10千伏變電站繼電保護問題研究

張欽

摘 要：文章簡單說明了10千伏變電站繼電保護的工作原理，以變壓器設備為例分析了10千伏變電站中繼電保護的配置要點，在此基礎上，從繼電保護的計算管理、反時限過流保護、定時限過流保護、電流速斷保護等方面入手，闡述了10千伏變電站中繼電保護的主要問題，并簡單提出相對應的處理策略。

關鍵詞：10千伏變電站;繼電保護;穩定性

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）05-019-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.05.009

繼電保護可以在電力系統發生故障后對系統展開全面檢查，確定異常情況，提取相關數據并發出警報。同時，部分繼電保護裝置可以在發現故障問題后第一時間隔離故障電路，以此避免故障影響進一步擴大，保障其他功能區平穩運行。基于這樣的情況，在10千伏變電站中引入繼電保護是必然的選擇，從而推動電力供應質量與平穩程度的提升，更好地滿足城市居民生活生產用電現實需要。

1 工作原理分析

在10千伏變電站的實際運行中，如果發生故障，此時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。在繼電保護的支持下，能夠迅速判斷出所有發生明顯變化的參量，并結合現實情況提供保護。此時，根據電流、電壓呈現出的差別，提供的保護內容也有所不同。

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

2 配置要點分析

10千伏變電站的變壓器設備、母線、輸電線路等都需要配置繼電保護，確保10千伏變電站長時間維持穩定運行的水平。針對10千伏變電站中的變壓器設備，應當配置的繼電保護策略與技術要點包括以下幾個方面：

第一，將短路保護和過負荷保護加設于變壓器的低壓側，此時，短路保護主要為母線、變壓器干線提供主保護，并為配電線路提供后備保護。

第二，變壓器低壓側主保護應與高壓側主保護和低壓配電線路保護有良好的選擇性，當正常的尖峰電流出現時，例如電動機起動電流等，不會造成保護裝置的誤動操作。

第三，變壓器低壓側主保護也可兼作單相接地保護，實踐中，可以將變壓器低壓側的主保護設定為帶單相接地保護的低壓斷路器的（如DW16型低壓斷路器）[1]。在此過程中，如果發現靈敏度難以達到標準要求的現象，需要在保護線路中及時增設零序保護。

第四，為了實現與出線保護實現動作時限配合，通常情況下，可以利用瞬時或短延時脫扣器動作于斷開低壓側斷路器實現變壓器低壓側短路保護，并應用具備長延時脫扣器低壓斷路器實現過負荷保護。

3 主要問題探究

3.1 繼電保護的計算管理

繼電保護可以保障電網系統運行的穩定性，實現避免安全事故、運行故障的目的，避免故障問題所導致的負面影響進一步擴大。從這一角度來看，在電力系統中引入繼電保護具有極高的現實價值。

繼電保護的計算管理具有明顯的不確定性。第一，繼電保護配置、設備技術參數等數據信息具有不確定性，特別是保護裝置定值的不確定性極為顯著。受到保護裝置型號差異性的影響，定值方面不可避免地存在一定區別，即使是在更多新型保護裝置不斷研發并投入實踐的條件下，相應定值的預估難度依舊穩定在較高水平，強化數據的多樣性以及不確定性。第二，在對保護裝置展開定值計算的過程中，容易受到一定客觀因素的影響，從而出現數據的不確定性。對保護裝置的定值計算是繼電保護計算管理中的重要內容，其對于相關工作人員的專業素養、從業經驗等有著較高的要求。但是由于人員之間對于專業知識的掌握程度存在差異性，會引發機電保護計算管理方面的數據不確定性的問題發生。

為了解決上述問題，應當重點強化對相關工作人才隊伍的優化建設，并在變電站內盡可能使用同廠家、同系列的繼電保護設備，減小數據的不確定性。

3.2 反時限過流保護

通常情況下，短路電流大小與繼電保護反應時間之間呈反比例關系，具體而言，就是短路電流相對較高，機電保護的實際反應時間就更短;短路電流相對較低，機電保護的實際反應時間則更長。這與繼電保護根據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）型感應型繼電器實施反時限過流保護，且這樣的保護形式在當前更加常見。實踐中，一旦該繼電器發現供電線路中存在短路故障時，會在達到一定限值后自動轉入控制、處理狀態。此時，繼電器發生動作，促使原先處于打開狀態的常開觸點轉入閉合狀態，使得原本輸入至斷路器中脫扣器的電流實現切斷，防止脫扣器發生動作。而在常開觸點轉入斷開狀態后，原本應當輸入脫扣器中的電流重新流動，脫扣器展開通電動作，使得斷路器跳閘。隨后，繼電器中的信號器會發出相應信息與動作的信號。

