110kV變電站繼電保護(hù)故障及處理措施

吳秋宏

摘 要：文章通過對110 kV變電站繼電保護(hù)進(jìn)行分析，并結(jié)合實際案例分析110 kV變電站變壓器燒毀存在問題，最后提出相應(yīng)繼電保護(hù)處理措施。

關(guān)鍵詞：110 kV；變電站；繼電保護(hù)；故障；措施

引言

繼電保護(hù)被運用的目的主要是為了提高變電站供電的安全性和穩(wěn)定性。但是在日常的運行過程中，110kV繼電保護(hù)系統(tǒng)也比較容易出現(xiàn)故障。110kV 繼電保護(hù)出現(xiàn)故障會直接導(dǎo)致變電站供電出現(xiàn)安全事故，因此，相關(guān)工作人員在日常工作中應(yīng)當(dāng)注意對110kV繼電保護(hù)系統(tǒng)的維護(hù)。只有提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性，才能進(jìn)一步提高變電站在供電方面的安全性。

1 繼電保護(hù)的任務(wù)分析

繼電保護(hù)的任務(wù)是，如果受保護(hù)的電力系統(tǒng)相關(guān)元件出現(xiàn)故障，應(yīng)由故障元件對應(yīng)的繼電保護(hù)裝置，及時、準(zhǔn)確地將跳閘命令，發(fā)送給故障元件相近斷路器，保證故障元件能夠及時、快速地從電力系統(tǒng)當(dāng)中予以斷開，最大限度地降低電力系統(tǒng)元件自身的損壞程度，減輕電力系統(tǒng)在安全供電方面所受到的影響，并對電力系統(tǒng)的某些特定條件下的基本要求予以滿足。繼電保護(hù)能夠根據(jù)電氣設(shè)備非正常運行狀態(tài)做出及時反應(yīng)，并根據(jù)設(shè)備運行維護(hù)條件和不正常工作狀態(tài)的預(yù)警信號及時發(fā)出，為值班人員及時發(fā)現(xiàn)，并對故障進(jìn)行及時診斷及時排除。針對沒有發(fā)出預(yù)警信號，繼續(xù)運行，則可能出現(xiàn)危及電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備，要及時更換或切除，如果繼電保護(hù)裝置反應(yīng)不正常，則可對其實施相應(yīng)的延時設(shè)計操作。

2 案例分析

某110 kV變電站一臺主變，其容量為20 MVA。35 kV和10 kV出線分別為四回、八回。其中10 kV配電系統(tǒng)采用的開關(guān)型號為ZN28 型真空斷路器，配CT19型彈簧操動機(jī)構(gòu)。10 kV 線路還設(shè)置了相應(yīng)過電流保護(hù)及電流速斷保護(hù)。自 2012年投運以來，其運行狀況均為較好。伴隨該地在使用電量的持續(xù)增加，其配變?nèi)萘恳苍诓粩嗟卦黾?，截?2015 年初，該變電站開始失常出現(xiàn)變壓器燒毀或主變低壓側(cè)近區(qū)故障狀況，現(xiàn)具體分析如下。

變壓器后備保護(hù)當(dāng)中所存在的問題：針對變壓器燒毀這一現(xiàn)象，其主要有以下三種狀況，首先，變壓器針對瞬間沖擊電流，在具體耐受能力方面出現(xiàn)不強(qiáng)的狀況，對于長時間大電流不能承受。變壓器低壓側(cè)近區(qū)發(fā)生相應(yīng)短路狀況，且大電流對變壓器造成一定沖擊，并對變壓器的穩(wěn)定性造成破壞，最終造成變壓器燒毀的狀況。其次，針對變壓器低壓側(cè)來講，缺乏相應(yīng)雙重保護(hù)措施。對于真空斷路器，在失靈狀況下也缺乏相應(yīng)保護(hù)措施。變壓器10 kV側(cè)母線，主要依據(jù)主變10 kV側(cè)過流保護(hù)，且在具體保護(hù)上存在延時，以此實現(xiàn)故障排除。針對變壓器10 kV側(cè)過流保護(hù)來講，如果真空斷路器出現(xiàn)失靈或拒動現(xiàn)象，高壓側(cè)過流保護(hù)對于低壓側(cè)而言，在故障靈敏度方面不夠，同時，如果真空斷路器在分段方面不能將其作用給予發(fā)揮，就難以排除低壓側(cè)故障。最后，如果故障出現(xiàn)在 10kV出線間隔，配電設(shè)備質(zhì)量不高，或者配電裝置內(nèi)部電器間隔距離不夠，就會導(dǎo)致母線故障的產(chǎn)生。

