當(dāng)前10kV繼電保護裝置可靠性分析

劉建忠

摘 要10kv電路繼電保護裝置，是當(dāng)前一種較為常見的電路保護設(shè)備。本文結(jié)合10kv繼電保護裝置運行特征，開展了其運行中的可靠性檢測，以及其日常保護功能研究，為企業(yè)10kv繼電保護技術(shù)提升提供支持。

【關(guān)鍵詞】10kv繼電保護裝置 可靠性 保護功能

在當(dāng)前的企業(yè)供電系統(tǒng)建設(shè)中，10kv電力設(shè)備是電力系統(tǒng)中常用組成部分。因此做好10kv電路保護工作提高其安全穩(wěn)定性，對于企業(yè)電力整體安全起著不可忽視的作用。在電路安全保護中，繼電保護裝置是其重要的保護設(shè)施。因此技術(shù)人員結(jié)合企業(yè)10kv線路特征以及當(dāng)前繼電保護裝置技術(shù)特點，開展了10kv繼電保護裝置運行可靠性研究。這一研究的開展具有兩方面作用，一方面利用技術(shù)措施提高企業(yè)現(xiàn)有10kv線路安全性，另一方面推進企業(yè)繼電保護裝置技術(shù)改造工作的完成。

1 10kv繼電裝置在運行中的特性

10kv繼電保護裝置在電路保護過程中具有一定的工作特性。技術(shù)人員通過技術(shù)分析，將其特點概括為以下幾點。

1.1 保護措施選擇性

在繼電保護裝置運行中，其對電路的保護措施應(yīng)控制在故障線路內(nèi)，即將在最小的范圍內(nèi)對線路進行停電保護措施，避免因部分線路故障造成電路整體停電事故的出現(xiàn)。因此在繼電保護過程中，繼電控制裝置需要具有一定的選擇性特點，進而合理的選擇保護措施，提高線路安全性。在保護過程中，可選擇的繼電保護措施包括了主保護、后備保護以及輔助保護三種措施。

1.1.1 主保護

主保護是線路繼電保護中運行最快，也是保護作用最大的保護系統(tǒng)。

1.1.2 后備保護

后備保護在保護運行中速度稍慢于主保護措施，其主要作用包括了兩方面內(nèi)容：

（1）在主保護裝置未運行情況下，對故障線路進行二次保護；

（2）在主保護未起到線路保護作用的情況下，繼續(xù)對故障線路進行補救。

因此在繼電保護裝置設(shè)計中，主保護與后備保護裝置往往是同步設(shè)計，進而起到相輔相成的保護關(guān)系。

1.1.3 輔助保護

這一保護措施主要是為主保護與后備保護失效狀態(tài)下，為提高系統(tǒng)安全性增設(shè)的簡單保護方法，因此其技術(shù)保護措施不如前兩種措施復(fù)雜，但作用同樣重要。

1.2 繼電保護的迅速性

繼電保護裝置在實際運行中必須在最快時間內(nèi)切斷故障線路電流，進而對線路內(nèi)電力設(shè)施、電氣設(shè)備以及電路整體起到有效的保護作用。因此繼電保護裝置在運行中，對于故障反應(yīng)應(yīng)具有一定的迅速性特點。同時為了保障線路與設(shè)備安全，技術(shù)人員需要通過技術(shù)手段，達成以下的技術(shù)要求與數(shù)據(jù)要求。

（1）為了保障電力a系統(tǒng)整體安全，高壓輸電線路故障應(yīng)在第一時間迅速切斷。

（2）確保電路中大容量的發(fā)電機、變壓器以及電動機等設(shè)備內(nèi)部故障發(fā)生情況下，繼電保護裝置運行迅速有效。

（3）由于10kV線路中電纜線截面較小，故障中易出現(xiàn)電路過熱現(xiàn)象，因此繼電設(shè)備不能使用延時保護措施。

（4）對于社會公眾安全危害較大，以及對鐵路交通設(shè)施存在嚴(yán)重危害的電路故障，繼電保護對電路的切除時間應(yīng)等于保護裝置和斷路器動作時間之和。其具體數(shù)據(jù)如下：一是快速保護動作時間日常數(shù)據(jù)為6%-12%秒，峰值數(shù)據(jù)為1%-4%秒；二是斷路器動作時間日常數(shù)據(jù)為6%-25%秒，峰值數(shù)據(jù)為2%-6%秒。