就當前的情況來看，分流跳閘是10千伏變電站中供電系統反時限過流保護的主要形式，因此，出于對避免由鐵芯發熱引起絕緣熔化、燒毀問題的發生，必須要重點關注反時限過流繼電保護裝置中的常開觸點、常閉觸點現實狀態，規避常開觸點閉合、常閉觸點開啟的現象發生，保證跳閘線圈可以準確完成通電跳閘。

3.3 定時限過流保護

與反時限過流保護相比，定時限過流保護的最大特點在于其繼電保護動作的反應時間是恒定不變的，且不與短路電流大小呈現出直接或是間接的關系。在定時限過流保護的支持下，當出現短路電流時，整定器承擔著確定反應時間的任務，且可以在一定范圍內實施人工調整。在10千伏變電站，電磁式中間繼電器、電磁式電流繼電器、電磁式信號繼電器、電磁式時間繼電器等為較為常用的定時限過流保護設備，且因為普遍使用直流操作，所以需要加設直流屏[2]。

定時限過流保護的可靠性更強且操作形式的簡單程度較高，實踐中，可以完全依照提前設定的時間實現保護，靈敏性程度也呈現出較為理想的水平，因此，在當前的10千伏變電站繼電保護中，定時限過流保護的應用更為常見。站在10千伏變電站的角度來看，如果僅對所需要保護的線路設置一套保護設備，則在繼電器容量充足的條件下，電磁式時間繼電器可以促使通電直接接通跳閘成為現實，此時不需要在出口中間位置加設其他繼電器設備。需要注意的是，在一般情況下，在應用定時限過流保護模式對10千伏變電站落實繼電保護的過程中，普遍參考被保護電路可以承受的最大電流值完成相關設計與設備的配置。被保護電流轉入最大負荷電流狀態后，定時限過流保護無法保證能夠得到迅速激發，只有發生短路故障后，定時限過流保護才會迅速發揮其保護作用。

基于此種情況，應當適當下調定時限過流保護設計與設備配置中所參考電流值，促使其小于被保護電路的最大電流值，也可以設定為額定電流值，更好地實現電路保護，促使10千伏變電站可以長時間保持正常平穩的運行狀態。

3.4 電流速斷保護

電流速斷保護是目前10千伏變電站中常用的一種繼電保護方式，主要作用是在最短的時間內對短路電流直接進行切斷處理，最大限度地壓縮故障存續時間，由此避免短路故障所造成不良影響。依托反應時間的差異性，可以將電流速斷保護進一步細化為略帶時限的電流速斷保護、瞬時電流速斷保護[3]。

與一般性的電流保護相比，瞬時電流速斷保護僅能在線路內部發揮較為理想的保護作用，但是，如果范圍外的線路中發生短路故障，瞬時電流速斷保護并不能提供保護支持。從這一角度來看，瞬時電流速斷保護的針對性更強，雖然可以快速反應與處理故障問題，但是受到保護范圍的限制。而略帶時限的電流速斷保護可以作為補充，對瞬時電流速斷保護范圍外的線路故障進行反應與處理，達到更好的保護效果。

因此，為了進一步強化10千伏變電站繼電保護效率和效果，略帶時限的電流速斷保護與瞬時電流速斷保護應配合使用，將略帶時限的電流速斷保護的設定為10千伏變電站的主要繼電保護形式，并將瞬時電流速斷保護輔助設置于需要重點保護的區域。

4 結語

綜上所述，在10千伏變電站中引入繼電保護是必然的選擇，推動電力供應質量與平穩程度的提升，更好地滿足城市居民生活生產用電現實需要。在明確10千伏變電站中繼電保護配置要點的基礎上，通過優化繼電保護的計算管理，合理選用反時限過流保護與定時限過流保護，結合使用略帶時限的電流速斷保護以及瞬時電流速斷保護，提升10千伏變電站運行的穩定性。

參考文獻

[1] 蒲軍.簡易變電站的10kV線路保護越級跳閘故障分析[J].電氣技術，2021，22（4）：73-77.

[2] 林燎東.變電站繼電保護二次回路在線監測及線路故障診斷研究[J].中國設備工程，2021（6）：175-176.

[3] 孔凡梅，栗賽男，李玲萍.變電站繼電保護二次回路隱患排查技術[J].冶金管理，2021（5）：189-190.