低壓側(cè)近區(qū)故障：如果短路現(xiàn)象發(fā)生于變壓器出線近區(qū)，并且不能及時、有效地排除故障，或10 kV側(cè)母線發(fā)生短路，都會對變壓器造成嚴(yán)重威脅，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的設(shè)備事故。

3 具體解決對策

3.1 變壓器后備保護(hù)的具體措施

3.1.1 復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)

當(dāng)前無論任何電力設(shè)備及線路，在具體的運行過程中，任何時間內(nèi)，均需要具有獨立整性的兩套繼電保護(hù)裝置，利用兩臺完全獨立的斷路器，來實現(xiàn)控制及保護(hù)的目的。如果當(dāng)中的一套保護(hù)裝置或設(shè)備，出現(xiàn)斷路器停止工作的狀況，另一套設(shè)備及斷路器就會將線路斷開，然后及時發(fā)現(xiàn)故障并給與排除。針對此種原則，低壓母線如若存在變壓器高壓側(cè)，在復(fù)合電壓閉鎖過流中出現(xiàn)對低壓側(cè)的故障感應(yīng)存在不靈敏度狀況，可在變壓器低壓側(cè)放置一套過流保護(hù)裝置，并且兩套保護(hù)裝置，不管直流或交流，其均處于獨立狀態(tài)，這樣就能彌補(bǔ)原低壓側(cè)過流保護(hù)對變壓器的保護(hù)。此外，還應(yīng)根據(jù)低壓側(cè)先跳以及高壓側(cè)后跳的實際情況，延長低壓側(cè)過流保護(hù)時間，以此達(dá)到跳總出口的目的。同時，還可聯(lián)合使用高、低壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖，達(dá)到提升高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖對于低壓側(cè)短路的靈敏度。

3.1.2 變壓器接地后備的保護(hù)舉措

將放電間隙過流保護(hù)相應(yīng)延時進(jìn)行增加，并將切除接地故障的時間留出，能夠?qū)Σ唤拥刈儔浩鞣烹婇g隙過流保護(hù)所存在的搶先動作予以解決。對于變壓器過電壓來講，在運行過程中，3U0零序過電壓保護(hù)有效性，相比于放電間隙過流保護(hù)，要明顯高于后者，因此，針對那些新建110 kV變電站來講，將110 kV母線三相電壓互感器予以建設(shè)十分必要。此外，還應(yīng)不斷完善放電間隙過流保護(hù)，以及中性點零序過流保護(hù)和零序過電壓保護(hù)等，增加變壓器接地保護(hù)所存在運行方式的靈活性及可靠性。

3.1.3 對電流互感器位置給予正確選擇

對于變壓器差動電流互感器來講，其10 kV側(cè)最佳位置，應(yīng)與斷路器緊挨，并且還應(yīng)在母線側(cè)，此種做法對于10 kV斷路器，對其在分?jǐn)喾矫娌荒馨l(fā)揮作用時，如果進(jìn)行起弧操作，可利用差動保護(hù)排除故障。如果不方便，還可采取將電流互感器裝于母線側(cè)，但是應(yīng)靠近斷路器。此外，在靠近變壓器位置，安裝相間過流電流互感器，促使其能夠?qū)σ€、套管進(jìn)行保護(hù)，對變壓器套管電流互感器優(yōu)先采用。