1.3 繼電保護的靈敏性

與繼電保護裝置迅速性對應(yīng)的，是繼電保護的敏捷性特征。所謂靈敏性，是指繼電保護裝置在電路電流與電壓數(shù)據(jù)異常狀態(tài)下，進行故障分析與應(yīng)對保護措施的保護反應(yīng)能力。在實際的運行中繼電保護裝置對故障的判斷包括了以下幾點：故障發(fā)生即應(yīng)保護的電路范圍；已發(fā)生短路故障的類型；保護裝置應(yīng)做出的保護措施等都是其判斷的主要內(nèi)容。在判斷完成后，保護裝置即可做出正確的保護反應(yīng)。繼電保護裝置對故障的發(fā)現(xiàn)靈敏性，在設(shè)備參數(shù)中由設(shè)備靈敏系數(shù)來衡量。一般靈敏系數(shù)越高的繼電設(shè)備，其對輕微故障的反應(yīng)與應(yīng)對能力越強，但技術(shù)與制作成本也越高。因此在繼電保護系統(tǒng)配置中，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)電路保護實際需求，合理選擇繼電保護敏感性。

2 不同情況下繼電裝置可靠性技術(shù)分析

繼電保護裝置的可靠性是其保電路保護工作運行的基礎(chǔ)?？煽康乩^電保護工作應(yīng)避免兩方面問題的出現(xiàn)。一方面是在電路與設(shè)備故障發(fā)生時，繼電保護裝置無法進行有效保護；另一方面實在電路正常運行情況下，繼電保護裝置進行誤保護操作，進而影響電力系統(tǒng)的整體運行。為了有效避免以上兩個問題的出現(xiàn)，我們需要在日常工作中對電路保護裝置進行情況分析判斷，提高繼電保護裝置可靠性。

2.1 電力系統(tǒng)正常運行情況下的可靠性分析

在電力系統(tǒng)與電力設(shè)備、電氣設(shè)備正常運行情況下。繼電保護裝置運行可靠地表現(xiàn)為以下兩點：

（1）繼電保護系統(tǒng)的監(jiān)控裝置對電路與設(shè)備的監(jiān)控運行正常。

（2）值班人員記錄的繼電保護數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠卻具有連續(xù)性特征。

2.2 電力系統(tǒng)故障情況下可靠性分析

電路故障應(yīng)對是繼電保護裝置主要工作內(nèi)容，也是確定其工作可靠性的主要環(huán)節(jié)。在故障情況下，繼電保護裝置的可靠性表現(xiàn)為以下三點：

（1）對于電路系統(tǒng)的故障問題，保護裝置可以自動地、迅速地、有選擇性做出處理反應(yīng)。

（2）保護裝置做出的處理反應(yīng)卻是有效。

（3）系統(tǒng)中的非故障線路可以繼續(xù)穩(wěn)定運行。

2.3 電力系統(tǒng)運行異常情況下下可靠性分析

這一情況主要是指系統(tǒng)運行異常，但是未到達故障狀態(tài)的情況。在這一狀態(tài)下，保護裝置可靠性主要表現(xiàn)在以下兩點：

（1）保護裝置正確做出電路異常判斷。

（2）保護裝置及時地、準(zhǔn)確地的進行電路異常預(yù)警警報，并自動完成數(shù)據(jù)記錄。

2.4 提高繼電保護裝置可靠性輔助保護措施

繼電保護裝置是10kv電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定的基礎(chǔ)，因此確保其運行可靠在電路保護中具有十分重要的作用。為了確保繼電裝置運行中可以更好的發(fā)揮保護作用，提高其可靠性因此在保護過程中，技術(shù)人員還應(yīng)利用以下輔助措施。

2.4.1 電路過流保護裝置

根據(jù)電路保護規(guī)范要求，10kV繼電保護電路在使用中應(yīng)加裝電路電流保護裝置，用于電路的輔助保護過程。如變配電所引出的重要電路，設(shè)計中必須加設(shè)瞬時電流速斷保護裝置，提高其保護穩(wěn)定性。但是在電路保護安裝實踐中，技術(shù)人員需要注意以下兩個問題。一是當(dāng)10kv電路電流保護時限小于0.5-0.7秒，且電路設(shè)計中沒有提出硬性技術(shù)要求時，電流保護可不使用速斷保護模式。二是對于繼電保護選擇時間較長，因此不適用瞬時電流速斷保護的電路。技術(shù)人員在設(shè)計中可以選擇帶時限的電流速斷保護裝置，為繼電保護選擇提供時間。

