的供電。

3）保護的速動性，這是對繼電保護裝置動作時效性的基本要求，只有保證動作的快速才能保證事故范圍不擴大，只停留在本級保護內。同時速動性也為備自投裝置和快切裝置的提供來充足的跳閘和投切時間，保證供電可靠。

4）保護的靈敏性，靈敏系數是判斷繼電保護裝置靈敏性的重要指標，每一個保護項都要滿足靈敏性的要求，才能保證保護裝置在最短時間內切除故障。一款好的繼電保護裝置可以檢測出被保護區域微小的故障，反應到監控系統并發出報警信號或執行分段保護開關的指令。

1.3 繼電保護裝置的任務

1）監控變配電系統的運行狀態并時時記錄、存儲相關數據，為系統故障做好事后有據可查，從而可避免類似故障再此發生。同時值班工作人員可根據后臺監控系統的時時數據對整個配電箱系統進行監視，保證第一時間對故障問題進行處理和上報。

2）遠程手動或自動操作配電系統的保護開關。手動狀態下可通過上位機的投切按鍵進行操作；自動狀態下，可完全由繼電保護裝置根據實際故障情況進行分合閘控制。

2 變配電系統中常用的繼電保護裝置

變配電系統中的繼電保護裝置可分為發電機保護、變壓器保護、線路保護、電容器保護、母聯柜保護、電動機保護等保護類型。下面主要對變壓器保護和線路保護進行介紹。

2.1 變壓器的繼電保護

1）過電流保護，繼電保護裝置的動作電流應按變壓器高壓側額定電流為基準，乘以相應安全系數，作為過電流保護的動作電流。當實際電流大于設定電流時，會啟動保護裝置的跳閘指令。

過電流保護又可分為定時限過電流保護和反時限過電流保護。

a定時限過電流保護，是保護裝置的動作時間是固定的，已設置好的定值，與過載電流大小無關，只是當配電線路過電流時，達到一定時間后會自動分開保護開關。

b反時限過電流保護，是指繼電保護裝置的動作時間與過載電流大小成反比，過載電流越大，繼電保護的跳閘時間就越短。

2）電流速斷保護，指變配電下系統中最大運行方式下變壓器低壓側三相短路時高壓側（繼電保護安裝處）的短路電流初始值，再乘以相應的安全系數的電流值，作為速斷保護的電流設定值，當短路電流大于此設定值時，啟動繼電保護裝置的跳閘信號，速斷保護的分閘信號無延時，速動。

3）低壓側單相接地保護，當最小運行方式下變壓器低壓側母線或母干線末端的單相接地短路時，流過高壓側的穩態電流與繼電保護裝置的一次動作電流的比值（即靈敏系數）不大于1.3時，應在變壓器低壓側中性線上裝專用的零序保護。零序保護的動作電流，對于Yyn0接線型的變壓器，其值不超過變壓器低壓側額定電流的25%；對于Yzn11接線型的變壓器，保護裝置的動作電流不超過變壓器低壓側額定電流的40%。

4）變壓器的差動保護，差動保護分為縱聯差動保護和橫聯差動保護，前者適用于單配線回路的保護，后者適用于雙配電回路的保護。本次主要介紹常用的變壓器縱聯差差保護，其主要配置原理是分別在變壓器高低壓配電回路中裝設電流互感器，由兩套互感器分別采集一次電流轉換到差動保護裝置中，近而進行電流做差比較，正常情況下變壓器內部及引出線和絕緣套管各處無故障，保護裝置中的差值近視于零，保護裝置不動作。反之，要進行差動保護分閘。

變壓器正常運行時差動保護裝置中也會產生不平衡電流，為減小此電流，我們在設計和設備生產過程中應采取一些必要的措施。

a由變壓器接線方式所產生的不平衡電流及消除措施

全廠性項目的總變電所接線常采用Yd11接線，這樣會造成變壓器高低壓側電流存在30°的相位差，雖然可以通過調整電流互感器的變比使二次側電流相等。但由于變壓器高低壓兩側電流存在相位差，在差動回路中仍存在較大但不平衡電流，大小約為0.268倍的互感器二次電流。為消除這一現象，可在裝設電流互感器時在變壓器星型連接側把電流互感器改為三角形接線。而在變壓器三角形接線一側的電流互感器改為星型接線。這樣可消除因變壓器高低壓側電流相位不同引起的不平衡電流，提高差動保護的可靠性。

b變壓器自身的勵磁涌流引起的不平衡電流及消除措施

通常變壓器空載或投切時會產生勵磁涌流，因此涌流只通過變壓器一次側。由于變壓器二次側開路無電流，會在差動保護回路裝置中產生較大的差動電流，導致差動保護誤動作。為消除這一現象，可在差動保護回路中串入速飽和電流互感器，二次側電流接入繼電保護裝置中，可以減小勵磁涌流對差動保護的影響。

2.2 配電線路的繼電保護

1）過電流保護，繼電保護裝置中的動作電流應按線路過負荷電流（包括電動機啟動時引起的啟動電流），再乘以相應的安全系數進行設定，當線路中傳輸電流大于設定值時，應啟動保護裝置分閘信號進行自動分閘操作。

2）無時限電流速斷保護和帶實現電流速斷保護應分別按最大運行方式下線路末端三相短路電流和最大運行方式下相臨元件末端三相短路電流作為基準，再乘以相應安全系數作為繼電保護裝置的動作電流進行設定。

在項目的實際整定過程中，配電線路無時限電流速斷保護是存在保護不到的區域，此區域稱之為“保護死區”。由于電流速斷保護的電流躲過來線路末端的最大短路電流，因此在靠近末端的一段線路發生短路故障時，如兩相短路時電流速斷保護不會動作，說明無時限電流速斷保護不可能保護線路全長。為了避免類似情況發生，凡是帶有電流速斷保護的配電線路都配帶時限過電流保護，過電流保護動作時間要比電流速斷保護多一個時間差，一般取0.5～0.7s。

3 變配電下系統中繼電保護的未來發展趨勢

隨著科學技術的迅猛發展和人們對自動化程度需求的日益提高，促使變配電系統中繼電保護裝置能對系統有更全面、更安全、更準確的保護。未來的繼電保護系統會更網絡化，更智能化。在人工智能的大環境中，人機交互的不斷完善，會使繼電保護系統在安全、可靠、全面保護的前提下，更貼近人的操作習慣，更方便人的操作。

4 結論

繼電保護裝置是立足于保護電能傳輸、分配、存儲等各環節，為配電系統提供更安全、更全面的保護功能。在現有繼電保護裝置的功能和配置的基礎上，在研發工程師的不懈努力下，在不久的將來會研發出品質更安全，功能更全面，聯系更緊密，集成度更高的繼電保護裝置。