3.1.4 避免直流電源消失

如果變壓器采用一個直流電源進(jìn)行保護(hù)，若低壓側(cè)故障的同時直流電源消失，其所造成的后果將非常嚴(yán)重。例如，某110kV變電站，其容量為150MVA的主變發(fā)生的兩次燒毀狀況均與直流電源中斷存在直接關(guān)系。究其原因是 110kV出線發(fā)成故障，造成斷路器爆炸，并導(dǎo)致蓄電池出現(xiàn)引線不良的狀況，致使直流電源中斷，最終導(dǎo)致主變燒毀。為了防止上述事故的再次發(fā)生，應(yīng)對直流電源的可靠性進(jìn)行提升，因此，對同一個對象提供保護(hù)的兩套裝置在直流電源上要具有獨立性。

3.2 低壓側(cè)近區(qū)故障的具體保護(hù)措施

首先，對限時電流速斷保護(hù)進(jìn)行增加。當(dāng)出現(xiàn)高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流，相對于低壓母線，出現(xiàn)靈敏度不夠狀況，可在低壓側(cè)增加一套過流保護(hù)裝置。此種新增保護(hù)舉措，還應(yīng)采取限時速斷，并將其配合于低壓出線速斷，先本側(cè)限跳，然后總出口限跳。此外，針對原過流保護(hù)要與出線過流進(jìn)行配合，先行本側(cè)限跳，而后對總出口限跳。如果存在靈敏度非常高的狀況，可將原低壓側(cè)過流進(jìn)行兩段式設(shè)計。針對第一段，可實施限時速斷，然后與出線速斷相配合，均對跳本側(cè)予以作用；針對第二段，其實際為過電流，將其與出線過流進(jìn)行配合，同樣采取先本側(cè)限跳，后總出口限跳的對應(yīng)方式。對于上述狀況來講，當(dāng)增加限時速斷后，如果故障發(fā)生于低壓母線，或送出線近區(qū)，對于新增加的限時速斷裝置，其就會以1到2個級差實施短暫延時后，變壓器瞬間跳開，實現(xiàn)故障排除的目的。

其次，將母線保護(hù)裝置增設(shè)。針對低壓母線，如若其存在短路容量大狀況，并且變壓器低壓側(cè)的限時速斷保護(hù)對本母線不夠靈敏，以及變壓器對低壓側(cè)短路耐受能力較差，應(yīng)適當(dāng)增加母線保護(hù)裝置，就低壓母線故障排除時間進(jìn)行縮短。

最后，將保護(hù)級差縮短。將后備保護(hù)在切除時間上進(jìn)行加快，其中最為有效辦法為縮短保護(hù)配合時間級差。目前，新建的變電站絕大多數(shù)均運用微機(jī)保護(hù)，如果選用更換元件，將與變壓器后備保護(hù)具有配合關(guān)系的普通時間元件，更換為高精度時間元件，可將時間級差從 0.5s降至0.3s，其保護(hù)極差縮短比例達(dá)到40%，若在全網(wǎng)范圍內(nèi)推廣，不僅可以達(dá)到提高設(shè)備及系統(tǒng)安全性的目的，同時還可對故障電流的持續(xù)時間予以減少。

4 結(jié)束語

我國社會經(jīng)濟(jì)正在快速發(fā)展，隨之帶給人們更好的生活環(huán)境及生活設(shè)施，人們的生活水平有了顯著提高，因此對電力能源的需求也在不斷增大，所以110kV變電站也逐漸增多，110kV變電站繼電保護(hù)問題也受到了有關(guān)人士的重視。本文通過案例對繼電保護(hù)發(fā)生的故障和具體措施進(jìn)行了簡單的論述，希望對保障區(qū)域安全供電有所幫助。

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