電力系統(tǒng)繼電保護(hù)問題探討

賈昆

(黃化供電公司調(diào)度中心，青海 尖扎 811200)

1 繼電保護(hù)的基本概念

繼電保護(hù)是指研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼電器來保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路、母線等）使之免遭損害，所以沿稱繼電保護(hù)。

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或者給出信號由值班人員消除異常工況的根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響可靠性是指一個(gè)元件、設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力?？煽啃怨こ躺婕暗皆?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和處理，系統(tǒng)可靠性的定量評定，運(yùn)行維護(hù)，可靠性和經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)等各方面。具體到繼電保護(hù)裝置，其可靠性是指在該裝置規(guī)定的范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該動作的故障時(shí)，它不應(yīng)該拒動作，而在任何其它該保護(hù)不應(yīng)動作的情況下，它不應(yīng)誤動作。

繼電保護(hù)裝置的拒動和誤動都會給電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害。但提高其不拒動和提高其不誤動作的可靠性的措施往往是互相矛盾的。由于電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和負(fù)荷性質(zhì)的不同，拒動和誤動所造成的危害往往不同。例如當(dāng)系統(tǒng)中有充足的旋轉(zhuǎn)備用容量，輸電線路很多，各系統(tǒng)之間和電源與負(fù)荷之間聯(lián)系很緊密時(shí)由于繼電保護(hù)裝置的誤動作，使發(fā)電機(jī)變壓器或輸電線路切除而給電力系統(tǒng)造成的影響可能很?。坏绻l(fā)電機(jī)變壓器或輸電線路故障時(shí)繼電保護(hù)裝置拒動作，將會造成設(shè)備的損壞或系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，損失是巨大的。在此情況下提高繼電保護(hù)裝置不拒動的可靠性比提高其不誤動的可靠性更為重要。但在系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)備用容量很少及各系統(tǒng)之間和負(fù)荷和電源之間聯(lián)系比較薄弱的情況下，繼電保護(hù)裝置的誤動作使發(fā)電機(jī)變壓器或輸電線切除時(shí)，將會引起對負(fù)荷供電的中斷甚至造成系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，損失是巨大的。而當(dāng)某一保護(hù)裝置拒動時(shí)，其后備保護(hù)仍可以動作而切除故障，因此在這種情況下提高繼電保護(hù)裝置不誤動的可靠性比提高其不拒動的可靠性更為重要。

2 保護(hù)裝置評價(jià)指標(biāo)

2.1 繼電保護(hù)裝置屬于可修復(fù)元件，在分析其可靠性時(shí)，應(yīng)該先正確劃分其狀態(tài)，常見的狀態(tài)有：①正常運(yùn)行狀態(tài)。這是保護(hù)裝置的正常狀態(tài)。②檢修狀態(tài)。為使保護(hù)裝置能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)定期對其進(jìn)行檢修，檢修時(shí)保護(hù)裝置退出運(yùn)行。③正常動作狀態(tài)。這是指被保護(hù)元件發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置正確動作于跳閘的狀態(tài)。④誤動作狀態(tài)。是指保護(hù)裝置不應(yīng)動作時(shí)，它錯(cuò)誤動作的狀態(tài)。例如，由于整定錯(cuò)誤，發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，保護(hù)裝置錯(cuò)誤動作于跳閘。⑤拒動作狀態(tài)。是指保護(hù)裝置應(yīng)該動作時(shí)，它拒絕動作的狀態(tài)。例如，由于整定錯(cuò)誤或內(nèi)部機(jī)械故障而導(dǎo)致保護(hù)裝置拒動。⑥故障維修狀態(tài)。保護(hù)裝置發(fā)生故障后對其進(jìn)行維修時(shí)所處的狀態(tài)。

2.2 目前常用的評價(jià)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)有

2.2.1 正確動作率即一定期限內(nèi) (例如一年)被統(tǒng)計(jì)的繼電保護(hù)裝置的正確動作次數(shù)與總動作次數(shù)之比。用公式表示為：

正確動作率=(正確動作次數(shù)，總動作次數(shù))×100

用正確動作率可以觀測該繼電保護(hù)系統(tǒng)每年的變化趨勢，也可以反映不同的繼電保護(hù)系統(tǒng)(如220kv與500kv)之間的對比情況，從中找出薄弱環(huán)節(jié)。

2.2.2 可靠度r(t)是指元件在起始時(shí)刻正常的條件下，在時(shí)間區(qū)間(0，t)不發(fā)生故障的概率。對于繼電保護(hù)裝置，注意力主要集中在從起始時(shí)刻到首次故障的時(shí)間。

2.2.3 可用率a(t)是指元件在起始時(shí)刻正常工作的條件下，時(shí)刻t正常工作的概率?？煽慷扰c可用率的不同在于，可靠度中的定義要求元件在時(shí)間區(qū)間(0，t)連續(xù)的處于正常狀態(tài)，而可用率則無此要求。

2.2.4 故障率是指元件從起始時(shí)刻直到時(shí)刻t完好條件下，在時(shí)刻t以后單位時(shí)間里發(fā)生故障的概率。

2.2.5 平均無故障工作時(shí)間建設(shè)從修復(fù)到首次故障之間的時(shí)間間隔為無故障工作時(shí)間，則其數(shù)學(xué)期望值為平均無故障工作時(shí)間。