2.4.2 配電室裝置的輔助保護措施

在10kv電路配電室保護設(shè)計中，技術(shù)人員需要根據(jù)其變壓器容量選擇合理的輔助保護措施。其選擇方式與數(shù)據(jù)如下：

（1）變壓器容量小于400kVA的情況下，技術(shù)使用高壓熔斷器即可對配電室進行保護；

（2）變壓器容量在400至630kVA中間情況下，技術(shù)人員應(yīng)在變壓器高壓側(cè)增設(shè)斷路保護器，同時為電路安裝過電流保護裝置；

（3）對于部分重要電路對于斷流保護時限有著特殊要求（如不小于0.5秒）的情況下，技術(shù)人員還應(yīng)為電路加設(shè)速斷保護裝置。

3 繼電保護裝置常見的保護作用

繼電保護裝置在10kv電路中的保護作用較為全面。在電路保護設(shè)計研究中，針對一些電路保護要求，技術(shù)人員設(shè)計出了以下保護功能。

3.1 電路反時限過電流保護功能及實現(xiàn)

反時限繼電保護裝置在使用中具有電流與繼電保護時間相反的特性。既在電路短路故障中，產(chǎn)生的故障電流越大，繼電保護反應(yīng)時間越短；而反之故障電流越小，繼電保護反應(yīng)時間越長。反時限過電流保護裝置一般使用在工礦企業(yè)電力系統(tǒng)設(shè)計中，其對電路內(nèi)的電氣設(shè)備可以起到很好保護作用。在保護應(yīng)用者，這類保護裝置一般由GL215（25）感應(yīng)型繼電器組成。在研究中技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，這類感應(yīng)型繼電器在保護中同時可以起到以下設(shè)備作用：

（1）作為保護起動設(shè)備的電磁式電流繼電器；

（2）作為繼電時限元件的電磁式時間繼電器；

（3）作為繼電信號元件的電磁式信號繼電器；

（4）作為繼電保護出口元件的電磁式中間繼電器。

正因這一保護裝置具有以上綜合功能，因此在電路異常狀態(tài)下可以起到反時限過電流保護作用。同時在設(shè)計中。這一保護裝置一般還配有電磁速斷元件，因此在電路故障時還可以起到電路的電流速斷保護功能。

3.2 電路定時限過電流保護功能及實現(xiàn)

定時限流保護是指在電路故障發(fā)生時，繼電保護裝置反應(yīng)時間與故障電流強度無關(guān)，其反應(yīng)時間是由保護程序提前預(yù)定，所以被稱為定時限流保護。在設(shè)計中，這一保護裝置一般由以下構(gòu)件組成：

（1）作為時限控制與調(diào)整元件的電磁式時間繼電器；

（2）作為保護出口元件的電磁式中間繼電器；

（3）作為保護起動元件的電磁式電流繼電器（作為起動元件）；

（4）作為信號元件的電磁式信號繼電器。

由于定時限流保護裝置在運行中具有一定的特殊性，因此其應(yīng)用技術(shù)也存在以下三個特點。

（1）定時繼電保護中，其預(yù)定時間在一定范圍內(nèi)具有可連續(xù)調(diào)節(jié)的特點。

（2）這類保護裝置通常使用直流電控制，因此需要為其安裝直流屏設(shè)備。

（3）這類保護裝置應(yīng)用范圍較為集中，通常應(yīng)用在10至35kV電力線路中較為重要的變配電所使用。

3.3 電路電流速斷保護功能及實現(xiàn)

電流速斷保護即是在電路故障發(fā)生時，繼電保護裝置在不帶任何時限以及時限動作的條件下，立即采取保護切斷功能的電流保護措施。因其可以在故障發(fā)生第一時間，以最快的反應(yīng)速度切除短路故障線路，進而在最短時間內(nèi)解除故障對整體電路系統(tǒng)影響，防止故障問題的擴大化。由于其在繼電保護中的速斷要求，因此其構(gòu)成中一般不會安裝時間繼電器，用于時限控制。因此與其他類型繼電保護裝置相比較，其構(gòu)成僅包括以下三個部分。

（1）作為保護出口元件的電磁式中間繼電器；

（2）作為保護起動元件的電磁式電流繼電器；

（3）作為保護信號元件的電磁式信號繼電器。

在實際的保護過程中，電流速斷保護繼電裝置具有以下特點。

（1）一般使用直流控制方式，因此需要安裝直流屏設(shè)備。

（2）僅根據(jù)電流電流量進行判斷，即可完成電力系統(tǒng)的速斷保護工作。

需要注意的是，除了常見的瞬時電流速斷保護裝置外，技術(shù)人員還可以選用略帶時限的電流速斷保護裝置進行保護工作。

參考文獻

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[2]劉國良，胡宏.10KV供電系統(tǒng)繼電保護運行可靠性分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（05）.

作者單位

中國天辰工程有限公司 天津市 300091