2.2.6 修復(fù)率m(t)是指元件自起始時(shí)刻直到時(shí)刻t故障的條件下，自時(shí)刻t以后每單位時(shí)間里修復(fù)的概率

2.2.7 平均修復(fù)時(shí)間mttr平均修復(fù)時(shí)間是修復(fù)時(shí)間的數(shù)學(xué)期望值。

3 10kv供電系統(tǒng)繼電保護(hù)

10KV供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一部分。它能否安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，不但直接關(guān)系到企業(yè)用電的暢通，而且涉及到電力系統(tǒng)能否正常的運(yùn)行。

3.1 10KV供電系統(tǒng)的幾種運(yùn)行狀況

3.1.1 供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行這種狀況系指系統(tǒng)中各種設(shè)備或線路均在其額定狀態(tài)下進(jìn)行工作；各種信號、指示和儀表均工作在允許范圍內(nèi)的運(yùn)行狀況。

3.1.2 供電系統(tǒng)的故障這種狀況系指某些設(shè)備或線路出現(xiàn)了危及其本身或系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并有可能使事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大的運(yùn)行狀況。

3.1.3 供電系統(tǒng)的異常運(yùn)行這種狀況系指系統(tǒng)的正常運(yùn)行遭到了破壞，但尚未構(gòu)成故障時(shí)的運(yùn)行狀況。

3.2 10KV供電系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的任務(wù)

3.2.1 在供電系統(tǒng)中運(yùn)行正常時(shí)，它應(yīng)能完整地、安全地監(jiān)視各種設(shè)備的運(yùn)行狀況，為值班人員提供可靠的運(yùn)行依據(jù)。

3.2.2 如供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，它應(yīng)能自動地、迅速地、有選擇性地切除故障部分，保證非故障部分繼續(xù)運(yùn)行。

3.2.3 當(dāng)供電系統(tǒng)中出現(xiàn)異常運(yùn)行工作狀況時(shí)，它應(yīng)能及時(shí)地、準(zhǔn)確地發(fā)出信號或警報(bào)，通知值班人員盡快做出處理。

3.3 幾種常用電流保護(hù)的分析

3.3.1 反時(shí)限過電流保護(hù)繼電保護(hù)的動作時(shí)間與短路電流的大小有關(guān)，短路電流越大，動作時(shí)間越短；短路電流越小，動作時(shí)間越長，這種保護(hù)就叫做反時(shí)限過電流保護(hù)。反時(shí)限過電流保護(hù)雖外部接線簡單，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，調(diào)試比較困難；在靈敏度和動作的準(zhǔn)確性、速動性等方面也遠(yuǎn)不如電磁式繼電器構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置。

3.3.2 定時(shí)限過電流保護(hù)繼電保護(hù)的動作時(shí)間與短路電流的大小無關(guān)，時(shí)間是恒定的，時(shí)間是靠時(shí)間繼電器的整定來獲得的。時(shí)間繼電器在一定范圍內(nèi)是連續(xù)可調(diào)的，這種保護(hù)方式就稱為定時(shí)限過電流保護(hù)。

繼電器的構(gòu)成。定時(shí)限過電流保護(hù)是由電磁式時(shí)間繼電器(作為時(shí)限元件)、電磁式中間繼電器(作為出口元件)、電磁式電流繼電器(作為起動元件)、電磁式信號繼電器(作為信號元件)構(gòu)成的。它一般采用直流操作，須設(shè)置直流屏。

定時(shí)限過電流保護(hù)的基本原理。在10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，廣泛采用的兩相兩繼電器的定時(shí)限過電流保護(hù)。它是由兩只電流互感器和兩只電流繼電器、一只時(shí)間繼電器和一只信號繼電器構(gòu)成。保護(hù)裝置的動作時(shí)間只決定于時(shí)間繼電器的預(yù)先整定的時(shí)間，而與被保護(hù)回路的短路電流大小無關(guān)，所以這種過電流保護(hù)稱為定時(shí)限過電流保護(hù)。

動作電流的整定計(jì)算。過流保護(hù)裝置中的電流繼電器動作電流的整定原則，是按照躲過被保護(hù)線路中可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來考慮的。也就是只有在被保護(hù)線路故障時(shí)才啟動，而在最大負(fù)荷電流出現(xiàn)時(shí)不應(yīng)動作。

4 總結(jié)

提高不拒動和誤動作，是繼電保護(hù)可靠性的核心。在城市電網(wǎng)配電系統(tǒng)中，各種類型的、大量的電氣設(shè)備通過電氣線路緊密地聯(lián)結(jié)在一起。為了確保供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須正確地設(shè)置繼電保護(hù)裝置并準(zhǔn)確整定各項(xiàng)相關(guān)定值，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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[2]陳德樹.繼電保護(hù)運(yùn)行狀況評價(jià)方法的探討[J].電網(wǎng)技術(shù),2000(3)

[3]倪強(qiáng)冰.探討繼電保護(hù)的狀態(tài)檢修及實(shí)施[J].廣東科技,2007年第2期.